ИЭ / 9 сем (станции+реле) / Экзамен / РЗ 9

9. Максимальная токовая защита. Неаварийные переходные процессы и их влияние на функционирование защиты: включение различных типов нагрузок и элементов сети, качания, учёт погрешности измерительных ТТ. Методы обеспечения правильного функционирования и повышения эффективности защиты в этих случаях. [Л2 5.1-5.8; Л5 1.1,1.2,3.1,3.2]

Билеты 7-й и 8-й сем + Internet.

Бросок тока намагничивания (БТН) – один из тех неаварийных режимов,

которые прямым образом влияют на функционирование защит.

Что такое БТН?

Включение трансформатора под напряжение. Ток намагничивания транс-

форматора Iμ в нормальном режиме работы невелик и составляет 1-2% номиналь-

ного тока. После отключения внешнего КЗ или включения трансформатора под напря-

жение возникает пик переходного тока включения, который может в 20 раз превышать значение номинального тока (но обычно превышает в 5-8 раз). Продолжительность броска, в среднем, от 0,1 до 0,7 с. Такое явление происходит вследствие насыщения магнитопровода и вызывает большой намагничивающий ток.

Рисунок 9.3 – Признаки БТН

91

Отстройка защиты от броска тока намагничивания достигается тремя путями:

1)Загрублением защиты по току срабатывания.

2)Включением реле через промежуточные насыщающиеся трансформаторы

тока.

3) Выявлением различия между формой кривой тока КЗ и формой кривой тока

намагничивания.

92

Рисунок 9.4 – Осциллограмма броска тока намагничивания

Попов С.О. говорил, что осциллограммы всех режимов нужно уметь нарисо-

вать. БТН – не исключение.

P.S. Данная осциллограмма (рисунок 9.4) отображает наличие длительно зату-

хающей апериодической составляющей и может быть охарактеризована содержанием различных гармоник и большой амплитудой тока в начальный момент времени (до 20

раз превышающей значение номинального тока трансформатора). Кривая значитель-

ным образом затухает через десятые секунды, однако полное затухание характерно через несколько секунд. При определенных обстоятельствах БНТ затухает лишь спу-

стя минуты после включения трансформатора под напряжение.

Также, часто используется блокировка срабатывания защиты при БТН.

Выявление броска тока намагничивания

93

Рисунок 9.5 – Функционально-логическая схема блокировки от БТН

Блоки (рисунок 9.5):

1, 2 – измерение первой и второй гармоники тока (амплитуд); 3 – уставка по коэффициенту блокирования; 4, 8 – блоки сравнения с уставкой (компараторы); 5 – выявление броска тока намагничивания; 6 – блок отсечки токов снизу;

7 – максимально возможный бросок тока намагничивания;

9 – пуск токовой ступени.

94

От внешней цепи в схему приходят амплитуды первой и второй гармоники тока

– блоки 1 и 2 (судя по схеме, амплитуды второй гармоники и исходного сигнала – М.Ч.). В блоке 4 происходит вычисление допустимой амплитуды второй гармоники

(уставка содержания умножается на амплитуду сигнала) и сравнение с текущей её ам-

плитудой. В блоке 8 амплитуда сигнала сравнивается с уставкой максимально возмож-

ного броска тока намагничивания (от блока 7). Если амплитуда сигнала превышает уставку, блок 8 отправляет блокирующий сигнал на блок 5 (который при приходе сиг-

нала от блока 8 выдаёт 0) – блокировка не работает. Если от блока 4 сигнал пришёл, а от блока 8 нет (то есть, со-

держание второй гармоники выше нормального, а ток ниже предельного броска намагничивания), значит блок

5 выдаёт 1 и при пуске защиты (блок 9

выдаёт 1) срабатывает блокировка – работа защиты блокируется.

Следующий неаварийный режим, влияющий на функционирование защит –

самозапуск электродвигателей.

Коэффициент самозапуска (kсзп) – коэффициент, учитывающий пусковой бро-

сок тока двигателей, оставленных в режиме самозапуска. Учитывается только при вы-

полнении защиты без выдержки времени и с малыми выдержками времени.

Формула расчёта уставки, в которой сзп (≈ − ) непосредственно находится:

Таким образом, при расчёте уставки срабатывания защиты учитывается ток са-

мозапуска двигателей. Этот коэффициент помогает защите не срабатывать ложно, од-

нако он значительно ухудшает чувствительность.

Но, в свою очередь, чувствительность защиты можно повысить различными способами (Попов С.О. сказал, что это тоже нужно знать).

95

Способы повышения чувствительности защит

Для повышения чувствительности МТЗ необходимо снизить её ток срабатыва-

ния.

1) При необходимости небольшого повышения чувствительности можно заме-

нить токовое реле на реле с более высоким коэффициентом возврата (например, по-

лупроводниковые реле типа РСТ имеют kВ = 0,9 , а микропроцессорные защиты имеют kВ = 0,96).

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 мень-

шему снижению напряжения (при самозапуске фазное напряжение не снижается более, чем 0,6 ном, а при КЗ – снижается), а ток срабатывания МТЗ отстраивается от тока нагрузки в нормальном режиме. В этом случае снижения тока срабатывания по-

лучается в несколько раз.

Такая защита действует на отключение только при одновременном срабатыва-

нии токовых реле и реле минимального напряжения, что бывает только при КЗ. При перегрузках (самозапуске) действие защиты блокируется с помощью реле минималь-

ного напряжения.

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

96

Рисунок 9.6 – Осциллограмма пуска электродвигателя

Рисунок 9.7 – Пусковые характеристики асинхронного двигателя при прямом пуске

(пуск совершается при скольжении s = 1, то есть справа налево)

[по мере увеличения скорости ротора происходит снижение тока до величины Iном]

Учёт погрешности измерительных ТТ – ещё одного фактора, влияющего в

значительной степени на функционирование защит.

В качестве первичных измерительных преобразователей тока для релейной за-

щиты в подавляющем большинстве выступают электромагнитные трансформаторы

97

тока (ТТ), которые подвержены насыщению. Основными причинами насыщения яв-

ляются наличие апериодической составляющей в первичном токе, а также остаточная индукция в магнитопроводе трансформатора. По мере затухания апериодических со-

ставляющих ТТ выходит из насыщения, и погрешности в трансформации первичного тока уменьшаются.

Насыщение ТТ приводит к искажению формы тока во вторичной цепи, что ока-

зывает 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 «неаварий-

ных 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 ( 2), чем в случае идеального тока ( 1)]

98

P.S. Защита срабатывает по действующему значению параметра. То есть,

для срабатывания реле тока максимального действия необходимо, чтобы действу-

ющее значение тока превысило уставку срабатывания защиты.

Кслову, в быстродействующих дифференциальных защитах учёт погрешности

ТТв режимах насыщения выполняется посредством тормозной характеристики. Дан-

ная 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 срабатыва-

ния.

99

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 улуч-

шения работы ТА в переходных режимах, что особенно важно для обеспечения эф-

фективной 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 характе-

ристики (в пределах возможных значений токов КЗ, с учётом их апериодических со-

ставляющих). Применение таких зазоров практически устраняет и значительные остаточные индукции.

Использование ТА с зазором приводит при заданной вторичной нагрузке к уве-

личению сечения магнитопроводов. Поэтому, их применение более эффективно при относительно небольших нагрузках; такие нагрузки могут обеспечиваться при ис-

пользовании защит, построенных на микроэлектронной или микропроцессорной эле-

ментной базе.

Также, возможным путём улучшения работы ТА в переходных режимах явля-

ется использование быстродействующих защит, работающих в самом начале возник-

новения КЗ, когда электромагнитные ТА ещё работают в линейном режиме (т.к. насы-

щение ещё не началось). Способ применителен к защитам на микроэлектронной эле-

ментной 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 .

100