Выбор времени срабатывания и типа времятоковой характеристики МТЗ.

Выдержка времени максимальных токовых защит вводится для замедления действия защиты с целью обеспечения селективности действия защиты последующего элемента по отношению к защитам предыдущих элементов. Для этого выдержка времени (или время срабатывания) защиты последующей линии Л2 (рис.1-7) выбирается большей, чем у защит предыдущих элементов, например, линии Л1:

   t_{с.з.посл} = t_{с.з.пред} + Dt.                                           (1-5)

При этом обеспечивается селективное (избирательное) отключение в первую очередь ближайшего к месту КЗ выключателя. Тем самым предотвращаются дополнительные излишние отключения неповрежденных элементов.

Величина Dt - ступень селективности или ступень времени (time interval). Её значение выбирается в зависимости от точности работы защитных устройств и времени отключения выключателей.

Значение Dt для защит SEPAM с независимой характеристикой определяется, главным образом, точностью отработки ступени селективности предыдущей защитой.

Ступень селективности защиты для терминалов SEPAM по времени выбирается из выражения:

Dt = t_откл + t_возвр + t_погр1 + t_погр2 + t_зап,    (1-6)

где: t_откл – время действия (отключения) выключателя (при отсутствии паспортных данных принимают t_откл=0,06 с); t_возвр – время возврата защиты. Для реле SEPAM t_возвр =0,05 с; t_погр1 – погрешность срабатывания по времени для предыдущей защиты, t_погр2 – погрешность срабатывания по времени для последующей защиты; t_зап – время запаса надежности срабатывания реле (t_зап=0,1 с). Погрешность срабатывания цифровых реле серии SEPAM по времени не превышает 2 % от значения уставки, но не больше значения 25 мс. С учетом вышеизложенного ступень селективности по времени для терминалов SEPAM составляет 0,3 с.

При использовании в предыдущих защитах реле РВ и ЭВ – 110 и 120 (пределы измерений 1,3 и 3,5 с) принимается среднее значение Dt=0,4 с. Если предыдущая защита выполнена без реле времени (токовая отсечка), то допускается, при необходимости, принимать ступень селективности Dt=0,3 с. Если предыдущая защита выполнена с применением реле времени РВ или ЭВ-120, то ступень селективности Dt=0,5 с.

При согласовании терминалов SEPAM с полупроводниковыми (статическими) реле временная ступень селективности определяется из паспортных данных на эти реле. Опыт работы с полупроводниковыми органами выдержки времени (например: РВ-01, ЯРЭ) показывает на возможность применения Dt=0,3-0,4 с.

Для согласования SEPAM с электромеханическими реле с зависимой характеристикой времени срабатывания РТ-80 или РТ-90 ступень селективности принимают Dt=0,6 с и Dt=0,8 с для реле РТВ.

Ступень селективности Dt должна обеспечиваться:

а) при согласовании защит с зависимыми характеристиками – при максимальном значении тока КЗ в начале предыдущего участка; такое согласование позволяет в ряде случаев ускорять отключение КЗ (см. примеры расчетов).

б) при согласовании защит с независимой и зависимой характеристиками – при токе срабатывания последующей защиты с независимой характеристикой.

Уменьшение времени действия последующих защит может быть достигнуто путем увеличения их тока срабатывания, если это не противоречит требованию чувствительности.

Недостатком максимальных токовых защит является «накопление» выдержек времени, особенно существенное для головных элементов в многоступенчатых электрических сетях. Для преодоления этого недостатка используются цифровые устройства защиты SEPAM, позволяющие реализовать функцию логической селективности.

Известным способом ускорения отключения КЗ является использование двух и особенно трёхступенчатых цифровых защит. Это будет показано в примерах, а также применением алгоритма логической селективности защит при использовании цифровых терминалов.

В ряде случаев существенное снижение времени отключения КЗ достигается путем использования токовых защит с обратнозависимыми от тока времятоковыми характеристиками. При одном и том же значении тока КЗ, проходящего через две смежные защиты с разными токами срабатывания, эти защиты имеют различное время срабатывания по причине разной кратности тока в их измерительных органах (multiplеs of picкup).

Например, на рис.1-9 показана сеть с тремя последовательно включенными линиями и защитами 1, 3, 5. У каждой из этих защит выбираются разные значения токов срабатывания I_с.з по условиям (1-1), (1-2) и соответственно, по-разному располагаются на карте селективности их времятоковые характеристики 1, 3, 5. По мере приближения условной точки КЗ к источнику питания значения токов КЗ возрастают, но отношение I_к /I_с.з может оставаться примерно неизменным, как и время срабатывания реле, автоматически вычисляемое по этому отношению (кратности тока КЗ I_*).

Рис.1-9. Пример согласования обратнозависимых (инверсных) характеристик 1, 3, 5

Как видно из рис.1-9, это достигается выбором разных значений токов срабатывания защит соседних элементов: у защиты 3 большего значения, чем у защиты 1, а у защиты 5 – большего, чем у защиты 3. При приближении точки КЗ к источнику питания значения токов КЗ увеличиваются и, например, при КЗ линии Л3 ее защита 5 сработает также быстро, как защита 1 при КЗ на своей линии Л1 (наиболее удаленной от источника питания).

Использование обратнозависимых времятоковых характеристик реле, по сравнению с независимыми, также позволяет значительно лучше согласовать время действия последующей релейной защиты SEPAM с предыдущим защитным устройством, выполненным плавкими предохранителями, поскольку у них однотипные зависимости времени срабатывания от значения тока КЗ. Эти и другие преимущества обратнозависимых времятоковых характеристик максимальных токовых защит объясняют столь долгое существование этих характеристик и необходимость их реализации и в электромеханических, и в микропроцессорных реле, в том числе SEPAM.

При использовании любых токовых защит с обратнозависимыми времятоковыми характеристиками их согласование традиционно производится с помощью графиков. Характеристики защит строятся в осях координат «ток-время», причем ординаты представляют время, а абсциссы – ток. Могут быть графики с логарифмическими шкалами тока и времени (например, при согласовании характеристик устройств релейной защиты и плавких предохранителей) или с пропорциональными шкалами. Может быть и так, что одна из шкал логарифмическая, а другая пропорциональная.

На шкале токов должны быть указаны первичные токи, причем соответствующие какой-то одной ступени напряжения.

Согласование характеристик зависимых защит по времени начинается с определения расчетной точки повреждения и соответствующего ей расчетного тока КЗ, что зависит от типов и уставок защит последующего и предыдущего элементов.

Как правило, токовые защиты реагируют на одни и те же величины: на токи в фазах защищаемых линий. В редких случаях одна из защит может иметь другое исполнение, например, использовать разность двух фазных токов (так называемая «восьмерка»).

Рис.1-10. Времятоковые характеристики цифровых реле SEPAM по стандарту МЭК:

SIT, VIT, EIT и RI-характеристика, построенные для точки: I_* = 2; t_с.з =1,5 с 

Далее в примерах показано согласование времятоковых характеристик для нескольких пар защитных устройств: защиты и плавкого предохранителя, зависимых защит при отсутствии и при наличии токовой отсечки, независимой и зависимой характеристик при одиночной и параллельных предыдущих линиях. В этих примерах учитываются и токи нагрузки неповрежденных элементов, которые проходят через последующую защиту в сумме (арифметической) с током короткого замыкания поврежденного предыдущего элемента. В ряде случаев пренебрежение токами нагрузки может привести к неправильному выбору уставок защиты последующего элемента и, как следствие, к ее неселективному срабатыванию при КЗ на предыдущем элементе.

Времятоковые характеристики разных типов имеют различную степень крутизны. Для семейства характеристик SEPAM по стандарту МЭК время срабатывания вычисляется по формуле:

,

где постоянные коэффициенты a, b, k определяют крутизну зависимых времятоковых характеристик и имеют следующие значения:

 

Характеристические кривые	k	a	b
Стандартная обратнозависимая выдержка времени SIT /А	0.14	0.02	2.97
Очень обратнозависимая выдержка времени VIT или LTI /В	13.5	1	1.5
Чрезвычайно обратнозависимая выдержка времени EIT /С	80	2	0.808

 

Коэффициент T позволяет выбрать кривую, проходящую через определенную точку (I_*, t_с.з). Значение T равно времени срабатывания защиты t_с.з при токе КЗ, превышающем уставку в 10 раз: при I_* = 10 время срабатывания  t_с.з = T.

При выборе наиболее подходящей характеристики в России следует начинать со стандартной обратнозависимой характеристики по стандарту МЭК (рис.1-11). Далее следует определить относительное значение расчетного тока (кратность) I_* = I_к / I_с.з. Имеется в виду, что ток срабатывания защиты I_с.з ранее уже выбран по условиям (1-1), (1-2) и (1-4).

Необходимое время срабатывания защиты t_с.з выбирается по условию (1-5). Для вычисления «временного» коэффициента T используется выражение (1-7):

T = .                            (1-7)

В момент КЗ время срабатывания защиты при выбранном типе характеристики, известном I_с.з и выбранном по выражению (1-7) коэффициенте T определяется автоматически по выражению (1-8):

.                                               (1-8)

Вместо коэффициента T можно использовать так называемый "коэффициент усиления" TMS, равный отношению T/b. Тогда формулы (1-7) и (1-8) примут вид:

 

TMS =                            (1-9)

.                                         (1-10)

Для построения конкретной характеристики t = f(I_к) следует задаться несколькими значениями тока КЗ (см. примеры).

Специальная характеристика семейства типа RI математически выражается формулой:

,           (1-11)

где обозначения такие же, как в выражении (1-8).

Это семейство не входит в стандарт МЭК и используется в тех странах, где еще могут находиться в эксплуатации аналоговые индукционные реле типа RI фирмы ASEA-ABB. В России, как правило, нецелесообразно использовать характеристики этого семейства (см. примеры).

Рис.1-11. Стандартная ("нормальная") обратнозависимая характеристика SEPAM по МЭК (SIT/A) при разных значениях TMS

Терминалы SEPAM позволяют выбрать одну из 16 обратнозависимых времятоковых характеристик:

- 6 кривых, совместимых с предыдущими сериями Sepam 15, Sepam 1000 и Sepam 2000.

· Standard inverse time (SIT)

· Long time inverse (LTI)

· Very inverse time (VIT)

· Extremely inverse time (EIT)

· Ultra inverse time (UIT)

· RI curve

Для кривых SIT, LTI, VIT, EIT, UIT приняты формулы МЭК (IEC 60255-3), но при токе менее 1,2 I_с.з защита не работает.

- 7 кривых по стандартам МЭК (IEC 60255-3) и IEEE:

· IEC SIT/A

· IEC LTI/B

· IEC VIT/B

· IEC EIT/C

· IEEE Moderately inverse/D

· IEEE very inverse/E

· IEEE extremely inverse/F

Для этих кривых защита начинает срабатывать при токе равном I_с.з.

- 3 кривые по стандарту IAC:

· IAC inverse (IAC IT)

· IAC very inverse (IAC VIT)

· IAC extremely inverse (IAC EIT)

Вычисляемые по разным формулам для различных стандартов (IEC, IEEE, IAC) кривые одного типа очень близки между собой, хотя и не совпадают полностью.

Для упрощения расчетов в сетях, использующих цифровые реле различных фирм, рекомендуется использовать формулы, соответствующие стандарту МЭК (IEC 60255-3).

Ниже приводятся формулы времятоковых характеристик SEPAM по стандартам IEEE и IAC [6].

 

IEEE                    

Характеристические кривые	A	B	P	b
Умеренно обратнозависимая выдержка времени SIT	0.01	0.023	0.02	0.241
Очень обратнозависимая выдержка времени VIT или LTI	3.922	0.098	2	0.138
Чрезвычайно обратнозависимая выдержка времени EIT	5.64	0.0243	2	0.081

 

IAC                 

Характеристические кривые	A	B	C	D	E	b
Обратнозависимая выдержка времени SIT	0.208	0.863	0.8	-0.418	0.195	0.297
Очень обратнозависимая выдержка времени VIT или LTI	0.09	0.795	0.1	-1.288	7.958	0.165
Чрезвычайно обратнозависимая выдержка времени EIT	0.004	0.638	0.62	1.787	0.246	0.092

 

Выбор тех или иных характеристик зависит от типа и характеристики защитного устройства как на предыдущем (нижестоящем), так и на последующем (вышестоящем) элементах, а также от существующих или заданных уставок на одном из этих элементов. Надо отметить, что в цифровых защитах разных фирм-изготовителей могут быть записаны и другие характеристики защит от междуфазных КЗ, но, как правило, во всех известных цифровых реле имеется также и «стандартная» характеристика МЭК (в АББ именуемая "нормальной"). Эту характеристику и рекомендуется принимать в начале расчетов уставок SEPAM в России (см. выше). Далее рассматриваются численные примеры.

 

Примеры расчета рабочих уставок ступенчатых токовых защит линий от междуфазных КЗ с цифровыми и аналоговыми реле

В примерах рассматривается несколько характерных случаев выбора рабочих характеристик и уставок для разных типов защитной аппаратуры в сетях 10 и 6 кВ.

Сначала рассматривается согласование РЗ SEPAM линии 10 кВ и плавкого предохранителя трансформатора (рис.1-12).

Случай 1, когда предыдущим элементом является трансформатор 10/0,4 кВ, защита которого выполнена отечественными плавкими предохранителями (кварцевыми) типа ПКТ, а последующим элементом является линия 10 кВ с защитой на цифровом реле SEPAM (рис.1-12, а). Необходимо выбрать характеристику МТЗ на реле SEPAM, которая обеспечивала бы селективную работу этих защитных устройств. В России селективным считается опережающее отключение трансформатора с ПКТ.

Рис.1-12. Пример согласования различных характеристик цифрового реле

серии SEPAM и плавкого предохранителя ПКТ.

Главной задачей расчета является обеспечение селективности работы защиты линии на реле SEPAM при устойчивом КЗ на выводах 10 кВ рассматриваемого трансформатора. Здесь междуфазные КЗ более вероятны, чем внутри бака трансформатора. При КЗ на выводах низшего напряжения защиты питающих линий часто вообще нечувствительны, что допускается «Правилами устройства электроустановок» [2].

Расчет рекомендуется начать с ближайшего наиболее мощного трансформатора 10/0,4 кВ. Номинальный ток плавких предохранителей типа ПКТ на стороне 10 кВ I_пр в амперах должен соответствовать номинальной мощности трансформатора S_ном, МВ×А: 

S_ном, МВ×А  0,063 0,1    0,16  0,25  0,4    0,63

I_пр, A            10     16     20     31,5  50     80

Времятоковые характеристики плавких предохранителей типа ПКТ, как и предохранителей других типов, приводятся в информационных материалах заводов-изготовителей и в справочниках. Времятоковая характеристика предохранителя ПКТ с I_пр =20А показана на рис.1-12, б (кривая 1).

При известном значении тока I⁽²⁾_к следует определить время плавления t_пл плавкой вставки (fuse link), соответствующее расчетному току I_расч = 0,8 × I⁽²⁾_к. Уменьшение тока КЗ производится для учета допускаемого для предохранителей разброса времятоковых характеристик на 20%.

При этом расчётном токе время срабатывания последующей (вышестоящей) релейной защиты 2 с реле SEPAM должно быть выбрано по выражению (1-5):

t_{с.з 2} = t_пл + Dt,

где: Dt - ступень селективности; при отсутствии на питающей линии АПВ (autoreclosing). Ступень селективности должна учитывать время гашения электрической дуги в патроне плавкого предохранителя, но при наличии АПВ это время можно не учитывать, так как дуга погаснет во время безтоковой паузы перед АПВ.

Для выбранного по условиям (1-1), (1-2) и (1-4) тока срабатывания защиты 2 определяется кратность тока I_* = 0,8 × /I_{с.з 2}, и затем подбирается времятоковая характеристика реле SEPAM защиты 2. Рекомендуется начать выбор со стандартной зависимой характеристики SEPAM. Для этой характеристики SEPAM определяем коэффициент TMS по выражению (1-10 а), где a = 0,02; k = 0,14.

Далее для построения этой времятоковой характеристики реле SEPAM защиты 2 рассчитываются значения t_с.з.2 при нескольких произвольных значениях кратности тока I_*, например, 1,5; 2; 2,5 и 3 при выбранном TMS по выражению (1-7).

Построенные времятоковые характеристики 1 и 2 покажут, удалось ли обеспечить селективность во всем диапазоне возможных токов КЗ или только при больших значениях этих токов. Сделаем два числовых примера к этому случаю.

Пример 1. Трансформатор 0,16 МВ×А, I_пр = 20 А. Ток срабатывания защиты 2 I_с.з.2 = 75 А (первичных). Ток = 150 A. Определяется расчётный ток:

I_расч = 0,8 ´ = 0,8 × 150 = 120 A. При этом токе определяется время плавления плавкого предохранителя: t_пл = 0,4 с (рис.1-12). Принимаем ступень селективности Dt = 0,3 с и определяем t_с.з.2 = t_пл + Dt = 0,4 + 0,3 = 0,7 с.

Кратность тока I_* = 0,8 ×  / I_с.з.2 = 120 / 75 = 1,6. Для "стандартной" характеристики SEPAM по выражению (1-9) определяется коэффициент TMS:

TMS = = 0,047.

Принимается уставка коэффициента TMS = 0,05 (рис.1-11).

Для построения времятоковой характеристики реле SEPAM защиты 2 рассчитывается несколько значений t_с.з.2 по выражению (1-8):

При I_* = 1,3 (100 А) t_с.з.2 =  = 1,9 с

         1,5 (112 А).............…………… 0,86 с

         2,0 (150 А).............…………… 0,5 с

         2,5 (187 А).............…………… 0,4 с.

Построенные характеристики 1 и 2 показывают, что селективность обеспечивается при всех значениях токов КЗ (рис.1-12).

Пример 2. При тех же данных, что и в предыдущем примере, но при меньшем токе срабатывания защиты 2, например, I_с.з.2 =50 А (первичных), кратность тока I_* = =120/50 = 2,4, а коэффициент TMS по выражению (1-9):

TMS =  = 0,09, принимаем TMS = 0,1.

По выражению (1-12) для "стандартной" (SIT) времятоковой характеристики определяем t_с.з.2  при разных кратностях тока I_*:   

I_*= 1,3 (65 А)               t_с.з.2 = 2,6 с

         1,5 (75 А)..........………………. 1,7 с          

   2,0 (100 А)..........……………… 1,0 с

                                             2,5 (125 А)..........……………… 0,7 с

                                             3,0 (150 А)..........……………… 0,6 с.

Построенная на рис.1-12, б штрих-пунктирная кривая 2' пересекается с характеристикой предохранителя 1, что указывает на отсутствие селективности при малых значениях токов КЗ, т.е. при маловероятных междуфазных КЗ внутри трансформатора. Если защита 2 чувствительна к КЗ за трансформатором, то рекомендуется согласовать характеристики этой линейной защиты 2 и автоматических выключателей на линиях низшего напряжения (0,4 кВ).

В этом же случае можно попробовать использовать другую времятоковую характеристику SEPAM, а именно “очень зависимую” (VIT - very inverse time) характеристику, для которой значения коэффициентов a = 1, k =13,5. Для этой характеристики определяем коэффициент TMS  по выражению (1-9):

TMS = = ;                    

при t_с.з.2= 0,7 с и I_* =120 / 50 =2,4 TMS = 0,07. Определяется по выражению (1-10) время срабатывания реле SEPAM при разных кратностях тока: 1,3; 1,5; 2,0; 2,5 и 3. При I_* = 1,3 (I = 65 А):

t_с.з =  =  = 4 с.

при       I_* = 1,5 (75 А)               t_с.з = 1,9 с

                 1,8 (90 А)..........………………. 1,2 с

                 2,0 (100 А)..........……………… 0,9 с

                 2,5 (125 А)..........……………… 0,6 с

                 3,0 (150 А)..........……………… 0,5 с.

Из этих цифр видно, что использование этого типа характеристики несколько уменьшает время срабатывания защиты 2 при больших токах КЗ.

Кривая 2V построена на рис.1-12, в масштабе отличном от рис.1-12, б.

Далее для сравнения сделаем расчет "чрезвычайно" обратнозависимой времятоковой характеристики (EIT - extremely inverse time), для которой значения a=2, k =80. Коэффициент TMS определяется по выражению (1-9):

и для t_с.з.2 = 0,7 c и I_* = 120 / 50 = 2,4 TMS = 0,04, принимаем TMS = 0,05 по выражению (1-8):

t_с.з = =

определяется несколько значений t_с.з:

при       I_* = 1,3 (65 А)                    t_с.з = 5,8 с      

         1,5 (75 А)..........……………….. 3,2 с 

         1,8 (90 А)..........……………….. 1,8 с 

         2,0 (100 А).........………………. 1,3 с 

         2,5 (125 А).........………………. 0,76 с         

         3,0 (150 А).........………………. 0,5 с 

Экстремальная характеристика построена на рис.1-12, в  (кривая EIT). Хорошо видно, что защита 2 с "чрезвычайно" обратнозависимой характеристикой обеспечивает значительно лучшую селективность защиты линии с предохранителем 1, чем с другими характеристиками ("стандартной" SIT и "очень зависимой" VIT). Однако, при повреждениях на линии, например, в диапазоне токов КЗ от 80 до 110 А при использовании чрезвычайно обратнозависимой характеристики защита линии будет действовать значительно медленнее, чем при использовании других характеристик. Поскольку вероятность КЗ на линиях значительно выше, чем вероятность междуфазных КЗ внутри бака трансформаторов использование чрезвычайно обратнозависимой характеристики в данном случае следует считать нецелесообразным. Тем более, что при КЗ на выводах трансформатора (в данном примере I_к = 150 A, рис.1-12, а) все рассмотренные характеристики идентичны: t_с.з» 0,5 с. Кроме того, использование чрезвычайно обратнозависимой характеристики вместо "стандартной" может потребовать увеличение времени срабатывания вышестоящей защиты (которая на рис.1-12 не показана).

Построенная на этом же рис.1-12 RI-характеристика защиты 2 с тем же током срабатывания 50 А оказывается совершенно непригодной по условию согласования с времятоковой характеристикой 1 плавкого предохранителя типа ПКТ.

Случай 2, когда на предыдущей (нижестоящей) линии Л1 установлена защита с индукционным реле РТ-80 с обратнозависимой времятоковой характеристикой (рис.1-13) с известными уставками, а на последующей (вышестоящей) линии 2 надо выбрать обратнозависимую характеристику МТЗ реле SEPAM. Предположим, что ток срабатывания защиты 2 уже выбран по условиям (1-1), (1-2) и (1-4) и равен, например, 120 А (первичных).

Рис.1-13. Пример согласования характеристик реле SEPAM

и дискового индукционного реле РТ-80

Для защиты 2 вначале выбираем "стандартную" характеристику, выраженную формулой (1-12а), где a = 0,02, k = 0,14. Кратность тока I_* определяется по отношению к току срабатывания (уставке) I_с.з = 120 А.

За расчетный ток через защиту 2 принимается сумма токов: максимальное значение тока при КЗ в начале предыдущей линии 1 (200 А) плюс ток нагрузки неповрежденных предыдущих линий (20 А). Таким образом:

 =  1,83.

Время срабатывания защиты 1 при КЗ в начале защищаемой линии (I_к.макс=200 А и I_*1 = = 2,5) определяется по типовой характеристике реле РТ-80 равным t_с.з.1 = =0,8 с (рис.1-13, б). Принимая Dt=0,3 с, получаем, что для реле SEPAM  t_с.з.2 = 0,8 + +0,3 = 1,1 с при I_* = 1,83.

Выбирается коэффициент TMS для "стандартной" характеристики защиты 2 по выражению (1-9):

TMS = =  = 0,1.

Для построения “стандартной” времятоковой характеристики реле SEPAM защиты 2 рассчитываются значения t_с.з.2 при нескольких произвольных значениях I_* по формуле(1-10) при выбранном TMS = 0,1:

t_с.з = = .

Результаты расчета следующие:

при:      I_* = 1,5(180 А)              t_с.з.2 = 1,7 с

                 1,7(200 А)..........………………. 1,3 с

                 2,0(240 А)..........………………. 1,0 с

         2,5(300 А)..........………………. 0,75 с         

         3,0(360 А)..........………………. 0,6 с

"Стандартная" характеристика защиты 2 показана на рис.1-13.

Для сравнения построим на том же рисунке "очень зависимую" характеристику защиты 2 V (very inverse), для которой a = 1, а k = 13,5. Выбираем значение коэффициента TMS по выражению (1-10):

TMS = = 0,07.

Далее рассчитываются точки этой кривой:

при     I_* = 1,5 (180 A)             t_с.з.2 = 1,9 с

      1,7 (200 А)..........……………… 1,35 с

     2,0 (240 А)..........……………… 0,9 с

     2,5 (300 А)..........……………… 0,6 с

      3,0 (360 А)..........……………… 0,47 с

Характеристика 2 V обеспечивает несколько более быстрое отключение близких КЗ на защищаемой линии Л2. Однако это не будет иметь значения, если у защиты 2 ввести токовую отсечку (I>>). Выбор уставок для такого варианта будет подробно рассмотрен далее.

Также для сравнения построим на том же рис.1-13 кривую RI-характеристики защиты 2 по формуле (1-11). Кривая 2RI при малых значениях токов КЗ опасно сближается с кривой 1, что может вызвать неселективное действие вышестоящей защиты 2.

Необходимо обратить внимание на трансформаторы тока (ТТ) защиты 1 и рассчитать их погрешность при том же расчетном токе, при котором определялось время срабатывания защиты 1. В данном случае это ток при КЗ в начале предыдущей линии 1 (200 А на рис.1-13). Погрешность ТТ не должна превышать 10%. Увеличение погрешности ТТ вызывает уменьшение тока в реле и, как следствие, увеличение времени срабатывания зависимой защиты 1 и может привести к неселективному отключению линии Л2. Расчет погрешностей ТТ рассматривается в [6].

Случай 3 отличается от предыдущего случая 2 тем, что в реле РТ-80 защиты 1 введена в действие "отсечка" - электромагнитный элемент мгновенного действия (I>>) с током срабатывания, например, в 2 раза большим, чем ток срабатывания индукционного элемента:

I_с.о = 2 × I_с.з = 2 × 8 = 160 А (первичных).

Характеристика защиты 1 показана на рис.1-14, б.

Для выбора коэффициента TMS "стандартной" обратнозависимой времятоковой характеристики МТЗ защиты 2 определяется кратность тока

I_* = = = 1,5, где: I_с.з.2 = 120 А из предыдущего случая 2.

Рис.1-14. Пример согласования характеристик цифрового реле SEPAM

с трёхступенчатой токовой защитой и реле РТ-80 с использованием "отсечки".

Затем определяем время срабатывания МТЗ защиты 2 по условию:

t_с.з = t_с.з.1 + Dt = 1,1 + 0,3 = 1,4 с,

где t_с.з.1 - время срабатывания защиты 1 при токе КЗ, равном току срабатывания отсечки в реле РТ-80, т.е. 160 А (рис.1-14, б).

Коэффициент TMS определяется по выражению (1-9):

TMS = = 0,08.

Построение кривой 2 производится так же, как в предыдущем случае по следующим точкам (сплошная линия на рис.1-14, б):

I_* = 1,3 (156 А)             t_с.з.2 = 2,1 с

      1,5 (180 А)..........……………... 1,4 с

      1,7 (200 А)..........……………... 1,05 с

      2,0 (240 А)..........……………... 0,8 с и т.д.

Для сравнения показана характеристика защиты 2 из предыдущего случая 2, которая расположена несколько выше (штрих-пунктирная кривая 2'). Снижение времени срабатывания последующей защиты 2 достигнуто в данном случае благодаря наличию отсечки с t_с.о = 0 с у предыдущей защиты 1. Но ещё более значительное снижение времени срабатывания защиты 2 достигается тем, что в реле SEPAM имеется двух или трехступенчатая токовая защита.

Выбираем ток срабатывания для отсечки I_с.о защиты 2 по условию (1-2) согласования с отсечкой защиты 1:

I_{с.о 2} = k_н.с × (I_{с.о 1} + I_н) = 1,3 × (160 +20) = 234 А.             

При выбранном токе срабатывания отсечка 2 оказывается недостаточно надёжно отстроенной от КЗ в начале предыдущей линии Л1: k_н = = = 1,17 (рис.1-14). Обычно считается достаточным k_н ³ 1,2. Поэтому следует ввести небольшое замедление действия этой отсечки, выбрав по выражению (1-5):

t_с.о.2 = t_с.о.1 + Dt = 0 + (0,2 ¸ 0,3) = (0,2 ¸ 0,3) с.

Это будет правильным решением, если в реле SEPAM имеется ещё одна отсечка, для которой следует выбрать ток срабатывания по условию отстройки от максимального тока КЗ на Л1.

I_с.о.2 ³ k_н × I_{к макс} = (1,2 ¸ 1,3) × 200 = 240 ¸ 260 А и тогда t = 0 с.

В том случае, когда в реле 2 имеется только двухступенчатая токовая защита 2, следует для второй ступени выбрать I_с.о.2 = 240 ¸ 260 А и t = 0 с (штриховая линия 2" на рис.1-14). Из рис.1-14, б видно, что трёхступенчатая токовая защита 2 значительно ускоряет отключение КЗ на линии Л2 в диапазоне токов от 234 А до (240 ¸ 260) А, по сравнению с двухступенчатой токовой защитой.

Важно отметить, что на предыдущей линии Л1 двухступенчатая токовая защита может быть выполнена не только на аналоговом реле косвенного действия, но и на реле прямого действия: РТМ (отсечка) и РТВ (МТЗ). В этих случаях, прежде всего, следует убедиться в возможности надёжного срабатывания токовой отсечки (реле РТМ) при реальных значениях погрешности трансформаторов тока, поскольку для этих защит допускаются погрешности трансформаторов тока более 10% и реально они могут быть даже более 50% [6].

Случай 4: на питающем элементе 2 (рис.1-15) установлена максимальная токовая защита с независимой характеристикой с заданными уставками: 600 А (первичных), 1 с.

 Необходимо выбрать обратнозависимую характеристику МТЗ цифрового реле на предыдущей (нижестоящей) линии Л1, которая обеспечивала бы необходимую селективность с защитой питающего (вышестоящего) элемента 2. Таким образом, необходимо обеспечить селективность для двух однотипных защит SEPAM.

Ступень селективности Dt между характеристиками защит 2 и 1 должна обеспечиваться при токе КЗ, равном току срабатывания вышестоящей защиты 2 минус ток нагрузки неповрежденных элементов (рис.1-15): I_к = 600 – 200 = 400 А.

Рис.1-15. Пример согласования обратнозависимой характеристики реле SEPAM или SPAC и независимой характеристики последующего элемента 2 (SEPAM)

Время срабатывания защиты 1 при этом токе КЗ выбирается по условию селективности:

 t_с.з.1 = t_с.з.2 - Dt = 1 - 0,3 = 0,7 с.

Предположим, что ток срабатывания защиты 1 не более 125 А, и определим кратность этого тока в выбранной контрольной точке характеристики 1:

I_* = 400 / 125 = 3,2.

Как уже указывалось выше при расчете МТЗ линий 10(6) кВ в России рекомендуется, прежде всего, рассмотреть возможность использования "стандартной" обратнозависимой характеристики цифрового реле. Для нее определяется по выражению (1-9) коэффициент TMS:

TMS = = = 0,12.

Для построения стандартной времятоковой характеристики цифрового реле SEPAM (или "нормальной" характеристики для SPAC) защиты 1 рассчитывается несколько значений t_{с.з 1} по выражению (1-10):

При I_* = 1,5      t_{с.з 1} = = 2 с (I_к = 187,5 А),

         2 (250 A).............…………….. 1,2 с

         2,5 (312,5 А)...........…………… 0,9 с и т.д.

Кривая 1 построена на рис.1-15, б.

Учет влияния нагрузки очень важен для обеспечения селективной работы защит с обратнозависимыми времятоковыми характеристиками, так как время срабатывания этих защит зависит от значения проходящего тока. Если бы мы не учли влияние тока нагрузки неповрежденных линий (200 А в этом примере), то могли бы ошибочно выбрать контрольную точку с параметрами 0,7 с и 600 А и построить характеристику 1' (штриховая линия на рис.1-15, б). Однако при токе КЗ, равном 600 А, когда приходит в действие защита 2 и срабатывает через 1 с, через защиту 1 проходит не 600 А, а (600 − 200) А, т.е. 400 А! При этом токе время срабатывания защиты 1 с ошибочно выбранной характеристикой 1' будет более 1,2 с, и защита попросту не успеет сработать раньше, чем защита 2 (вышестоящая). Это показывает штрихпунктирная кривая 1" на рис.1-15, б.

 Неселективное отключение всей секции 10 кВ приведет к дополнительному ущербу от недоотпуска электроэнергии. Можно приближенно оценить этот ущерб, как делается в зарубежных странах, например в Скандинавии.

Дополнительно отключенная нагрузка с I_н =200 А соответствует 3600 кВ×А и при cos j = 0,8  равна Р = 2880 кВт.

Стоимость ущерба в USD на 1 кВт от прекращения электроснабжения рассчитывается по формуле:

c = a + t × b,                                             (1-12)

где a - постоянная (фиксированная) часть ущерба (USD/кВт); b - переменная часть ущерба (USD/кВт×ч); t - продолжительность отсутствия электроснабжения (ч).

Ущерб в USD при известном электропотреблении Р подсчитывается с учетом Р:

у = a × P + t × b × P,                                (1-13)

где Р - потребляемая мощность (кВт).

Постоянная составляющая (a) учитывается, невзирая на продолжительность отсутствия электроснабжения, будь то одна секунда или несколько часов.

 

Потребительский сектор	Сельский	Бытовой	Промыш-ленный	Обслужи-вание	Муниципаль-ный
Постоянная составляющая "а",USD/кВт	0	0	1,2	1,1	0,5
Переменная составляющая "b",USD/кВт×ч	8,1	1,6	12,2	7,8	4,8

Переменная составляющая (b) различна для разных потребителей и дана как средняя величина в вышеприведенной таблице.

В этой таблице стоимость ущерба у скандинавских потребителей по причине прекращения электроснабжения базируется на данных из работы "Kostnader fцr elavbrott, TemaNord, 1994 627". Количество проанализированных в этой работе потребителей более 13 тысяч. Главный метод для анализа - обследование потребителей. Стоимость ущербов определялась самими потребителями [6].

Предположим, что на оперативные переговоры и осмотр распределительного устройства 10 кВ, отключенного действием МТЗ, потребуется 0,5 часа. Тогда продолжительность отсутствия электроснабжения в выражениях (1-12) и (1-13) равна t = 0,5 ч. Легко подсчитать, что ущерб для сельских потребителей:

у = 0 + 0,5 × 8,1 × 2880 = 11664 USD,

а для промышленных потребителей:

у = 1,2 × 2880 + 0,5 × 12,2 × 2880 = 21024 USD.

Эти, разумеется, весьма приближенные цифры указывают на важность правильного выбора характери<