Путь:Главная

Релейная защита

Максимальная токовая защита Печать E-mail
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТОКОВЫХ ЗАЩИТ Одним из признаков возникновения к. з. является увеличение тока в линии. Этот признак используется для выполнения защит, называемых токовыми. Токовые защиты приходят в действие при увеличении тока в фазах линии сверх определенного значения. В качестве реле, реагирующих на возрастание тока, служат макси¬мальные токовые реле .
   Токовые защиты подразделяются на максимальные токовые защиты и токовые отсечки. Главное . различие между этими защитами заключается в способе обеспечения селективности.
Селективность действия максимальных защит достигается с по¬мощью выдержки времени. Селективность действия токовых отсе¬чек обеспечивается соответствующим выбором тока срабатывания.

ЗАЩИТА ЛИНИЙ С ПОМОЩЬЮ МАКСИМАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ

   Максимальные токовые защиты являются основным видом за¬щит для сетей с односторонним питанием. В сетях более сложной конфигурации максимальная защита применяется как вспомога¬тельная в отдельных случаях.
 
   В сетях с односторонним питанием максимальная защита должна устанавливаться в начале каждой линии со стороны источника пи-•тания (рис. 4-1, а). При таком расположении защит каждая линия имеет самостоятельную защиту, отключающую линию в случае по¬вреждения на ней самой или на шинах питающейся от нее подстан¬ции.
   При к. з. в какой-либо точке сети, например в точке Ki (рис. 4-1, а), ток к. з. проходит по всем участкам сети, расположен¬ным между источником питания и местом повреждения, в результате чего приходят в действие все защиты (/, 2, 3, 4). Однако по условию селективности сработать на отключение должна только защита 4, установленная на поврежденной линии.
   Для обеспечения указанной селективности максимальные защи¬ты выполняются с выдержками времени, нарастающими от потре¬бителей к источнику питания, как это показано на рис. 4-1, б. При соблюдении этого принципа в случае к. з. в точке Ki раньше других сработает защита 4 и произведет отключение поврежденной линии. Защиты /, 2 и 3 вернутся в начальное положение, не успев подействовать на отключение. Соответственно при к. з. в точке /С2 быстрее всех сработает защита 3, а защиты / и 2, имеющие большее время, не подействуют.
   Рассмотренный принцип подбора выдержек времени называется ступенчаты м.
В сетях с двусторонним питанием достигнуть селективного дей¬ствия максимальной защиты только путем подбора выдержек вре¬мени, как правило, не удается; в этих сетях вместо максимальной токовой защиты применяют более сложные направленные защиты.

СХЕМЫ ЗАЩИТЫ

  а) Разновидности схем максимальной защиты
Максимальные защиты выполняются трехфазными и двухфазны¬ми, прямого и косвенного действия .
   По способу питания оперативных цепей максимальные защиты косвенного действия делятся на защиты с постоянным и переменным   оперативным током.
По характеру зависимости времени действия реле от тока мак¬симальные защиты подразделяются на защиты с независимой и   зависимой   характеристиками.
   Максимальные защиты прямого действия и на переменном опе¬ративном токе имеют существенные отличия в выполнении опера¬тивных цепей, применяемой аппаратуре и в расчете параметров, поэтому они рассматриваются отдельно .
  б) Схемы  трехфазной  защиты  на  постоянном   оперативном токе
   Защита с независимой выдержкой времени (рис. 4-2). В трехфаз¬ных защитах трансформаторы тока и обмотки токовых реле соеди¬няются по схеме полной звезды б.
Основными элементами схемы максимальной защиты (рис. 4-2) являются: токовые реле /, срабатывающие при появлении тока к. з.
 
и выполняющие функции пус¬кового органа защиты, и реле времени 2, создающее вы¬держку времени и выполняющее функции органа времени. Кроме основных, в схеме имеются и вспо¬могательные реле; к ним относятся промежуточное реле 3 и указатель¬ное реле 4.
   При возникновении к. з.сраба¬тывают токовые реле тех фаз, по которым проходит ток к. з. Кон¬такты всех токовых реле соединены параллельно, поэтому, при сраба¬тывании любого токового реле за¬мыкается цепь обмотки реле вре¬мени 2. Через заданный интервал времени контакты реле времени замыкаются,   и   приводят  в  действие промежуточное реле 3. Последнее срабатывает мгновенно и по¬дает ток в катушку отключения выключателя 6 через блокировоч¬ный контакт 5 (см. § 1-8).
   Промежуточное реле 3 устанавливается в тех случаях, когда реле времени не может замыкать цепь катушки отключения из-за недостаточной мощности своих контактов.
   Указательное реле 4 включается последовательно с катушкой от¬ключения. При появлении тока в этой цепи указательное реле сраба¬тывает, его флажок выпадает, фиксируя, таким образом, действие максимальной защиты и появление тока в катушке отключения.
   Блокировочный контакт привода выключателя 5 служит для раз¬рыва тока катушки отключения, так как контакты промежуточных реле не рассчитываются на размы-каниеч этой цепи. Блокировочный контакт должен размыкаться рань¬ше, чем произойдет возврат про¬межуточного реле.
   Время действия рассмотренной защиты определяется выдержкой времени, установленной на реле времени, и не зависит от величины тока к. з., поэтому такая защита называется защитой с не¬зависимой выдержкой времени и имеет характери¬стику в виде прямой / на рис. 4-3.
   Защита с зависимой характе¬ристикой. Наряду с независимой защитой применяется максималь¬ная защита с зависимой и ограни¬ченно зависимой характеристиками t-== f (!) (кривые 2 и Зна рис. 4-3). Оба вида зависимых защит выпол¬няются при помощи токовых реле, работающих не мгновенно, а с вы-
держкой времени, зависящей от величины тока. Примером такого реле является реле типа РТ-80.    Схема зависимой защиты с реле типа РТ-80 изобра¬жена на рис. 4-4. В этой схеме отсутствует реле времени, а также промежуточное и указательное ре¬ле, так как реле типа РТ-80 имеет контакты достаточной мощности и сигнальный флажок, выпадающий при срабатывании реле.
   В отличие от защиты с незави¬симой характеристикой (прямая 1 на рис. 4-3, а) защита с зависимой характеристикой (кривые 2 и 3) действует при токах /р = (1-т-2) /сз со значительно большей выдерж¬кой времени, чем при к. з., что улучшает отстройку защиты от кратковременных перегрузок.
Кроме того, защиты с зависимой характеристикой позволяют ускорить отключение при повреждении в начале линии (точка К\ на рис. 4-3, б), если ток при к. з. в К\ значительно больше, чем при к. з. в конце линии в точке /С2. Однако согласование выдержек
 
 
времени независимых защит значительно проще  по¬этому зависимые защиты следует применять только в случаях яв¬ного преимущества.
   Трехфазные схемы максимальной защиты, приведенные на рис. 4-2 и 4-4, реагируют на все виды к. з., включая и однофазные, и поэтому их применяют в сети с глухо заземленной нейтралью, где возможны как междуфазные, так и однофазные к. з.
   В сети с изолированной нейтралью трехфазные схемы не рекомен¬дуются к применению по следующим причинам:
 1.  Трехфазные схемы дороже двухфазных, так как для их выполнения требуется больше оборудования и соединительных проводов. ,
 2.  Трехфазные защиты в большем числе случаев, чем' двухфаз¬ные, работают неселективно при двойных замыканиях на землю.
  в) Схемы двухфазной защиты на постоянном оперативном токе
   В тех случаях, когда максимальная защита должна действовать только при междуфазных к. з., применяются двухфазные схемы с двумя или одним реле.
Двухрелейная схема с независимой характеристикой (рис. 4-5, а).  
 в). Элементы схемы и их назначение такие же, как в трехфаз¬ной схеме на рис. 4-2.
Достоинством двухрелейной схемы является то, что она: 1) реагирует (так же как и трехфазная) на все междуфазные к. з. на линиях;
 2)  при замыканиях на землю в двух разных точках сети с изо¬лированной нейтралью работает селективно в большем числе слу¬чаев, чем трехфазная схема (см. § 4-4);
 3)  экономичнее трехфазной схемы, так как для ее выполнения требуется меньше оборудования и проводов.
К недостаткам двухфазной схемы нужно отнести ее меньшую чув¬ствительность (по сравнению с трехфазной схемой) при двухфазных к. з. за трансформатором с соединением обмоток Л/Д- Как видно из рис. 3-17, а, при двухфазном к. з-. на стороне Д ток в одной фазе
Та же самое получается и при соединении обмоток трансформа¬тора А/л в случае двухфазного к. з. на стороне звезды.
   При трехфазной схеме одно из реле защиты питается большим
 в то время как при двухфазной схеме в одном из
трех возможных случаев двухфазного к. з. (АВ, ВС, С А) трансфор¬маторы тока защиты оказываются на фазах с меньшими токами к.з.    Поэтому двухфазная защита при двухфазных к. з. за трансформаторами  имеет в 2 раза меньшую чувствительность, чем трехфазная защита.
   При необходимости чувствительность двухфазной схемы можно повысить, установив третье токовое реле в общем проводе токовых цепей.
Таким образом, с дополнительным реле двухфазная схема ста¬новится равноценной по чувствительности с трехфазной.
   Вследствие отмеченных выше положительных свойств двухфаз¬ные схемы широко применяются в сетях с изолированной нейтралью, где возможны только междуфазные к. з. Двухфазные схемы приме¬няются в качестве защиты от междуфазных к. з. и в сетях с глухоза-земленной нейтралью, при этом для отключения однофазных к. з. устанавливается дополнительная защита, реагирующая на ток ну¬левой последовательности.
   Однорелейная схема (рис. 4-5, б). Защита состоит из тех же элементов, что и предыдущая схема. Токовое пусковое реле Т одно, оно включается на разность токов двух фаз /р = 1а — 1 в и реаги¬рует на все случаи междуфазных к. з. (полной и неполной звезды)
Преимуществом схемы является наименьшее число токовых реле и соединительных проводов, необходимых для ее выполнения (одно реле и два токовых провода).
К недостаткам, ограничивающим применение схемы, нужно от¬нести:
 1) меньшую чувствительность по сравнению с двухрелейной схе¬мой при к. з. между фазами АВ и ВС . Этот недостаток имеет значение при малой кратности токов к. з., когда /к близко к току нагрузки;
 2)  недействие защиты при одном из трех возможных случаев к. з. за трансформатором с соединением обмоток;
 3)  при неисправности единственного токового реле или прово¬дов, связывающих его с трансформаторами тока, защита откажет в действии при к. з. Двухрелейная схема (рис. 4-5, а) не имеет такого недостатка, так как при трехфазных к. з. и двухфазных между А и С в этой схеме работают два реле и поэтому обрыв одного провода не приведет к отказу защиты.
   Первый недостаток не позволяет применять однорелейные схемы в сети с малой кратностью токов к. з. Второй исключает применение схемы в сетях, где имеются трансформаторы с соединением обмоток А/А. Третий ограничивает применение однорелейной защиты в се¬тях, где отказ защиты может отразиться на электроснабжении боль¬шого участка сети.
Однорелейная схема находит применение в распределительных сетях 6—10 кв и для защиты электродвигателей. В сетях 35 кв и выше из-за указанных недостатков однорелейная схема почти не применя¬ется.
   Двухфазная защита с зависимой характеристикой. Токовые цепи этой защиты выполняются так же, как и у защиты с независимой характеристикой. Токовое реле имеет зависимую характеристику, в качестве него используется реле типа РТ-80.
   Схемы защит аналогичны схемам на рис. 4-5, а и б, за исключе¬нием того, что в них отсутствуют реле времени и указательное реле. Все сказанное о двухфазных схемах с независимой характеристикой относится и к схемам с зависимой характеристикой.

ТОК СРАБАТЫВАНИЯ ЗАЩИТЫ
   Исходным для выбора тока срабатывания максимальной токовой защиты от к. з. является требование, чтобы она надежно работала при повреждениях, но в то же время не действовала при максималь¬ных токах нагрузки и ее кратковременных толчках, вызываемых пуском и самозапуском двигателей, колебанием нагрузки потреби¬телей и другими причинами.
   Излишняя чувствительность защиты из-за недостаточной от¬стройки ее от токов нагрузки может приводить к неправильным от¬ключениям при неопасных перегрузках, что наносит ущерб потре¬бителям. Слишком чувствительная защита сама становится ис¬точником аварий и перебоев в питании пощребителей.
   Из этого следует, что главная задача при выборе тока Срабаты¬вания состоит в надежной отстройке защиты от токов нагрузки. Для этой цели необходимо выполнить два условия:
 1)   Токовые реле защиты не должны приходить в действие при максимальном рабочем токе нагрузки /р,макс, для чего ток  срабатывания  защиты1 /сз должен быть больше максималь¬ного рабочего тока нагрузки:

 2)  Токовые реле, сработавшие при внешнем к. з., должны надеж¬но возвращаться в исходное положение после отключения к. з. и

( Здесь и в дальнейшем под током срабатывания защиты подразумевается наименьший первичный ток в фазе линии, нербходимый для действия защиты.)

снижения тока до максимального тока нагрузки. Так, например, при к. з. в точке К сети (рис. 4-8) срабатывают токовые реле защит 1 и 2. После отключения повреждения защитой 2 прохождение тока к. з. прекращается и пришедшие в действие токовые реле защиты / должны возвратиться в начальное положение, так как иначе про¬изойдет неправильное отключение непо¬врежденной линии. Поэтому ток возврата реле должен быть больше тока нагрузки линии, проходящего через защиту / после отключения к. з.
Этот ток в первый момент времени после отключения к. з. имеет повышенное значе¬ние из-за пусковых токов электродвига¬телей.
 
   Асинхронные электродвигатели, со¬ставляющие значительную часть нагрузки, во время к. з. тормозятся вследствие воз¬никающего при к. з. понижения напряже¬ния. После отключения к. з. напряжение восстанавливается и все оставшиеся в работе электродвигатели (часть неответственных электродвигателей отключается защитой от понижения напряжения) самозапускаются, потребляя по¬вышенный пусковой ток (рис. 4-9). Этот ток /3 постепенно затухает, и в линии устанавливается рабо¬чий ток, который в худшем случае может иметь максимальное значе¬ние /р.макс.
Увеличение /р.макс, вызванное самозапуском двигателей, оцени¬вается коэффициентом запуска k3. Учет самозапуска двигателей яв¬ляется обязательным.
   При выполнении условия (4-2) выполняется также условие (4-1), так как ток возврата максималь ных реле всегда меньше тока сра¬батывания.
 
   Поэтому для отстройкь защиты от нагрузки за исходное принимается условие (4-2).
   Коэффициент запаса fe3an учитывает возможную погрешность в величине тока возврата реле и принимается равным 1,1—1,2. Ток срабатывания защиты находится из соотношения, определяющего связь между токами возврата и срабатывания токовых реле. Подставляя в это выражение значение /в03 из (4-3), находим соответствующий ему ток срабатывания:
 
   Вторичный ток срабатывания реле /ср на¬ходится с учетом коэффициента трансформации трансформаторов тока и схемы включения реле, характеризуемой коэф¬фициентом
 
схемы йсх:
   Для схемы соединения в звезду (полную или непол¬ную) ?сх=1. Для схемы с включением реле на разность токов двух фаз kcx = ]/3.
Ток сраба¬тывания обратно пропорционален /гв03, поэтому в целях уменьшения /с 3 стремятся применять токовые реле с высоким коэффициентом возврата: примерно 0,85 и выше.


   Существенное значение для надежной отстройки защиты от на¬грузки имеет правильная оценка величины /р макс.
   Определяя максимальное значение тока нагрузки, нужно учиты¬вать тяжелое, но в то же время реально возможное увеличение на¬грузки, обычно возникающее в ре¬зультате нарушения нормальной схемы сети. Например, при двух параллельных линиях (рис. 4-10, а) необходимо учитывать, что в слу¬чае автоматического отключения одной из них нагрузка на остав¬шейся линии удвоится. При нали¬чии АВР, включающего выключа¬тель В (рис. 4-10, б), необходимо
 
предусматривать наброс мощности на линию Л1 при отключении ЛИ
и наоборот. При наличии АПВ (рис. 4-10, в) необходимо учиты¬вать самозапуск электродвигателей после повторного включения линий от АПВ.
   Чувствительность защиты. Ток срабатывания, вы¬бранный по условию отстройки от нагрузки, проверяется по условию чувствительности защиты. Проверка ведется по минимальному зна¬чению тока /к.з.мин при повреждении в конце зоны защиты. Зона действия максимальной токовой защиты должна охватывать защи-
щаемую линию и следующий второй участок, т. е. линию Л2 и трансформаторы, отходящие от шин приемной подстанции (рис. 4-11). Минимальный ток рассчитывается для реального минимального ре¬жима на электростанциях и в сетях, питающих линию. Чувствитель¬ность защиты оценивается коэффициентом чувствительности:
 
   Коэффициент чувствительности для защищаемой линии счита¬ется допустимым, если /к.3.мин в 1,5 раза больше тока срабатывания защиты. Снижение k4 ниже 1,5 не рекомендуется, так как действи¬тельный ток в реле при к. з. может оказаться меньше расчетного ^к.з.мин из-за неточности расчета токов к. з., влияния сопротивле¬ния в месте повреждения (не учитываемого при расчете) и погреш¬ности трансформаторов тока, уменьшающей вторичный ток. При к. з. на резервируемом участке согласно ПУЭ допускаются Кч = 1.2.

ВЫДЕРЖКА ВРЕМЕНИ ЗАЩИТЫ

 а) Ступень времени
Для обеспечения селективности выдержки времени максималь¬ных защит выбираются по ступенчатому принципу (рис. 4-12). Раз¬ница между временем действия двух смежных защит (например,
линий А и В на рис. 4-12) назы¬вается ступенью времени или сту¬пенью селективности:
Величина   ступени  At   должна быть такой,  чтобы   при   коротком замыкании  на  каком-нибудь   уча¬стке сети (например, на линии В) защита предыдущего участка (т. е.
 
на линииА) не успевала сработать. Выясним, от чего зависит величина At. При к. з. на линии В защита линии Л работает в течение времени, пока проходит ток к. з.. Это время равно:
 
где ?3(В)— выдержка времени защиты В; 1п{в) — погрешность в сто¬рону замедления реле времени защиты В; taiB) — время отключения выключателя В с момента подачи импульса в катушку отключения до разрыва тока к. з. контактами выключателя.
Следовательно, чтобы защита линии А не сработала при к. з. на следующем участке, она должна иметь время
 
Приняв некоторый запас t33n и учтя, что защита А может за счет -    погрешности реле времени снизить свою выдержку времени на ве¬личину tnlA), получим:    .
 
Отсюда минимальная ступень времени
 
   Согласно выражению (4-9) выбирается ступень для защит с не¬зависимой характеристикой. Что касается защит с зависимой харак¬теристикой, осуществляемых индукционным реле, то они могут про¬должать работать по инерции после отключения тока к. з. Поэтому ступень времени у таких защит должна быть увеличена на время инерционной ошибки реле ta:
 
   Для применяемых в эксплуатации реле и выключателей ступень времени колеблется у защит с независимой выдержкой времени в пределах 0,35—0,6 сек, а у защит с зависимой или ограниченно зависимой характеристикой — 0,6— 1 сек.
   Так, например, у защит с реле времени типа ЭВ-122 погрешность по времени составляет ta = ±0,12 сек; выключатели МКП-110 имеют время отключения tB = 0,15 сек. Подставляя указанные значения в выражение (4-9) и принимая за¬пас времени t3an равным 0,1 сек, получаем ступень времени
 
   При согласовании с быстродействующей защитой погрешность ее не учитывается (*П(В) = 0), и тогда [на основании (4-9) с учетом указанных значений ta и tB] ступень времени А^ = 0,35 -*¦ 0,4 сек.
 б) Выбор времени действия защит
Выдержки времени защит с независимой характеристикой опре¬деляются исходя из заданной ступени времени по уравнению
  (4-11)
   Выдержки времени защит с зависимой или ограниченно зависи¬мой характеристикой также должны удовлетворять условию (4-11), но поскольку время действия этих реле зависит от тока, необходимо задавать пределы тока, при которых это условие должно выпол¬няться. Положим, что линии, показанные на рис. 4-12, оборудованы защитой, имеющей ограниченно зависимую характеристику. Тре¬буется выбрать характеристику защиты линии А и согласовать ее с характеристикой защиты линии В, которая известна.
Защита линии А должна иметь время на ступень больше за¬щиты линий В при всех к. з.. в пределах зоны совместного действия защиты А я В, т. е. на линии В. Если при к. з. в точке /Ci (начало зоны защиты В) ток к. з., проходящий через защиты А и В, равен /к1, то при всех к. з. за точкой Къ т. е. в зоне работы защиты В, токи к. з.  будут меньше. Следовательно,  условие селективности
(4-11) должно выполняться при токе /щмакс и всех токах, меньших его. В случае к. з. на линии А время действия защиты А не должно согласовываться с защитой В и может быть сколь угодно малым; при этом ток к. з., проходящий через защиту А, будет больше /К1„акс-Из этих условий вытекает следующее правило подбора зависимых характеристик:
 1.  Строят исходную характеристику t = / (/) защиты В, с кото¬рой проводится согласование защиты А, установленной на смежном участке (рис. 4-13).
 2.  Определяют максимальное значение токов к. з. /к1 макс, про¬ходящих через защиты А и В при повреждении в йачале участка,
защищаемого   защитой   В.
 3.  Пользуясь   заданной  характеристи¬кой защиты В, находят ее выдержку вре¬мени t-B\ при токе /К1макс, т. е.  при к. з. в начале защищаемой зоны, в точке Kv
 4.  По условию селективности выдержка времени защиты А притоке /к1макс должна превышать время защиты BtBl на ступень At:
Это условие должно выполняться не только при токах /К1макс, но и при всех
   
меньших токах к. з.; характеристика за¬щиты Л, удовлетворяющая условию (4-12), подбирается при проектировании по типовым характеристикам реле, а в условиях эксплуатации — путем регулирования уставки времени реле.
 5. Выбранная характеристика защиты А строится совместно с ха¬рактеристикой защиты В для наглядной проверки выполнения условия (4-12) притоках к. з., равных и меньших /К1макс (рис. 4-13). Совместное построение характеристик нескольких защит удобно вести относительно первичных фазных токов, но при этом нужно учи¬тывать схему соединения токовых цепей защиты, от которой зависит соотношение между током в реле и током в фазе, т. е. /гсх.
Если согласуемые защиты находятся на разных сторонах сило¬вого трансформатора, то их характеристики нужно привести к токам одного напряжения.

ОБЩАЯ ОЦЕНКА И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ

   Достоинствами максимальной токовой защиты являются ее простота, надежность и небольшая стоимость по сравнению с дру¬гими видами защиты. По своему принципу максимальная токовая защита обеспечивает селективность в радиальных сетях с односто¬ронним питанием. Однако в некоторых случаях ее удается применять и в более сложных сетях, имеющих двустороннее питание.
   К недостаткам максимальной защиты относятся:
 а)  большие выдержки времени, особенно вблизи источников пи¬тания, в то время как именно вблизи шин станции по условию устой¬чивости необходимо быстрое отключение к. з.;
 б)  недостаточная чувствительность при к. з. в разветвленных сетях с большим числом параллельных цепей и значительными то¬ками нагрузки.
Максимальная токовая защита получила наиболее широкое рас¬пространение в радиальных сетях всех напряжений, в сетях 10 кв и ниже она является основной защитой.
 
« Пред.   След. »
 

История

   Электромагнитные явления стали известны человечеству с первых шагов его существования. Это общеизвестные явления электризации под действием атмосферного электричества, при использовании меха животных (а охота была одной из первых видов деятельности человека) или некоторых камней. Издавна были известны и магнитные явления. 
Подробнее...
 

Фото