МТЗ с независимой выдержкой времени
МТЗ – основная защита для воздушных линий с односторонним питанием. МТЗ оснащаются не только ЛЭП, но также и силовые трансформаторы, кабельные линии, мощные двигатели напряжением 6, 10 кВ.
Рис. 4.2.1
Расположение защиты в начале каждой линии со стороны источника питания. На рис. 4.2.1 изображено действие защит при КЗ в точке К. Выдержки времени защит подбираются по ступенчатому принципу и не зависят от величины тока, протекающего по реле.
Уставки
Требования к току срабатывания.
- Достаточность для уверенного определения аварийных ситуаций.
- Исключение случаев срабатывания автоматики при максимальных рабочих токах потребителей и их поставарийных перегрузках. Для этого ток сработки должен превышать наибольший ток потребителя, и перегрузки после восстановления питания.
- Согласование устройства по всем параметрам срабатывания с автоматикой соседних участков электросети. Находящихся как ближе к ИП (в основной зоне), так и дальше от него (в зоне резервирования).
Рис.1 Защитные зоны
Ток возврата реле в исходное положение должен быть больше рабочего тока участка сети, после устранения КЗ. Для того чтобы отключение аварийного участка оператором автоматически приводило к восстановлению питания других, обесточенных защитным устройством потребителей.
Как работают автоматические выключатели
Работа автоматического выключателя в различных режимах происходит по простому принципу.
Нормальный режим
Во время взвода рычага управления выключателем приводится в движение механизм взвода и расцепления, тем самым осуществляя коммутацию силовых контактов. После коммутации ток протекает от питающего провода или кабеля, подключенного к винтовому зажиму. Через этот зажим по контактам проходит ток, причем сначала по неподвижным, а затем и по подвижным.
Вам это будет интересно Монтаж трехфазного счетчика
Короткое замыкание
В данном режиме электромагнитный расцепитель автоматического выключателя должен произвести мгновенное отключение нагрузки. Принцип действия заключается в следующем: при значительном превышении номинального показателя, протекающего через обмотку электромагнита, возникает мощное магнитное поле, которое тянет вниз якорь с подвижным контактом.
Последствия КЗ
Якорь в свою очередь надавливает на рычажок спускового механизма, в результате чего происходит отключение нагрузки.
Схемы защиты МТЗ
Трехфазная схема защиты МТЗ на постоянном оперативном токе
Схема защиты представлена на рис.4.2.2: Основные реле:
- Пусковой орган – токовые реле КА.
- Орган времени – реле времени КТ.
Вспомогательные реле:
- KL – промежуточное реле;
- KH – указательное реле.
Рис. 4.2.2
Промежуточное реле устанавливается в тех случаях, когда реле времени не может замыкать цепь катушки отключения YAT из-за недостаточной мощности своих контактов. Блок-контакт выключателя SQ служит для разрыва тока, протекающего по катушке отключения, так как контакты промежуточных реле не рассчитываются на размыкание.
Двухфазные схемы защиты МТЗ на постоянном оперативном токе
В тех случаях, когда МТЗ должна реагировать только при междуфазных КЗ, применяются двухфазные схемы с двумя или одним реле, как более дешевые.
Двухрелейная схема
Рис. 4.2.3
Достоинства
1. Схема реагирует на все междуфазные КЗ на линиях.
2. Экономичнее трехфазной схемы.
Недостатки
Меньшая чувствительность при 2 – фазных КЗ за трансформатором с соединением обмоток Y/–11 гр. (В два раза меньше чем у трехфазной схемы).
Рис. 4.2.4
При необходимости чувствительность можно повысить, установив третье токовое реле в общем проводе токовых цепей. Чувствительность повышается в два раза – схема становиться равноценной по чувствительности с трехфазной.
Схемы широко применяются в сетях с изолированной нейтралью, где возможны только междуфазные КЗ.
двухфазные схемы применяются в качестве защиты от междуфазных КЗ и в сетях с глухозаземленной нейтралью, при этом для защиты от однофазных КЗ устанавливается дополнительная защита, реагирующая на ток нулевой последовательности.
Одно-релейная схема МТЗ
Рис. 4.2.5
Схема реагирует на все случаи междуфазных КЗ.
Достоинства
Только одно токовое реле.
Недостатки
- Меньшая чувствительность по сравнению с 2 – релейной схемой при КЗ между фазами АВ и ВС.
- Недействие защиты при одном из трех возможных случаев 2 – фазных КЗ за трансформатором с соединением обмоток Y/–11 гр.
- Более низкая надежность – при неисправности единственного токового реле происходит отказ защиты. Схема применяется в распределительных сетях 6…10 кВ и для защиты электродвигателей.
Рис. 4.2.6
Классификация
МТЗ трансформатора в зависимости от характера связи времени выдержки с величиной тока КЗ делят на 3 основные группы:
- Независимые. Этот вид состоит из МТЗ с неизменной на всем рабочем интервале значений аргумента выдержкой времени (tвыд.). Которая в интервале значений тока от 0 до Iсраб. включительно уменьшается до 0. Графически корреляцию данных параметров можно представить в виде двух отрезков параллельных оси X. Один из них находящийся на расстоянии tвыд от нее, другой, лежащий ней. Если ось X графика принять за ток, а Y – за время выдержки. Устройства, входящие в эту категорию являются основным видом электрозащиты воздушных ЛЭП, запитанных с одной стороны. Они применяются также и для силовых трансформаторов, кабельных линий, и электродвигателей рабочим напряжением от 6 до 10 тыс. В.
Некоторые схемные решения
Трехфазное устройство защитного отключения (УЗО). Чувствительно ко всем типам замыкания любой фазы. Основой этого устройства являются токовые реле 1. Они срабатывают при подаче на них сигнала КЗ. Их нормально разомкнутые контактные группы запараллелины, поэтому срабатывание любого из них приводит к пуску времязадающего реле 2.
По истечении установленного промежутка времени оно включает реле-повторитель 3, срабатывающее без задержки и подающее на выключатель сигнал отключения. Реле 3 необходимо в случае, когда мощность катушки выключателя слишком велика для исполнительных контактов реле времени. Реле 4 (блинкерное) служит для индикации срабатывания выключателя. Оно подключается последовательно катушке выключателя. Поэтому его срабатывание происходит одновременно с выключателем УЗО, а выпавший в результате этого блинкер (сигнализатор) указывает на факт отключения питания участка.
Двухфазное УЗО. Отслеживает все межфазные КЗ и замыкание 2 из 3 фаз с землей на участке сети. Не имеет принципиальных отличий от трехфазного устройства. К ее преимуществам можно отнести более низкую стоимость за счет меньшего количества комплектующих и монтажных проводов. А также лучшую селективность при замыканиях с землей в 2 различных точках.
Недостатки: меньшая чувствительность при КЗ во вторичных обмотках понижающего трансформатора.
Благодаря своим качествам этот тип устройств часто используется в электросистемах с изолированной нейтралью. При необходимости повышения чувствительности на нулевой провод устанавливают дополнительное токовое реле.
Выбор тока срабатывания защиты МТЗ
Защита должна надежно срабатывать при повреждениях, но не должна действовать при максимальных токах нагрузки и её кратковременных толчках (например, запуск двигателей).
- Слишком чувствительная защита может привести к неоправданным отключениям.
- Главная задача при выборе тока срабатывания состоит в надежной отстройке защиты от токов нагрузки.
Существуют два условия определения тока срабатывания защиты.
Первое условие. Токовые реле не должны приходить в действие от тока нагрузки:
Iс.з>Iн.макс, (4.1)
где Iс.з – ток срабатывания защиты (наименьший первичный ток в фазе линии, необходимый для действия защиты);
Iн.макс – максимальный рабочий ток нагрузки.
Второе условие. Токовые реле, сработавшие при КЗ в сети, должны надёжно возвращаться в исходное положение после отключения КЗ при оставшемся в защищаемой линии рабочем токе.
При КЗ приходят в действие реле защит I и II (рис.4.2.1). После отключения КЗ защитой I прохождение тока КЗ прекращается и токовые реле защиты II должны вернуться в исходное положение.
Ток возврата реле должен быть больше тока нагрузки линии, проходящего через защиту II после отключения КЗ.
И этот ток в первые моменты времени после отключения КЗ имеет повышенное значение из–за пусковых токов электродвигателей, которые при КЗ тормозятся вследствие понижения (при КЗ) напряжения:
Рис. 4.2.7
Iвоз>kзIн.макс . (4.2)
Увеличение Iн.макс, вызванное самозапуском двигателей, оценивается коэффициентом запуска kз.
Учет самозапуска двигателей является обязательным.
При выполнении условия (4.2) выполняется и условие (4.1), так как Iвоз
Iвоз=kнkзIн.макс, (4.3)
где kн – коэффициент надежности, учитывающий возможную погрешность в величине тока возврата реле, kн=1,1…1,2.
Ток срабатывания защиты зависит от коэффициента возврата, для снижения Iс.з необходимо увеличивать kвоз, он должен быть на уровне от 0,85 и выше.
Определение величины Iн.макс индивидуально для конкретного защищаемого объекта, ниже приведены два примера
1. Параллельные линии: Iн.макс=Iнагр.
Рис. 4.2.8
2. Линии, питающие потребителя: Iн.макс=I1+I2.
Рис. 4.2.9
Чувствительность защиты МТЗ
Ток срабатывания защиты Iс.з проверяется по условию чувствительности защиты.
Рис. 4.2.10
Значение kч для различных типов защит нормируется. В основной зоне kч как правило равен 1,5; в зоне резервирования допускается 1,2.
Выдержка времени защиты МТЗ
Для обеспечения селективности выдержки времени МТЗ выбираются по ступенчатому принципу (см. рис. 4.2.1). Разница между временем действия защит двух смежных участков называется ступенью времени (ступенью селективности):
t=t2–t1. (4.7)
Ступень времени t должна быть такой, чтобы при КЗ на линии w2, МТЗ II (см. рис. 4.2.1) не успевала сработать.
Определение ступени селективности времени
При КЗ в точке К защита I работает в течение времени
tзI=tввI+tпI+tвI, (4.8)
где tввI – выдержка времени защиты I;
tпI – погрешность в сторону замедления реле времени защиты I;
tвI – время отключения выключателя Q1.
Условие несрабатывания защиты II при КЗ на линии w2
tввII>tввI+tпI+tвI. (4.9)
Выдержка времени защиты II может быть определена как
tввII=tввI+tпI+tвI+tпII+tзап, (4.10)
где tпII – погрешность в сторону снижения выдержки времени защиты II; tзап – время запаса.
Таким образом, минимальная ступень времени t может быть вычислена как
t=tввII – tввI=tпI+tвI+tпII+tзап. (4.11)
По формуле (4.11) определяется ступень времени для защит с независимой характеристикой времени срабатывания от тока.
Рекомендуется принимать t =0,35…0,6 с.
Реализация
В основном, систему реализуют с применением устройств, совмещающих функции пуска и задержки времени, либо с помощью сочетания нескольких разных реле, каждое из которых выполняет одну из этих функций. Сейчас все чаще применяются микропроцессоры, реализующие, помимо обозреваемого, еще ряд процессов релейной защиты.
Отличия от токовой отсечки
Защита линий от коротких замыканий также осуществляется с помощью токовой отсечки. Принцип её работы аналогичен – отключение электричества при перегрузке линии. Основным отличием является то, что селективность максимальной токовой защиты обеспечивается задержкой времени, а токовая отсечка отключает напряжение почти мгновенно при возникновении КЗ. При этом время срабатывания и селективность отсечки определяется номиналами и уставками защитных аппаратов и их время-токовыми характеристиками.
Более подробно вопрос рассмотрен на видео:
Определение коэффициента чувствительности защиты
Определение коэффициента чувствительности защиты по первичному току короткого замыкания дает завышенные результаты.
При определении чувствительности защиты необходимо учитывать токовую погрешность трансформатора тока.
Коэффициент чувствительности токовых реле определяется по выражению:
где:
- Iк.мин — минимальный первичный ток короткого замыкания (КЗ) в конце зоны действия защиты, определяемый расчетом в реально возможном минимальном режиме;
- Ic.p. — ток срабатывания реле;
- nт — коэффициент трансформации трансформатора тока (ТТ);
- Iвтк.мин. — минимальный вторичный ток К3, Iвтк.мин. = Iк.мин/nт;
При КЗ значение тока Iк.мин может в несколько раз превышать то значение расчетного тока, при котором производилось проверка трансформаторов тока (ТТ) на 10%-ую погрешность [Л1]. В связи с этим весьма вероятно увеличение токовой погрешности свыше 10%. Таким образом, основной недостаток защит заключается в том, что трансформаторы тока не могут обеспечить во всех режимах трансформацию достаточно близкую к идеальной, хотя в основу работы защиты положена идеальная трансформация тока. Это обстоятельство не учитывается при определении коэффициента чувствительности в соответствии с выражением (1).
Определение коэффициента чувствительности по выражению (1) дает завышенное значение, так как известно, что вторичный ток трансформаторов тока при погрешности выше 10% существенно отличается от его идеального значения Iвтк.мин.
Завышение коэффициента чувствительности может привести к ошибочным выводам относительно фактического значения коэффициента чувствительности. Он может оказаться меньше минимально допустимого коэффициента чувствительности. Обеспечение 10%-ной погрешности при токе К3 Iк.мин уменьшит погрешность ТТ, увеличивая тем самым коэффициент чувствительности.
Проверка ТТ на 10% погрешность при КЗ определяется по кривым предельных кратностей, а при их отсутствии — по значению номинальной предельной кратности.
В тех случаях, когда 10%-ная погрешность при токе КЗ, равном Iк.мин, не обеспечивается, для её обеспечения необходимо увеличить номинальный ток трансформаторов тока, соединить последовательно две обмотки и/(или) уменьшить сопротивление вторичной нагрузки Zн.
В тех случаях, когда это невозможно, чувствительность реле необходимо определять графически в соответствии с рис. 1.
Рис.1 — Графическое определение вторичного тока КЗ в реле по расчетному значению при погрешности трансформатора выше 10%
Для определения чувствительности по действительному вторичному току в реле, необходимо:
1. Определить сопротивление нагрузки Zн трансформатора тока и вторичный ток КЗ Iвтк.мин.;
2. Построить характеристику намагничивания Е2=f(I’нам), где: Е2 — электродвижущая сила (ЭДС);
I’нам = Iнам/ nт — ток намагничивания, приведенный к вторичной стороне.
3. На графике характеристики намагничивания построить прямую зависимости ЭДС от вторичной нагрузки Zн.
где:
- Z2 — сопротивление трансформатора тока;
- І2 — вторичный ток.
4. Построить зависимость ЭДС от тока первичной обмотки, для чего в нескольких выбранных точках при соответствующем одном значении Е2 определить I’1 как сумма токов І2 (абсцисса построенной прямой) и I’нам — абсцисса характеристики намагничивания).
5. Определить вторичный ток в реле Iвт, соответствующий Iвтк.мин., пользуясь кривой Е=f/( I’1) и прямой Е2=(I2), как показано на рис.1.
6. Определить коэффициент чувствительности:
Из рисунка следует, что фактический коэффициент чувствительности реле будет в Iвтк.мин./Iвт меньше, определенного в соответствии с выражением (1).
Приближенное значение вторичного тока КЗ с учетом токовой погрешности может быть определено по выражению:
где:
- f — токовая погрешность ТТ [Л1];
- Кн — коэффициент надежности (Кн=1,2-1,3).
Вывод:
1.В тех случаях, когда 10%-ная погрешность ТТ при КЗ не обеспечивается, для её обеспечения необходимо увеличить номинальный ток трансформаторов тока, соединить последовательно две обмотки и/(или) уменьшить сопротивление вторичной нагрузки.
В тех случаях, когда это невозможно, коэффициент чувствительности реле необходимо определять графически по действительному вторичному току.
Литература:
1.Шабад МЛ. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. — Л.: Энергоатомиздат, 1985 — 296 е., ил.
Всего наилучшего! До новых встреч на сайте Raschet.info.
Расчет уставок защит электродвигателя
Расчет токовой отсечки
Первичный ток срабатывания токовой отсечки выбирается по условию отстройки пускового тока двигателя. В момент включения двигателя по его обмотке будет протекать бросок тока намагничивания, содержащий апериодическую составляющую и в 1,6-1,8 раза превышающий по амплитуде установившийся пусковой ток, который учитывается увеличенным коэффициентом отстройки в расчетной формуле для определения тока срабатывания защиты:
где kотс– коэффициент отстройки, учитывающий погрешности реле и наличиеапериодической составляющей, принимается равным kотс=1,8-2 для защит с временем срабатывания 0,05с и менее; kотс=1,4-1,5 для защит с реле РТ-40; Iпуск – пусковой ток двигателя при номинальном напряжении сети.
Пусковой ток электродвигателя определяется по номинальному току и кратности пускового тока, значение которых указывают в паспорте двигателя и в каталоге, по выражению:
где kп – кратность пускового тока двигателя.
Для микропроцессорных защит рекомендуется применять kотс=1,5 и время срабатывания равным 0,08 – 0,1с.
Однако, если желательно иметь время срабатывания защиты минимальное (0,04с), то коэффициент отстройки kотс следует принять равным 1,8 – 2[ ]
Чувствительность токовой отсечки проверяется при двухфазном КЗ на выводах электродвигателя в минимальном режиме питающей сети и оценивается коэффициентом чувствительности по выражению:
kч=
где IКЗmin (2) – ток двухфазного короткого замыкания в минимальном режиме питающей сети.
Коэффициент чувствительности отсечки должен быть не менее 2,0.
Раньше токовую отсечку для двигателей мощностью до 2000кВт выполняли (согласно ПУЭ) по простой и дешевой схеме с включением одного реле на разность токов фаз. Для этой схемы ток срабатывания реле следует выбирать с учетом коэффициента схемы.
Ic.р=
где КI– коэффициент трансформации трансформаторов тока; kcx=
для схемы на разность токов двух фаз и kcx=1 для двухрелейной схемы (звезда и неполная звезда).
Тогда коэффициент чувствительности вычисляется по:
Kч=
(3.4)
Ток срабатывания реле токовой отсечки, выполненной по однорелейной схеме, в
больше, чем по схеме звезда и чувствительность защиты будет в раз меньше.
Расчет защиты от замыканий на землю в обмотке статора электродвигателя.
Высоковольтные электродвигатели напряжением 6 – 10кВ, как правило, работают в сетях с малыми токами замыкания на землю, поэтому защиты от замыканий на землю в обмотке статора выполняются в виде токовых защит нулевой последовательности, которые подключаются к кабельным трансформаторам тока нулевой последовательности.
Первичный ток срабатывания защиты рассчитывается независимо от аппаратного исполнения защиты.
Первичный ток срабатывания защиты от замыканий на землю в обмотке статора отстраивается от броска собственного емкостного тока присоединения при внешнем замыкании на землю
где kотс=1,2 – коэффициент отстройки; IC – утроенное значение собственного емкостного тока присоединения; Kб – коэффициент, учитывающий бросок собственного емкостного тока в начальный момент внешнего замыкания на землю.
Для сети с изолированной нейтралью
kб=2 – 3 для реле РТЗ – 51;
kб=3 – 4 для реле РТЗ-50 и РТ-40/0,2;
kб=1,5 – 2 для микропроцессорных защит.
Значение собственного емкостного тока присоединения равно:
Где IС.дв – собственный емкостной ток электродвигателя;
ICw– собственный емкостной ток кабельной линии от КРУ до двигателя.
Мгновенная токовая отсечка (МТО)
Короткие замыкания в сети
Являются наиболее опасным и тяжелым видом повреждения. При коротких замыканиях э.д.с. источника питания замыкается накоротко через относительно малое сопротивление генераторов, трансформаторов и линий. Поэтому в контуре замкнутой накоротко э.д.с. возникает большой ток Iк.з., называемый током короткого замыкания. Ток короткого замыкания, согласно закону Джоуля-Ленца, выделяет в активном сопротивлении цепи, по которой он проходит в течении времени t, тепло:
Помимо очевидных последствий, вызванных повышением величины тока в электроустановках, возникновение короткого замыкания ведет к снижению напряжения, что, в свою очередь, неизбежно негативно влияет на нормальную работу потребителей. Наиболее негативное воздействие снижение напряжения оказывает на асинхронные двигатели, которые являются основными потребителями электроэнергии. Момент вращения асинхронного двигателя пропорционален квадрату напряжения на его зажимах:
Помимо этого, снижение напряжения влияет и на устойчивость параллельной работы генераторов. Это может привести к распаду системы и прекращению питания всех ее потребителей.
Короткие замыкания подразделяются на трехфазные, двухфазные и однофазные в зависимости от числа замкнувшихся фаз, замыкания с землей и без земли, замыкания в одной и двух точках сети.
Понятие – Реле
Определение
Реле – это автоматический аппарат (рисунок 1), контролирующий значение какой-либо физической величины, называемой управляющей величиной, и воздействующий на значение другой физической величины, называемой управляемой величиной. Отличительный признак реле – скачкообразное изменение управляемой величины при достижении управляющей величиной определенного, заранее установленного значения.
Рисунок 1 – Схема простейшего электромеханического токового реле
Из рисунка 1 видно, что реле состоит из катушки реле, установленной на ферромагнитном сердечнике, подвижной части (якоря), блок контактов (нормально открытых НО и нормально закрытых НЗ) и устройства подстройки уставки срабатывания (в данном случае силы упругости пружины).
Работает реле таким образом, что при увеличении управляющей величины, в данном случае силы тока, увеличивается и сила притяжения якоря. Пружина не позволяет замкнуть НО контакт вплоть до достижения управляющей величины значения уставки.
При срабатывании реле НО контакт замыкается, а НЗ размыкается с общим контактом изменяя при этом управляемую величину.
Требования к релейной защите
Селективность
—селективностью или избирательностью защиты называется способность защиты отключать при КЗ только поврежденный участок сети.
Читайте также: Как правильно выбрать люстру по площади комнаты
Быстродействие
—способность работать с минимально допустимой выдержкой времени. Без выдержки времени могут работать только защиты, обладающие абсолютной селективностью, например дифференциальные.
Защиты, действующие с временем до 0,1-0,2сек, считаются быстродействующими, например токовые отсечки.
Чувствительность
– показывает способность защиты реагировать на КЗ в
любой точке защищаемого объекта в любом режиме работы системы..
Чувствительность защиты принято характеризовать коэффициентом чувствительности Кч.
где:
A
min
–
минимально возможное расчетное значение управляющей величина для выбранной схемы;
A
cp
–
значение управляющей величины, при котором происходит срабатывание реле (уставка).
Надежность
─ способность защиты безотказно действовать в пределах установленной для нее зоны и не работать ложно в режимах, при которых действие релейной защиты не предусматривается.
Трехступенчатая защита ЛЭП
Один из признаков возникновения короткого замыкания (КЗ) – 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.
Комплект двухступенчатой токовой защиты ЛЭП состоит из трех защит:
· 1 ступень – мгновенная токовая отсечка (МТО);
· 2 ступень – токовая отсечка с выдержкой времени (ТОВВ);
· 3 ступень – максимальная токовая защита (МТЗ).
Рассмотрим принцип действия и выбор уставок каждой из этих защит.
Мгновенная токовая отсечка (МТО)
Мгновенной токовой отсечкой называется защита, отключающая защищаемый объект без выдержки времени при превышении током, протекающим по объекту, тока срабатывания защиты.
Рисунок 2 – Схема сети
На рисунке 2 показана схема защищаемой радиальной сети с односторонним питанием. Каждый элемент этой схемы (линия, трансформатор, сборные шины и т.д.) имеет свою защиту. Рассмотрим, например, линию ЛЭП 1. При КЗ в точках К1, К2, К3 по ЛЭП 1 протекает ток, величина которого зависит от расположения точки короткого замыкания, т.е. от расстояния L
от места установки защиты до точки КЗ.
Селективность МТО может быть обеспечена только соответствующим выбором тока срабатывания. Предположим, что необходимо выбрать ток срабатывания мгновенной токовой отсечки, установленной на ЛЭП 1 – IСРМТО-1 (здесь нижний индекс 1 указывает номер комплекта защиты). Предположим, что на ЛЭП 2 тоже установлена мгновенная токовая отсечка. Тогда, если при КЗ в начале ЛЭП 2 (точка К5 на рисунке 2) МТО 1 почувствует это КЗ, то она отключит выключатель Q1. Одновременно будет отключен Q2 защитой МТО 2, установленной на ЛЭП 2. Отключение Q1 при этом произойдет неселективно, так как ЛЭП 1 исправна и могла бы питать потребителей, подключенных через трансформатор Тр1 к шинам подстанции В.
Обеспечить селективность в этом случае можно только, ограничив зону действия МТО 1 не разрешая этой защите действовать при КЗ на ЛЭП 2. Такая настройка осуществляется уменьшением величины тока срабатывания (рисунок 3).
Рисунок 3 – Диаграмма настройки МТО 1
Эффективность МТО считается удовлетворительной, если защищаемая зона составляет не менее 10…20 % от длины ЛЭП.
Таким образом защита МТО не способна самостоятельно защитить всю линию от подстанции А до подстанции В, а значит не отвечает требованию к чувствительности.
4.3. МТЗ с пуском (блокировкой) от реле минимального напряжения
4.3.1. Схема защиты
Для повышения чувствительности МТЗ при КЗ и улучшения отстройки её от токов нагрузки применяется пуск при помощи реле минимального напряжения.
Рис. 4.3.1
Рис. 4.3.1 (продолжение)
Защита может действовать на отключение только при условии срабатывания реле напряжения. При перегрузках ток возрастает, но защита не действует, даже если токовые реле КА приходят в действие. При КЗ напряжение на шинах подстанции снижается, реле минимального напряжения срабатывают, разрешая защите действовать на отключение.
Для надежной работы блокировки при 2 – фазных КЗ устанавливаются 3 реле напряжения KV, подключаемые на линейные напряжения. В этом случае при двухфазном КЗ, например ВС, напряжение UВС будет равным нулю и реле KV2 замкнет свои контакты, разрешая защите действовать на отключение. Однако при такой схеме включения реле плохо реагируют на однофазные КЗ. Поэтому в сетях с заземленной нейтралью предусматривается дополнительное реле KV0, реагирующие на напряжение нулевой последовательности, появляющиеся при замыканиях на землю. В сети с изолированной нейтралью реле KV0 не устанавливается, так как защита должна действовать только при междуфазных КЗ.
При обрыве цепей напряжения реле KV замыкают свои контакты и защита лишается блокировки, поэтому комплект защиты должен оснащаться устройствами контроля цепей напряжения, либо сигнализировать оперативному персоналу о снятии блокировки.
4.3.2. Ток срабатывания токовых реле
Ток срабатывания токовых реле отстраивается не от максимальной нагрузки линии, а от длительной нормальной нагрузкиIн.норм в 1,5…2 раза меньшей максимальной:
, (4.13)
где kн – коэффициент надежности.
Чувствительность защиты существенно повышается.
Рис. 4.3.1 Продолжение
4.3.3. Напряжение срабатывания реле минимального напряжения
Напряжение срабатывания Uсз выбирается исходя из двух условий.
1. Uсз
2. Uвоз
У реле минимального напряжения Uсз<>
учитывая (4.14)
, (4.15)
где nн – коэффициент трансформации измерительного трансформатора напряжения.
Обычно Uраб.мин – на 5…10% ниже нормального уровня.
4.3.4. Чувствительность реле напряжения
Чувствительность реле проверяется по формуле
, (4.16)
где Uк.макс – максимальное значение напряжения на шинах подстанции, где установлен комплект защиты при КЗ в конце зоны защиты (например, в конце линии).
Нормативно kч³1,5.
Защита с блокировкой применяется на линиях короткой и средней протяженности, на длинных линиях падение напряжения на шинах подстанции при КЗ в конце линии невелико и коэффициент чувствительности не удовлетворяет норме.
4.3.5. Напряжение срабатывания реле нулевой последовательности
Реле KV0 – реле максимального напряжения. Реле должно срабатывать при однофазных и 2 – фазных КЗ на землю. В нормальном режиме U=0, однако за счет погрешностей, на зажимах реле присутствует напряжение небалансаUнб .
Uср>Uнб – напряжение небаланса определяется путем измерений в нормальном режиме работы сети, как правило, Uср»0,15…0,2Uмакс.одноф.КЗ.
4.2. Защита линий с помощью МТЗ с независимой выдержкой времени
МТЗ – основная защита для воздушных линий с односторонним питанием. МТЗ оснащаются не только ЛЭП, но также и силовые трансформаторы, кабельные линии, мощные двигатели напряжением 6, 10 кВ.
Рис. 4.2.1
Расположение защиты в начале каждой линии со стороны источника питания.
На рис. 4.2.1 изображено действие защит при КЗ в точке К. Выдержки времени защит подбираются по ступенчатому принципу и не зависят от величины тока, протекающего по реле.
4.2.1. Схемы защиты
4.2.1.1. Трехфазная схема защиты на постоянном оперативном токе
Схема защиты представлена на рис.4.2.2:
Основные реле:
Пусковой орган – токовые реле КА.
Орган времени – реле времени КТ.
Вспомогательные реле:
KL – промежуточное реле;
KH – указательное реле.
Рис. 4.2.2
Промежуточное реле устанавливается в тех случаях, когда реле времени не может замыкать цепь катушки отключения YAT из-за недостаточной мощности своих контактов. Блок-контакт выключателя SQ служит для разрыва тока, протекающего по катушке отключения, так как контакты промежуточных реле не рассчитываются на размыкание.
4.2.1.2. Двухфазные схемы защиты на постоянном оперативном токе
В тех случаях, когда МТЗ должна реагировать только при междуфазных КЗ, применяются двухфазные схемы с двумя или одним реле, как более дешевые.
4.2.2. Выбор тока срабатывания защиты
Защита должна надежно срабатывать при повреждениях, но не должна действовать при максимальных токах нагрузки и её кратковременных толчках (например, запуск двигателей).
· Слишком чувствительная защита может привести к неоправданным отключениям.
· Главная задача при выборе тока срабатывания состоит в надежной отстройке защиты от токов нагрузки.
Существуют два условия определения тока срабатывания защиты.
Первое условие. Токовые реле не должны приходить в действие от тока нагрузки:
Iс.з>Iн.макс, (4.1)
где Iс.з – ток срабатывания защиты (наименьший первичный ток в фазе линии, необходимый для действия защиты);
Iн.макс – максимальный рабочий ток нагрузки.
Второе условие. Токовые реле, сработавшие при КЗ в сети, должны надёжно возвращаться в исходное положение после отключения КЗ при оставшемся в защищаемой линии рабочем токе.
При КЗ приходят в действие реле защит I и II (рис.4.2.1). После отключения КЗ защитой I прохождение тока КЗ прекращается и токовые реле защиты II должны вернуться в исходное положение.
Ток возврата реле должен быть больше тока нагрузки линии, проходящего через защиту IIпосле отключения КЗ. И этот ток в первые моменты времени после отключения КЗ имеет повышенное значение из–за пусковых токов электродвигателей, которые при КЗ тормозятся вследствие понижения (при КЗ) напряжения:
Рис. 4.2.7
Iвоз>kзIн.макс . (4.2)
Увеличение Iн.макс, вызванное самозапуском двигателей, оценивается коэффициентом запускаkз.
· Учет самозапуска двигателей является обязательным.
При выполнении условия (4.2) выполняется и условие (4.1), так как Iвоз
Iвоз=kнkзIн.макс, (4.3)
где kн – коэффициент надежности, учитывающий возможную погрешность в величине тока возврата реле, kн=1,1…1,2.
Ток срабатывания защиты находят из соотношения
. (4.4)
Вторичный ток срабатывания реле находится с учетом коэффициентов трансформации измерительных трансформаторов тока nт и схемы включения реле kсх:
. (4.5)
Ток срабатывания защиты зависит от коэффициента возврата, для снижения Iс.з необходимо увеличивать kвоз, он должен быть на уровне от 0,85 и выше.
Определение величины Iн.макс индивидуально для конкретного защищаемого объекта, ниже приведены два примера
1. Параллельные линии: Iн.макс=Iнагр.
Рис. 4.2.8
2. Линии, питающие потребителя: Iн.макс=I+I.
Рис. 4.2.9
4.2.3. Чувствительность защиты
Ток срабатывания защиты Iс.з проверяется по условию чувствительности защиты:
, (4.6)
где Iк.мин – минимальный ток КЗ при повреждении в конце зоны действия защиты как основной, так и резервной.
Рис. 4.2.10
Значение kч для различных типов защит нормируется. В основной зоне kч как правило равен 1,5; в зоне резервирования допускается 1,2.
4.2.4. Выдержка времени защиты
Для обеспечения селективности выдержки времени МТЗ выбираются по ступенчатому принципу (см. рис. 4.2.1).
Разница между временем действия защит двух смежных участков называется ступенью времени (ступенью селективности):
Dt=t–t. (4.7)
Ступень времени Dt должна быть такой, чтобы при КЗ на линии w, МТЗ II (см. рис. 4.2.1) не успевала сработать.
Определение ступени селективности Dt
При КЗ в точке К защита I работает в течение времени
tзI=tввI+tпI+tвI, (4.8)
где tввI – выдержка времени защиты I;
tпI – погрешность в сторону замедления реле времени защиты I;
tвI – время отключения выключателя Q1.
Условие несрабатывания защиты II при КЗ на линии w
tввII>tввI+tпI+tвI. (4.9)
Выдержка времени защиты II может быть определена как
tввII=tввI+tпI+tвI+tпII+tзап, (4.10)
где tпII – погрешность в сторону снижения выдержки времени защиты II;
tзап – время запаса.
Таким образом, минимальная ступень времени Dt может быть вычислена как
Dt=tввII– tввI=tпI+tвI+tпII+tзап. (4.11)
По формуле (4.11) определяется ступень времени для защит с независимой характеристикой времени срабатывания от тока.
Рекомендуется принимать Dt =0,35…0,6 с. В курсовой работе следует принимать Dt =0,5 с.
Выбор времени действия защит
Для МТЗ с независимой выдержкой времени выдержка времени защит вычисляется по формуле (4.12), расчет начинается от МТЗ, установленных у потребителей электроэнергии (см. рис. 4.2.11):
tвв(n)= tвв(n–1)+ Dt. (4.12)
Рис. 4.2.11
t1=0; t2=0,5с; t3=1с; t4=1,5с; t5=2с.
Это интересно: Самовольное подключение к электросетям — ответственность и штрафы в 2017
Принцип действия токовой защиты
Действие максимальной защиты полностью аналогично с действием токовой отсечки. В том случае, когда сила тока в сети начинает повышаться, в работу включается защитная система. Однако, разница между ними все таки существует. Если срабатывание токовой отсечки происходит мгновенно, то при максимальной защите отключающий сигнал проходит только через определенный промежуток времени. Этот промежуток называется временной выдержкой. Данная выдержка полностью зависит от расположения защищаемого участка.
Минимальная временная выдержка определяется на участке, максимально удаленном от источника энергии. При уменьшении этого расстояния, выдержка по времени пропорционально увеличивается. Эти временные различия называются ступенями селективности. Значение каждой ступени селективности зависит от времени защитного действия. При коротком замыкании, на том или ином участке происходит срабатывание защиты в виде токовой отсечки.
Если, по ряду причин, срабатывания не произошло, то через определенный промежуток времени, представляющий собой ступень селективности, в работу включается максимальная токовая защита. При ее срабатывании происходит отключение как поврежденного, так и собственного участка. В данной ситуации, большое значение имеет превышение ступени селективности над временем срабатывания токовой отсечки. В противном случае, токовая защита произведет отключение поврежденных участков до того, как сработает токовая отсечка. Однако, значение ступени селективности должно быть сравнительно небольшим, чтобы срабатывание произошло до нанесения серьезных повреждений электрическим сетям.
Примеры и описание схем МТЗ
Для защиты разных компонентов сетей с питанием, поступающим с одной стороны, используются схемы различных типов.
Однорелейная на оперативном токе
Схема с одним реле на оперативном токе
Применяется реле пуска, реагирующее на изменения разности фазовых потенциалов. Плюсами являются ее простота и малый расход ресурсов – нужны только одно реле и два кабеля. Минусы – невысокая восприимчивость и то, что, если отказал какой-то элемент, фрагмент линии теряет предохранение. Схема подойдет для сетей с напряжением до 10 кВ.
Двухрелейная на оперативном токе
Схема с парой реле
Эта схема, как и предыдущая, защищает электролинии от последствий короткого замыкания между фазами. Цепи в ней формируют усеченную звезду. Она надежна, но, как и предыдущая, не очень чувствительна.
Трехрелейная
Это наиболее надежная и единственная подходящая для конструкций с заземленной наглухо нейтралью схема.
Хотя отсечка тока эффективнее предотвращает короткие замыкания, применение обозреваемого метода больше подходит для предохранения разветвленных электролиний. Для максимально эффективной работы необходимо правильно задать в схеме уставки.
