Способы повышения чувствительности защит

Для повышения чувствительности МТЗ необходимо снизить её ток срабатывания.

1) При необходимости небольшого повышения чувствительности можно заменить токовое реле на реле с более высоким коэффициентом возврата (например, полупроводниковые реле типа РСТ имеют , а микропроцессорные защиты имеют ).

2) Следующий способ — снижение тока самозапуска за счёт отключения части электродвигателей, если это допустимо.

3) Существенно можно повысить чувствительность МТЗ, если её отстройку от режима самозапуска выполнить за счёт применения пускового органа напряжения. В этом случае защита отличает режим перегрузки (самозапуска) от режима КЗ по меньшему снижению напряжения (при самозапуске фазное напряжение не снижается более, чем , а при КЗ – снижается), а ток срабатывания МТЗ отстраивается от тока нагрузки в нормальном режиме. В этом случае снижения тока срабатывания получается в несколько раз.

Такая защита действует на отключение только при одновременном срабатывании токовых реле и реле минимального напряжения, что бывает только при КЗ. При перегрузках (самозапуске) действие защиты блокируется с помощью реле минимального напряжения.

Применение фильтра напряжения обратной последовательности дополнительно позволяет отличать несимметричные КЗ от режимов пуска электродвигателей.

Рисунок 9.6 – Осциллограмма пуска электродвигателя

Рисунок 9.7 – Пусковые характеристики асинхронного двигателя при прямом пуске (пуск совершается при скольжении , то есть справа налево) [по мере увеличения скорости ротора происходит снижение тока до величины ]

Учёт погрешности измерительных ТТ – ещё одного фактора, влияющего в значительной степени на функционирование защит.

В качестве первичных измерительных преобразователей тока для релейной защиты в подавляющем большинстве выступают электромагнитные трансформаторы тока (ТТ), которые подвержены насыщению. Основными причинами насыщения являются наличие апериодической составляющей в первичном токе, а также остаточная индукция в магнитопроводе трансформатора. По мере затухания апериодических составляющих ТТ выходит из насыщения, и погрешности в трансформации первичного тока уменьшаются.

Насыщение ТТ приводит к искажению формы тока во вторичной цепи, что оказывает негативное влияние на функционирование релейной защиты.

Скорее всего, Попов С.О., в этом вопросе, имел в виду насыщение, например, при БТН при пуске трансформатора (так как вопрос относится к теме «неаварийных режимов»).

Рисунок 9.8 – Осциллограмма вторичного тока ТТ при его насыщении (при КЗ): 1 – реальный вторичный ток; 2 – идеальный вторичный ток; 3 – действующее значение реального вторичного тока; 4 – действующее значение идеального вторичного тока; 5 – уставка срабатывания токовой релейной защиты [Как видно, действующее значение реального тока превысило уставку намного позже ( ), чем в случае идеального тока ( )]

P.S. Защита срабатывает по действующему значению параметра. То есть, для срабатывания реле тока максимального действия необходимо, чтобы действующее значение тока превысило уставку срабатывания защиты.

К слову, в быстродействующих дифференциальных защитах учёт погрешности ТТ в режимах насыщения выполняется посредством тормозной характеристики. Данная мера оказалась универсальной, применялась в электромеханических реле, а затем и в микропроцессорных терминалах.

Кривые 10%-ных погрешностей ТТ. Согласно нормативным документам, нагрузка на ТТ выбирается таким образом, чтобы полная погрешность не превышала 10 % при токах установившегося режима КЗ, соответствующих характеру срабатывания.

Рисунок 9.9 – Кривые 10%-ных погрешностей ТТ (этот рисунок – просто для примера, так как у каждого ТТ свои кривые, и их можно найти в справочниках (например, Берковича))

Возможные пути улучшения работы ТА в переходных режимах. Для улучшения работы ТА в переходных режимах, что особенно важно для обеспечения эффективной работы быстродействующих защит, предлагался ряд решений. Основным из них, относящимся к собственно ТА, является использование в их магнитопроводах немагнитных зазоров с размерами, достаточными для обеспечения линейной характеристики (в пределах возможных значений токов КЗ, с учётом их апериодических составляющих). Применение таких зазоров практически устраняет и значительные остаточные индукции.

Использование ТА с зазором приводит при заданной вторичной нагрузке к увеличению сечения магнитопроводов. Поэтому, их применение более эффективно при относительно небольших нагрузках; такие нагрузки могут обеспечиваться при использовании защит, построенных на микроэлектронной или микропроцессорной элементной базе.

Также, возможным путём улучшения работы ТА в переходных режимах является использование быстродействующих защит, работающих в самом начале возникновения КЗ, когда электромагнитные ТА ещё работают в линейном режиме (т.к. насыщение ещё не началось). Способ применителен к защитам на микроэлектронной элементной базе.

Качания в том числе значительно влияют на работу защит.

Федосеев, 5.3. (максимальные токовые направленные защиты).

Учёт токов качаний. Изменение действующего значения тока в органе тока во времени при качаниях приведено на рисунке 9.10. Орган срабатывает при возрастании тока до и возвращается в исходное состояние только при последующем его снижении до .

Рисунок 9.10 – Диаграмма, характеризующая работу органа тока при качаниях

Таким образом, при качаниях орган находится в сработавшем состоянии в течение времени t_p. Орган направления мощности с учётом возможных больших изменений угла φ_p при качаниях может срабатывать. Отстройка от I_p выбором соответствующего I_с,з  неприемлема, так как её орган тока получился бы недопустимо грубым. Поэтому, для отстройки учитывается только лишь относительно небольшое время t_p, от которого защита обычно отстроена по времени (во многих режимах качаний t_с,з >t_p).

Рисунок 9.11 – Диаграмма, характеризующая возможность отказа срабатывания защиты при качаниях

При качаниях возможны не только ложные срабатывания защит, но и их отказы при КЗ в защищаемой зоне. Так, например, при возникновении на тупиковой линии отходящей от шин подстанции Б (точка К на рисунке 9.11), повреждения, обусловившего качания источников питания А и Б, ток в месте КЗ будет пульсировать с частотой периода качаний. При значительной выдержке времени t_с,з токовой защиты тупиковой линии, соизмеримой с периодом качаний или большей его, и при она не сможет сработать. Для предотвращения подобных отказов (и, вообще, возникновения значительных качаний) необходимо применение защит с возможно малыми временами срабатывания. Также возможна установка пуска по напряжению обратной последовательности.

Также Попов С.О., когда я прочитал ему часть вопроса «методы обеспечения правильного функционирования и повышения эффективности защиты в этих случаях», сказал, что в этом вопросе необходимо кроме отстроек, блокировок, дополнительных органов [и т.д.] упомянуть ещё и о существовании ЛЗШ. Не писать о ней подробно, а просто сказать, что можно воспользоваться ещё и логической селективностью.

Подробнее о ЛЗШ в следующем вопросе.