Лекция 7. Токовые защиты.
Содержание лекции
7.1. Основные принципы выполнения токовых защит.
7.2. Принцип действия максимальной токовой защиты.
7.3. Расчет тока срабатывания МТЗ от междуфазных КЗ.
7.4. Выбор времени срабатывания МТЗ.
Ускорение МТЗ при включении выключателя
7.6. Схемы максимальной токовой защиты
7.7. Общая оценка МТЗ.
7. 1. Основные принципы выполнения токовых защит
Линии напряжением 6-35 кВ работают в сетях с изолированной или компенсированной нейтралью и поэтому их защита должна реагировать на междуфазные КЗ:
· трехфазные,
· двухфазные,
· двойные замыкания на землю.
Однофазные замыкания не относятся к КЗ и могут существовать в течение двух и более часов. Поэтому защита от замыканий на землю действует на сигнал. За это время необходимо переключить нагрузку на другой источник и уже после этого отключить линию.
Для отключения двухфазных и трехфазных КЗ достаточно иметь устройства защиты установленные в двух фазах. Трансформаторы тока всегда устанавливаются в фазах А и С. Защита не реагирует на ток фазы В, но это не имеет значения, т.к. при любых междуфазных КЗ ток протекает в двух фазах и сработает защита установленная либо в фазе А, либо в фазе С, либо одновременно в двух фазах.
Для защиты линии 35 кВ требуется трехрелейная схема защиты. Необходимость ее объясняется тем, что, как правило, нагрузкой линии является трансформатор 35/6-10 кВ со схемой соединения Υ / ∆-11. В этом случае при двухфазном КЗ за трансформатором со схемой соединения Υ / ∆-11 в двух фазах протекает половина тока КЗ и только в одной – полный ток. Если эта фаза окажется без трансформатора тока, то в защите протекает ток в два раза меньший, что может привести к отказу защиты. На рис.7.1 приведен такой случай, когда при двухфазном КЗ между фазами А и В на стороне треугольника (∆) трансформатора ток в фазах А и С на стороне звезды (Υ) силового трансформатора равен половине тока КЗ. В обратном проводе трансформаторов тока протекает геометрическая сумма токов двух фаз, равная полному току трехфазного КЗ. Таким образом, устанавливая ТТ в трех фазах или в двух фазах и нулевом проводе, можно одновременно обеспечить чувствительность защиты при КЗ за трансформатором Υ / ∆.
Рис.7.1. Распределение токов в элементах защиты, включенных в схему неполной звезды при КЗ на стороне ∆ трансформатора
Защиты, реагирующие на величину тока, проходящего в месте их включения, называют токовыми защитами.
Токовые защиты содержат два органа:
-пусковой орган; -логическую часть.
Функции пускового органа выполняет реле максимального тока, которые входят в измерительную часть схемы. Они срабатывают при повреждениях и других ненормальных режимах и вводят в действие органы выдержки времени, промежуточные и указательные реле, т.е. всю логическую часть схемы.
Под током срабатывания защиты Iсз понимают минимальный первичный ток защищаемого объекта, при котором защита срабатывает. Ток, протекающий при этом по обмотке реле, называют током срабатывания реле Iср.
В зависимости от способа обеспечения селективности токовые защиты подразделяются на:
-Максимальные токовые защиты (МТЗ);
-Токовые отсечки (ТО).
Принцип действия максимальной токовой защиты
Максимальная токовая защита контролирует ток в защищаемом элементе, отстраивается от тока нагрузки и при превышении тока уставки, с выдержкой времени действует на отключение этого элемента. Как правило, МТЗ является основной, а иногда единственной защитой линий напряжением 6-35 кВ. МТЗ - это защита, которая не только обеспечивает отключение КЗ на своей линии, но, если позволяет ее чувствительность, еще и резервирует отключение КЗ смежного участка.
Комплекты защит АК1, АК2, АК3 (рис.7.2) установлены в начале каждой линии. Каждая из защит линий W1,W2 и W3 действует на отключение выключателя соответствующей линии при повреждении на ней или на шинах противоположной (смежной) подстанции.
а) 
б) 
Рисунок 7.2 – Расчетная схема для выбора уставок токовых защит (а) и карта селективности для МТЗ с независимой выдержкой времени (б).
|
В нормальном режиме работы сети ни одна из защит не должна срабатывать. Для этого ток срабатывания защит Iсз принимается большим, чем ток, проходящий по защищаемой линии в максимальном режиме Iнагр.макс.
При возникновении КЗ в точке К по участкам сети между источником G и точкой КЗ протекает ток КЗ. Этот ток протекает в защитах АК1, АК2, АК3, которые приходят в действие. При этом:
- срабатывает одно или несколько (в зависимости от вида КЗ) реле тока КА, замыкая цепь катушки реле времени КТ;
- реле времени КТ обеспечивает селективность действия МТЗ.
Однако для рассматриваемого случая по условию селективности на отключение КЗ должна подействовать защита АК1. Это достигается тем, что защита АК1 имеет наименьшую выдержку времени. Защита АК2 имеет выдержку времени на ступень селективности ∆t большую, чем защита АК1.
Таким образом, селективность МТЗ обеспечивается ее выдержкой времени. Выдержки времени смежных МТЗ отличаются на величину, называемую ступенью селективности. Ступень селективности ∆ t – это минимально возможная разница между временами срабатывания смежных защит, учитывающая точность работы реле. Для защит выполненных на электромеханической базе ступень селективности ∆ t составляет 0,5-0,7 с. Микропроцессорные защиты позволяют обеспечить ступень селективности равную 0,2-0,3 с.
Рисунок 7.3. Независимая (1) и зависимая (2) характеристики времени
срабатывания МТЗ.
Недостатком МТЗ является то, что по мере приближения места установки защиты к источнику питания увеличивается ее выдержка времени. Так как при этом увеличивается и величина тока КЗ, объем повреждения возрастает.
МТЗ могут выполняться с выдержками времени, не зависящими от тока в защищаемом участке (рис.7.3, кривая 1). Такие защиты при повреждении в любой точке защищаемого участка действуют с постоянной не зависимой от тока выдержкой времени. В таких МТЗ выдержка времени создается реле времени, а защиту называют МТЗ с независимой характеристикой времени срабатывания.
МТЗ могут выполняться с выдержками времени, зависящими от тока в защищаемом участке (рис.7.3, кривая 2). При этом время срабатывания МТЗ не остается постоянным при изменении в ней тока. По мере увеличения тока время срабатывания МТЗ уменьшается. Такой характер изменения выдержек времени имеют МТЗ с индукционными реле тока, с плавкими предохранителями или с цифровыми реле.
Для быстрейшего отключения КЗ и уменьшения объема повреждения, токовая защита выполняется ступенчатой: кроме МТЗ применяется и токовая отсечка.
Релейная защита линий 6-35 кВ выполняется ступенчатыми токовыми защитами. Первая ступень - токовая отсечка без выдержки времени, вторая ступень - токовая отсечка с небольшим замедлением и третья самая чувствительная ступень – максимальная токовая защита с выдержкой времени. На коротких линиях выполнить трехступенчатую защиту часто бывает невозможно по условию недостаточной чувствительности первой или второй ступеней. Тогда применяют либо две ступени – отсечку без выдержки времени и МТЗ, либо одну ступень – только МТЗ. Таким образом, МТЗ является обязательной и основной защитой на всех линиях напряжением до 35 кВ.
Задачей МТЗ является не только защитить свою линию, но и обеспечить дальнее резервирование в случае отказа защиты или выключателя при повреждениях на нижестоящих (предыдущих) линиях.
МТЗ характеризуется двумя параметрами:
-током срабатывания,
-выдержкой времени срабатывания.
