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

Рисунок. 9. Векторные диаграммы токов и напряжений при КЗ двух фаз на землю через отдельные дуги.

71

8. Максимальная токовая защита. Основные положения реализации защиты.

Выбор уставок в радиальной сети. Проверка чувствительности. Возможные

причины снижения эффективности защиты. [Л2 5.1-2, 5.4-5.8;Л5 1.1,1.2,3.1]

Токовыми называются защиты с относительной селективностью, реагирующие на ток,

проходящий по защищаемому элементу. Токовые защиты могут использоваться на лю-

бых элементах электроэнергетических систем (линиях, двигателях, трансформаторах и т. д.).

Защиты могут срабатывать при превышении током в месте их включения заранее установленного значения (максимальные защиты). В общем случае они выполняются со ступенчатыми, плавными (зависимыми) или комбинированными характеристи-

ками выдержки времени = ( ), где l - расстояние от места включения защиты до точки возникновения КЗ. Для сетей с ном ≥ 35 ÷ 110 кВ защиты обычно имеют сту-

пенчатые характеристики = ( ), для сетей более низких напряжений часто исполь-

зуются другие характеристики (комбинированные, когда часть участка характери-

стики независимая, часть зависимая – прим. М.Ч.), создаваемые специальным выпол-

нением органа тока.

При ном ≤ 35 кВ для ИО (измерительный орган) тока используются полные токи в двух фазах, так как в ТТ ≤ 35 кВ часто используется схема неполной звезды или на разность токов 2 фаз (для обеспечения отключения при дв(1,1)(двойного замыкания на землю) по возможности только одного места повреждения может применяться полная звезда – прим. М.Ч.). В сетях с ном ≥ 110 кВ защиты преимущественно предназначаются для ликвидации только КЗ на землю ( (1) и (1,1)) и выполняются как защиты нулевой последовательности; для них требуются ТА в трёх фазах, которые включа-

ются так, чтобы иметь ток в ИО = 3 0. Используются иногда схемы с включением ИО на другие симметричные составляющие, а также с дополнительными ИО напря-

жения.

72

Типичными являются защиты со ступенчатыми характеристиками = ( ). Током срабатывания защиты или её отдельных ступеней Iс.з обычно называется минималь-

ный ток в фазах линии, при котором защита (её ступень) может срабатывать. Логиче-

ское уравнение, характеризующее работу трёхступенчатых токовых ненаправленных защит, имеет вид:

танном положении в течение времени

Действие токовой защиты рассматривается в первую очередь на примере её примене-

ния для радиальной сети с односторонним питанием (рис. 8.1, а). Устройства защиты включаются только со стороны питания всех элементов и могут действовать на от-

ключение своих выключателей. Примерные характеристики выдержек времени защит

1', 2' и 3' даны на рис. 8.1, б.

Рис. 8.1. Размещение токовых защит со ступенчатыми выдержками времени

в радиальной сети с односторонним питанием (а) и примерный

выбор их характеристик выдержек времени (б)

73

Оказывается целесообразным начинать с последних (третьих) ступеней, в частности потому, что они часто используются отдельно - в качестве самостоятельных защит.

При включении на полные токи фаз они называются максимальными токовыми за-

щитами.

Что такое МТЗ?

Билеты 7-й сем. (максимальная токовая защита (МТЗ) ЛЭП с 1-сторонним пита-

нием).

Рисунок 9.1 – МТЗ в радиальной сети

Максимальная токовая защита служит для защиты от долговременных перегрузок и коротких замыканий в сетях с односторонним питанием. Также, данный тип защиты используется в качестве резерва соседних участков электросети. Зона действия за-

щиты охватывает свой участок цепи и соседний полностью. Защита отстраивается от тока в рабочих режимах. Селективность обеспечивается за счет выдержки времени

(чем ближе защита к источнику питания, тем больше выдержка). Каждая линия имеет самостоятельную защиту, отключающую линию в случае повреждения на ней самой или на шинах питающейся от неё подстанции.

При КЗ в какой-либо точке сети, например, в точке К1 (рис. 9.1 (а)), ток КЗ проходит по всем участкам сети, расположенным между источником питания и местом повре-

74

ждения, в результате чего пускаются все защиты (1, 2, 3, 4). Однако, по условию се-

лективности, сработать на отключение должна только защита 4, установленная на по-

вреждённой линии. Для обеспечения указанной селективности максимальные защиты выполняются с выдержками времени, нарастающими от потребителей к источнику питания, как это показано на рис. 9.1 (б). При соблюдении этого принципа, в случае КЗ в точке К1, раньше других сработает защита 4 и произведёт отключение повре-

ждённой линии. Защиты 1, 2 и 3 вернутся в начальное положение, не успев подей-

ствовать на отключение.

Соответственно, при КЗ в точке К2, быстрее всех сработает защита 3, а защиты

1 и 2, имеющие бОльшее время срабатывания, не подействуют. Рассмотренный прин-

цип подбора выдержек времени называется ступенчатым.

При выборе тока срабатывания должны выполняться два условия:

1.Ток срабатывания всегда должен быть больше максимального рабочего тока, чтобы защита не действовала при нормальной работе системы:

Iсз ≥ Iраб max .

2.Ток возврата защиты должен быть больше тока самозапуска двигателя в послеаварийном режиме работы системы, чтобы защита возвращалась в исходное положение после селективного отключения поврежденного элемента:

Iв ≥ Iсзп .

Вывод формулы тока срабатывания МТЗ.

Коэффициент возврата:

Iв kв = Iсз .

Выразим ток срабатывания:

Iв Iсз = kв .

Известно, что Iв = kотс ∙ Iсзп, тогда

75

Также известно, что Iсзп = kсзп ∙ Iраб max, тогда

Выдержки времени срабатывания МТЗ должны возрастать по мере приближения к источнику питания:

Рисунок 9.2 – Иллюстрация ступенчатого принципа подбора выдержек времени

Общая формула:

tсз = tсз см эл + ∆t .

76

Тогда

tсз3 = tсз Н4 + ∆t ; tсз2 = tсз3 + ∆t ; tсз1 = tсз2 + ∆t ,

где tсз Н4 – время срабатывания собственной защиты нагрузки, ∆t – ступень селектив-

ности (0,4…0,6 с);

Достоинства МТЗ: простота, надёжность, небольшая стоимость.

Недостатки: большие выдержки времени, недостаточная чувствительность при КЗ в разветвлённых сетях.

Применение: сети 6-10 кВ, радиальные сети – основная защита (если нет более быст-

родействующей), сети 110 кВ и выше – резервная защита. Применяется на всех эле-

ментах (ЛЭП, Г, Т). Применяется в составе трехступенчатой токовой защиты в каче-

стве третьей ступени защиты.

Далее, более подробно:

Током срабатывания защиты Iс.з обычно называется минимальный ток в фазах линии,

при котором защита может срабатывать. Током срабатывания ИО тока Iс,р называется минимальный ток в ИО, при котором он срабатывает. При обычно применяемых ор-

ганах тока, питаемых от вторичных обмоток ТА с коэффициентом трансформации К1ном, эти токи различны вследствие того, что 1ном ≠ 0, и вследствие возможного не-

равенства IР и тока I2 в ТА. Так, например, при включении на разность токов двух фаз

величиной IP), то ( ) может от вида повреждения зависеть.

с.з

77

Током возврата защиты Iв.з называется максимальный ток в фазах линии, при кото-

ром защита возвращается в исходное состояние, а током возврата ИО тока Iв.р - макси-

мальный ток в ИО, при котором он возвращается в исходное состояние.

Коэффициент возврата ИО тока в = в.р/с.р = в.з/с.з. Органы тока максимальные, и

для них kв<1.

В настоящее время органы тока иногда выполняются односистемными с переключе-

нием подводимых воздействующих величин токов фаз с помощью максиселекторов,

операционных усилителей и т. д., обеспечивающих реагирование единственного ор-

гана тока на больший из токов, подводимых к нему от ТА. Для этого случая под Iс.з

должен пониматься не минимальный, а максимальный из токов фаз, используемых для защиты, но в режиме, соответствующем минимальному уровню токов в защища-

емой линии, при котором защита срабатывает. Ток Iс.р такого органа будет опреде-

ляться этим Iс.з с учётом того, что kcx = 1. Соответственно уточняется и определение для Iв.з.

защита может срабатывать. Током срабатывания ИО тока Iс.р называется минималь-

ный ток в ИО, при котором он срабатывает. При обычно применяемых органах тока,

питаемых от вторичных обмоток ТА с коэффициентом трансформации К1ном, эти токи различны вследствие того, что 1ном ≠ 0, и вследствие возможного неравенства IР и

тока I2 в ТА. Так, например, при включении на разность токов двух фаз в симметрич-

воздействующей величиной IP), то ( ) может зависеть от вида повреждения.

с.з

Условие выбора уставок для МТЗ

78

МТЗ отстраивают от максимального тока нагрузки присоединения. МТЗ должна быть согласована с токовыми защитами предыдущих присоединений по току и по времени.

Согласование по току заключается в том, что ток срабатывания должен быть больше тока срабатывания предыдущих присоединений с учётом тока нагрузки. Согласование по времени заключается в том, что время срабатывания должно быть больше времени срабатывания предыдущих присоединений.

Выдержки времени защит. Они выбираются по ступенчатому принципу, согласно которому должны быть больше максимальной выдержки времени предыдущих защит на ступень t при отсутствии УРОВ (устройства резервирования при отказе выклю-

чателя предыдущего элемента) или на t+tуров при наличии последнего. Необходимо отметить, что УРОВ в распределительных сетях с максимальной токовой защитой обычно не применяется.

Выбор выдержек времени всегда должен начинаться с защит элементов сети, наибо-

лее удаленных от источника питания, т. е. с защит 1’ и 1’’ на подстанции В (рис. 8.2).

В общем случае эти защиты уже имеют выдержки времени t’ и t’’, обеспечивающие их селективность несрабатывания при КЗ в питаемых от подстанции В потребителях.

Выдержка времени t’2 последующей защиты (на подстанции Б) выбирается больше максимальной выдержки времени защит подстанции В. Если, например, 1′ > 1′′, то

2′ > 1′ . В общем случае для n-й защиты соответственно при отсутствии или наличии УРОВ на предыдущей подстанции:

= ( −1) + или = ( −1) + + ( −1)уров.

79

Рис. 8.2. Согласование независимых характеристик выдержек времени последних ступеней токовых защит

Ток срабатывания. Он всегда должен быть больше максимального рабочего тока в защищаемой линии. Однако, как правило, Iс.з определяется более тяжёлыми услови-

ями. Их может быть несколько. Для определения Iс.з, например, защиты 3 (рис. 8.2)

рассматривается её поведение в двух, часто основных случаях: при КЗ на одном из элементов, питаемых от подстанции Б, и при КЗ на данном участке АБ, его отключе-

нии и последующем АПВ.

В первом случае своей защитой отключается поврежденный элемент подстанции Б.

Защита 3, находящаяся под воздействием тока I’k (рис. 8.3, а) и имеющая выдержку времени t3>t2, срабатывать не успевает и должна возвратиться в исходное состояние.

Это, однако, произойдёт, только если её ток возврата Iв.з в рассматриваемом уже сим-

метричном режиме будет больше расчётного тока запуска I’з проходящего по участку АБ к оставшимся в работе элементам подстанции Б (см. рис. 8.2). Принимая с запасом I’з.расч = I’зmах (см. рис. 8.3, а), получаем условие возврата: Iв.з>I’зmах.

При определении I’зmах обычно предполагается, что отключенный элемент подстан-

ции Б мог передавать относительно малую мощность, а электродвигатели других её элементов в результате снижения напряжения при КЗ сильно затормозились и ток в них при восстановлении напряжения (после отключения КЗ) временно увеличился

(процесс самозапуска). Поэтому I’зmах часто оказывается значительно большим Iраб mах

80