Максимальная токовая защита с независимой выдержкой       времени

 

Одним из наиболее характерных признаков возникновения КЗ, а также нарушений нормального режима работы электроустановок является резкое увеличение тока (появление сверхтока), который становится значительно больше тока нагрузки.

Максимальная токовая зашита, может выполняться с независимой и с ограниченно зависимой характеристиками времени срабатывания. И в том, и в другом случае селективность защиты можно обеспечить, если время срабатывания t₁^III защиты А1 (рисунок 1.1), расположенной у источника питания, при коротком замыканиив точке K₂ на смежном участке в зоне действия защиты А2 (линия БВ) больше максимальной выдержки времени t₂^III защиты А2 на ступень селективности Δt=0,3...0,5 с.

Рисунок 1.1 – Размещение максимальных токовых защит в радиальной сети с односторонним питанием

 

Селективность должна обеспечиваться и при КЗ в точке К4. Для этого необходимо не только иметь t₁^III > t₂^III, но и t₁^III > t₃^III, где t₃^III – выдержка времени защиты A3.

 

Выбор выдержек времени максимальных токовых защит                       с независимой выдержкой времени

 

Выдержки времени у максимальных токовых защит выбирают по ступенчатому принципу: начинают выбор с наиболее удаленного от источника питания элемента и, по мере приближения к источнику питания, увеличивают ее таким образом, что защита последующего участка имеет выдержку времени на ступень селективности больше, чем максимальная выдержка времени защиты предыдущего участка. На рисунке 1.2 показано согласование независимых выдержек времени:

 

                                                                                     (1.1)

                

 

Выбор тока срабатывания

 Основным требованием при выборе тока срабатывания защиты является ее несрабатывание на отключение при послеаварийных кратковременных перегрузках, которые могут происходить по разным причинам. Рассмотрим выбор тока срабатывания зашитыА1, установленной на линии ЛI (рисунок 1.3).

 

Рисунок 1.2 – Согласование характеристик максимальных токовых защит

с независимой выдержкой времени

 

Рисунок 1.3 – Схема распределитель­ного пункта

 

При внешних КЗ, например, в точке К₂ зашита А1 обязательно должна приходить в действие, если она осуществляет дальнее резервирование. Ее селективность при этом обеспечивается выдержкой времени и тем, что после отключения этого КЗ защитой А2, защита А1 возвращается в исходное состояние.

Однако такое действие защиты имеется только в том случае, если после срабатывания защиты А2 и отключения короткого замыкания измерительный орган защиты А1 возвращается в начальное состояние. Для этого необходимо, чтобы ток возврата защиты был больше максимально возможного тока в линии I_{з max} после отключения внешнего короткого замыкания (рисунок 1.4), т. е.

 

                                                                  (1.2)

 

При определении тока I_{з max} необходимо учитывать возможность увеличения тока в защищаемой линии вследствие самозапуска электродвигателей при восстановлении напряжения после отключения ко­роткого замыкания. Ток I_{з max} обычно больше длительно существующего максимального рабочего тока        I_{раб max}, что учитывается коэффициентом самозапуска k_сзп ≈ 2,5…3. В связи с этим селективное действие защиты обеспечивается, если   или с учетом коэффициента отстройки :

 

                                                                          (1.3)

Рисунок 1.4 – График изменения то­ка в линии при нормальном ре­жиме,

при коротком замыкании и после его отключения

 

Коэффициент отстройки учитывает, например, погрешности реле, неточности расчета и принимается равным .

С учетом коэффициента возврата   из (1.3) получается следующее выражение для тока срабатывания защиты

 

                                                                        (1.4)

 

Таким образом, для вторичных реле общее расчетное выражение для определения тока срабатывания реле имеет вид

 

                                                                 (1.5)

 

где k_в – коэффициент возврата принимается равным 0,8 для реле РТ-40 и

РТ-80 и 0,65 для реле РТВ;

 – коэффициент схемы, определяется схемой соединения трансформатора тока и реле;

К_I – коэффициент трансформации трансформаторов тока.

При КЗ на защищаемой линии Л1, например, в точке К₁ и ее успешном повторном включении устройством АПВ (если оно имеется) защита не должна срабатывать. Характер изменения тока у места ее установки показан на          рисунке 1.5. Из рисунка следует, что после отключения линии и до включения ее устройством АПВ повторно имеется бестоковая пауза, в результате чего измерительные органы защиты возвращаются в исходное состояние. Поэтому для этого случая в выражении (1.4) и (1.5) коэффициент возврата k_в может быть принят равным единице. Строго говоря, коэффициент самозапуска в связи с возможным неравенством токов I_{з max} и I’_{з мах} тоже может быть иным.

 

Рисунок 1.5 – Характер измене­ния тока у места установки защиты

в нормальном, аварийном и послеаварийном режимах

при наличии на линии УАПВ

 

При отключении линии Л2 (рисунок 1.3) и действии устройства АВР к линии Л1 подключается дополнительная нагрузка с максимальным рабочим током I_{раб max2}. Однако в связи с тем, что на секции шин II после отключения Л2 некоторое время отсутствовало напряжение, произошло торможение электродвигателей. После включения Q5 произошел их самозапуск и дополнительная кратковременная нагрузка на Л1 стала равной k_сзп ∙ I_{раб max2}. Кроме того, собственный ток линии I_{раб max1} так-же возрос из-за понижения напряжения на секции шин I при подключении к ней заторможенных двигателей секции шин II.

При этом электродвигатели секции шин I тоже тормозятся, а затем самозапускаются. На время их самозапуска I_{раб max1} становится равным k^’ ∙ I_{раб max1}.

Таким образом, суммарный ток кратковременной перегрузки по линии Л1 в послеаварийном режиме равен

                                                 (1.6)

 

а ток срабатывания защиты А1

 

                                         (1.7)

 

В зависимости от доли двигательной нагрузки секции шин I рекомендуется принимать k^’ = 1...1,5. Коэффициент k_сзп определяется расчетом. Ориентировочно его можно принять равным k_сзп = 2...3. В ряде случаев в выражение (1.7) рекомендуется вводить коэффициент возврата, как в выражении (1.4). Принимается наибольшее из значений тока срабатывания. Приближенно максимальный рабочий ток защищаемой линии  может быть определен:

– по сумме номинальных токов всех трансформаторов и другой нагрузки, подключенных к линии;

– по длительно допустимому току.

Если трансформаторы являются не только рабочими, но и резервными, то в нормальном режиме ток нагрузки каждого из них должен быть около 0,7 номинального тока, а в режиме резервирования длительная перегрузка не превышает 1,4 номинального тока трансформатора.

Для обеспечения селективности в ряде случаев, например, при использовании реле РТВ требуется, чтобы по мере приближения к источнику питания ток срабатывания защит увеличивался. В других случаях ток срабатывания защитыА1, расположенной вблизи источника питания, должен быть не меньше тока срабатывания  защиты А2 (рисунок 1.3). Таким образом, должно выполняться условие

 

                                                                                    (1.8)

 

В раде случаев приходится учитывать также влияние токов нагрузки. При этом, в частности, для защиты А1 должно выполняться условие

 

,                                                                          (1.9)

 

где  – максимальный рабочий ток электропотребителей подстанции I^’.

Чувствительность максимальной токовой защиты проверяют по минимальному току  при поврежде­нии в конце защищаемой линии                 (рисунок 1.1, точка К₃). Чувствительность считается достаточной при . Если максимальная токовая защита осуществляет дальнее резервирование, ее коэффициент чувствительности определяется по минимальному току КЗ в конце смежного участка (рисунок 1.1, точки К₁ и К₄ для защиты A1); при этом необходимо, чтобы . При наличии нескольких линий, отходящих от шин приемной подстанции, коэффициент  должен обеспечиваться при КЗ в конце любой из них.

В распределительных сетях с двусторонним питанием, а также в сложных сетях с одним и несколькими источниками питания селективность действия максимальной токовой защиты не обеспечивается, что подтверждает пример выполнения защиты в радиальной сети с двусторонним питанием (рисунок 1.6).

 

Рисунок 1.6 – Размещение токовых защит в сети с двусторонним питанием

 

При коротком замыкании в любой точке сети, в том числе и в точке К₁ в общем случае приходят в действие все защиты. При этом для селективного отключения поврежденного участка АБ необходимо, чтобы выдержка времени  защиты А2 была меньше выдер­жек времени защиты A3 и  защиты А4, т. е.  и . Наряду с этим для селективного действия защиты при коротком замыкания в точке К₂ должно выполняться условие  и . Из этого следует, что к защитам А2 и A3 предъявляются противоречивые требования. Невозможно выполнить условие, при котором в одно и то же время выдержка времени защиты А2 была бы и больше и меньше выдержки времени защиты A3, поэтому в таких сетях максимальная токовая защита не может быть селективной и применение ее невозможно [1].