Расширение защищаемой зоны токовой отсечки. Защита со ступенчатой характеристикой выдержки времени

Основным недостатком токовой отсечки без выдержки времени является то, что она защищает только часть линии. Защищаемую зону можно расширить путем создания у отсечки выдержки време­ни. Такая защита, как отмечалось выше, получила название токо­вой отсечки с выдержкой времени. На рис. 6.16 показана схема се­ти с двумя последовательно соединенными участками АБ и БВ, для защиты которых со стороны подстанции А и подстанции Б можно установить токовые отсечки без выдержки времени (первая ступень защиты) с токами срабатывания I_{с.з а}^I и I_{с.з Б}^I, выбираемыми в со­ответствии с (6.17). Отсечки имеют защищаемые зоны соответст­венно l ^I_A и l ^I_Б, которые охватывают только часть линий. Однако защищаемую зону, например токо­вой отсечки со стороны подстанции А, можно удлинить, если в действие этой отсечки ввести замедление с та­ким расчетом, чтобы время ее сра­батывания было на ступень селек­тивности больше времени действия токовой отсечки без выдержки вре­мени, установленной на линии БВ у шин подстанции Б (получается вторая ступень защиты).

При этом представляется воз­можным ток срабатывания отсечки с выдержкой времени (подстанция А) уменьшить. Для сохранения се­лективности достаточно, чтобы ток I_{с.з а}^II был больше максимального тока к. з., протекающего по линии АБ при повреждении в конце защищае­мой зоны отсечки линии БВ со сто­роны подстанции Б (в конце зоны I¹_В ), который равен току срабатывания защиты Б. Поэтому

I_{с.з а}^II= k _зап I_{с.з Б}^I                                                                                        (6.18)

 где k _зап = 1,1÷1,05.

При таком выборе тока срабатывания и выдержки времени за­щищаемая зона отсечки l ^I_A в рассматриваемом случае полностью охватывает линию АБ. Кроме того, защита действует как резерв­ная в случае отказа отсечки Б при коротких замыканиях на линии БВ вблизи шин подстанции Б (участок l "_А).

В общем случае от шин подстанции Б отходят несколько линий и, кроме того, к шинам могут быть подключены понижающие транс­форматоры. При этом отсечка с выдержкой времени на подстан­ции А должна быть отстроена по времени от отсечек всех отходя­щих линий и от быстродействующих защит трансформаторов, а ее ток срабатывания должен быть выбран по наибольшему из токов к. з., проходящих по линии АБ при повреждении в конце защищае­мых зон отсечек отходящих линий и при коротком замыкании на шинах низшего напряжения трансформаторов.

Токовая отсечка с выдержкой времени обычно применяется в сочетании с токовой отсечкой без выдержки времени и максималь­ной токовой защитой. При этом получается токовая защита со сту­пенчатой характеристикой выдержки времени.

Третьей ступенью защиты является максимальная токовая за­щита с током срабатывания I^III_{c.з А} отстроенным от максимального рабочего тока, и с выдержкой времени t^III _А, выбранной по ступен­чатому принципу. Третья зона l^III _А защищаемая максимальной токовой защитой, охватывает всю линию АБ и распространяется за пределы смежной линии БВ.

Чувствительность защиты со ступенчатой характеристикой оп­ределяется коэффициентами чувствительности второй k^II_ч и третьей k^II1_ч ступеней. Чувствительность второй ступени проверяется по ме­таллическому короткому замыканию в конце защищаемой линии АБ, а третьей — по короткому замыканию в конце предыдущего участка (короткое замыкание на шинах подстанции В). При этом коэффициенты чувствительности должны быть k^II_ч ³  1,3÷1,5,

k^III_ч ³  1,2.

Расширить зону действия то­ковой отсечки можно, если допол­нить ее измерительными реле на­пряжения — это токовая отсечка с блокировкой по напряжению. На рис. 6.17 показана линия с односторонним питанием, рабо­тающая в блоке с трансформато­ром Т. По мере приближения точки трехфазного короткого за­мыкания к шинам подстанции А остаточное напряжение U⁽³⁾ _ост на шинах уменьшается согласно кри­вой 1 (имеется в виду действую­щее значение периодической со­ставляющей напряжения для момента времени t=0). При других многофазных коротких замыка­ниях аналогично изменяется остаточное напряжение между по­врежденными фазами.

Обычно в схеме токовой отсечки используют три минимальных реле напряжения, включенных на соответствующие междуфазные напряжения. Параметрами отсечки без выдержки времени с бло­кировкой по напряжению являются ток срабатывания I_с.з и на­пряжение срабатывания U_с.з. Путем особого согласования их меж­ду собой удается расширить зону действия защиты, обеспечивая селективность при внешних коротких замыканиях и любых режи­мах работы питающей системы.

Ток срабатывания защиты I_{с. з} определяют, исходя из требова­ния достаточной чувствительности защиты по току при металличес­ком двухфазном коротком замыкании в конце защищаемой линии

(точка К2)

I_{с. з}=I⁽²⁾_{к. min 2} / k _чI                                                     (6.19)

где k _ЧI — требуемый коэффициент чувствительности по току.

На рис. 6.17 ток I⁽²⁾_K при перемещении точки повреждения изме­няется согласно кривой 3, а ток I_с.з определяется прямой 4. Для предотвращения неправильного действия защиты при нарушении цепей напряжения ток I_{с. з} должен быть отстроен от максимального рабочего тока по условию

I_{с. з}= k _зап I_{раб max}/k_В                                                                                 (6.20)

Окончательно ток срабатывания I_с.з выбирают по большему из двух значений, полученных по условиям (6.19) и (6.20). Обычно расчетным является выражение (6.19). При этом не исключена воз­можность срабатывания реле тока защиты при коротких замыка­ниях за трансформатором, т. е. вне защищаемой зоны.

Для исключения неселективной работы защиты в целом при внешних коротких замыканиях напряжение срабатывания за­щиты U_с.з выбирают меньшим остаточного напряжения U_ост⁽³⁾ в месте включения защиты (на шинах A) при трехфазном коротком замыкании за трансформатором (точка K1). Предполагают, что при этом по защищаемой линии проходит ток I_k1 = I_с.з, т. е.

U_c.з<U_ост⁽³⁾=  I_с.з(x _{1 уд}l + X_T)/k_зап

или с учетом коэффициента запаса k_зап = 1,2.

U_c.з=  I_с.з(x _{1 уд}l + X_T)/k_зап

Такой выбор напряжения срабатывания исключает возможность срабатывания защиты при любых токах повреждения, проходящих по линии при внешних коротких замыканиях. Действительно, при токе I_к1 < I_с.з селективность защиты достигается недействием ре-

ле тока, а при I_к1 > I_с.з — недействием реле напряжения, так как при этом U_ост1 > U_с.з.

Реле напряжения не должны срабатывать в нормальном режи­ме, поэтому вторым условием выбора U_c.з является отстройка от минимального рабочего напряжения по условию

                      U_c.з = U_{раб min} / k_зап  ≈ 0,7 U_ном                                      (6.22)

 При коротком замыкании в конце защищаемой линии (точка К₂) защита должна обладать достаточной чувствительностью по напряжению. Допускается минимальный коэффициент чувствительности                              k _{ч U}= U_c.з / U_{ост max 2}=1,4÷1,5.

Необходимо иметь в виду, что если по условию чувствительнос­ти значение U_c.з необходимо принять большим расчетного, то нуж­но увеличить и ток I_с.з, чтобы сохранялось условие (6.21). В про­тивном случае селективность защиты при внешних коротких замыканиях нарушается. Токовую отсечку с блокировкой по напря­жению можно выполнить и с выдержкой времени.