Меню

Ток срабатывания максимальной токовой защиты формула

Максимальная токовая защита: МТЗ, принцип действия, реализация, схемы, выбор уставок

Максимальная токовая защитаПри коротком замыкании ток в линии увеличивается. Этот признак используется для выполнения токовых защит. Максимальная токовая защита (МТЗ) приходит в действие при увеличении тока в фазах линии сверх определенного значения.

Токовые защиты подразделяются на МТЗ, в которых для обеспечения селективности используется выдержка времени, и токовые отсечки, где селективность достигается выбором тока срабатывания. Таким образом, главное отличие между разными типами токовых защит в способе обеспечения селективности.

Максимальная токовая защитаРис. 4.1.1

  1. МТЗ с независимой выдержкой времени
  2. Схемы защиты МТЗ
  3. Трехфазная схема защиты МТЗ на постоянном оперативном токе
  4. Двухфазные схемы защиты МТЗ на постоянном оперативном токе
  5. Двухрелейная схема
  6. Одно-релейная схема МТЗ
  7. Выбор тока срабатывания защиты МТЗ
  8. Чувствительность защиты МТЗ
  9. Выдержка времени защиты МТЗ
  10. Выбор времени действия защит МТЗ

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.

Максимальная токовая защита

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.

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.

Максимальная токовая защита

Максимальная токовая защита

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

Максимальная токовая защита

Максимальная токовая защита

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).

Максимальная токовая защита

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

Максимальная токовая защита

Максимальная токовая защита

Схема реагирует на все случаи междуфазных КЗ.

Достоинства

Недостатки

  1. Меньшая чувствительность по сравнению с 2 – релейной схемой при КЗ между фазами АВ и ВС.
  2. Недействие защиты при одном из трех возможных случаев 2 – фазных КЗ за трансформатором с соединением обмоток Y/–11 гр.
  3. Более низкая надежность – при неисправности единственного токового реле происходит отказ защиты. Схема применяется в распределительных сетях 6…10 кВ и для защиты электродвигателей.

Максимальная токовая защита

Рис. 4.2.6

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:

Максимальная токовая защита

Iвоз>kзIн.макс . (4.2)

Увеличение Iн.макс, вызванное самозапуском двигателей, оценивается коэффициентом запуска kз.

Учет самозапуска двигателей является обязательным.

Максимальная токовая защита

При выполнении условия (4.2) выполняется и условие (4.1), так как Iвоз Рис. 4.2.8

2. Линии, питающие потребителя: Iн.макс=I1+I2.

Максимальная токовая защита
Рис. 4.2.9

Чувствительность защиты МТЗ

Ток срабатывания защиты Iс.з проверяется по условию чувствительности защиты.

Максимальная токовая защита

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.

Выбор времени действия защит МТЗ

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)+ t. (4.12)

Максимальная токовая защита

Рис. 4.2.11

Источник

Максимальная токовая защита

В нормальном режиме по линии, в трансформаторе, двигателе течет рабочий ток, значение которого известно и определяется номинальными параметрами.

Однако, порой возникают аварийные, переходные ситуации, когда происходят перерывы питания, вследствие коротких замыканий, самозапуска, перегрузок. Значение тока повышается до величины, которая может привести к нарушению работоспособности электрической сети, выхода из строя электрооборудования.

Чтобы не происходило подобных аварий, необходимо на этапе проектирования предусмотреть методы защиты от переходных токов. Для этого служит релейная защита, а в частности защита от токов короткого замыкания — максимальная токовая защита. Эта защита также относится к токовым, как и токовая отсечка.

На линиях с односторонним питанием МТЗ устанавливается в начале линии со стороны источника питания. Так как сеть может состоять из нескольких линий, то на каждой из них ставят свой комплект защит. При повреждении на одном из участков линии сработает защита этого участка и отключит линию. Защиты других линий отстроены по времени, таким образом соблюдается селективность. Они отключатся, не успев сработать. Время срабатывания увеличивается в направлении от потребителя к системе.

На линиях с двухсторонним питанием защита МТЗ является дополнительной и достижение селективности одними лишь средствами выдержки времени является невозможным. Поэтому в таких сетях применяются направленные защиты.

Классификация МТЗ

Максимальные токовые защиты классифицируются на трехфазные и двухфазные (в зависимости от схемы исполнения), в зависимости от способа питания (с постоянным или переменным опертоком), защиты с зависимой и независимой характеристикой.

Принцип действия максимальной токовой защиты

При достижении током величины уставки подается сигнал на срабатывание реле времени с заданной выдержкой времени. Затем после реле времени сигнал идет на промежуточное реле, которое мгновенно отправляет ток в цепь отключения выключателя.

У зависимых защит выдержка времени задается уставкой на реле, у независимых — выдержка зависит от величины тока. Зависимые защиты проще отстраивать и согласовывать.

Схема защиты МТЗ

схема максимальной токовой защиты

На рисунке выше приведена схема максимальной токовой защиты — токовые цепи и цепи управления.

Параметры и расчет максимальной токовой защиты

МТЗ не может совмещать в себе функцию защиты от перегрузки, так как действие МТЗ должно происходить по возможности быстрее, а защита от перегрузки должна действовать, не отключая допустимые кратковременные токи перегрузки или пусковые токи при самозапуске электродвигателей.

  1. То есть первое условие выбора МТЗ — отстройка от максимального рабочего тока нагрузки
  2. После срабатывания защиты реле должно вернуться в рабочее положения. Ток возврата должен быть больше максимального рабочего тока, с учетом самозапуска, после предотвращения нарушения снабжения
  3. Ток срабатывания защиты равен коэффициенту запаса отнесенный к коэффициенту возврата и умноженный на коэффициент запуска и максимальный рабочий ток
  4. Ток срабатывания реле зависит от коэффициента схемы (зависит от реле), тока срабатывания защиты отнесенных к коэффициенту трансформатора тока
  5. Чувствительность защиты определяется отношением минимального тока короткого замыкания в конце зоны защиты к току срабатывания защиты
  6. Ступень времени для согласования выдежек времени зависит от выдержки времени соседней защиты, погрешности замедления реле времени соседней защиты, времени отключения выключателя соседней защиты. Для защит с независимой выдержкой времени это время может быть 0,4-0,5с, для защит с зависимой — 0,6-1с
Читайте также:  Световое действие тока проявление

К достоинствам МТЗ относится их простота и наглядность, надежность, невысокая стоимость. К недостаткам можно отнести большие выдержки времени вблизи источников питания, хотя именно там токи короткого замыкания должны отключаться быстро.

Максимальная токовая защита является основной в сетях до 10кВ, однако, применение она нашла и в сетях выше 10кВ.

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

Источник

Ток срабатывания максимальной токовой защиты формула

Расчет параметров срабатывания максимальных токовых защит главным образом состоит из выбора тока срабатывания измерительных органов защиты и выдержки времени логического элемента задержки, т.е. уставок по току и по времени. Для токовых отсечек чаще всего выбирается только уставка по току, но иногда — и уставка по времени.

Выбранные уставки по току и по времени должны обеспечивать правильную работу защиты, отвечающую требованиям селективности, чувствительности, быстродействия и надежности [1].

При выборе уставок может выявиться непригодность предварительно принятой схемы и даже типа релейной защиты. Например, при недостаточной чувствительности максимальной токовой защиты трансформатора или линии к удаленным КЗ может потребоваться дополнительная установка пускового органа напряжения или вообще замена этого типа защиты на другой — дистанционный. Возможны случаи, когда в результате выбора уставок максимальной токовой защиты выявляются возможности обеспечения ее чувствительности только при условии преднамеренного ограничения сверхтоков перегрузки, например недопущения одновременного включения большого числа асинхронных двигателей, предусмотрев их поочередный пуск с помощью специальной автоматики.

Таким образом, выбор уставок защиты является очень ответственным делом. И чем проще устройство защиты, тем более сложным и трудоемким может оказаться выбор ее параметров срабатывания. Поэтому при расчетах релейной защиты интенсивно используются современные электронно-вычислительные машины (ЭВМ).

В распределительных электрических сетях простой конфигурации напряжением до 35 кВ, а иногда и 110 кВ, где в основном и применяются простые максимальные токовые защиты, для расчета уставок можно использовать как правило, персональные ЭВМ, называемые микро-ЭВМ, а в настоящее время — персональными ЭВМ (ПЭВМ).

В диалоге с ЭВМ можно быстро произвести расчеты токов короткого замыкания для различных режимов работы электроустановки, выполнить несколько вариантов выбора параметров срабатывания какой-либо защиты, при необходимости усложняя ее схему, заменяя дешевые электромеханические реле более дорогими полупроводниковыми реле с лучшими характеристиками. Практически одновременно решаются вопросы пуска и самозапуска электродвигателей нагрузки, производится выбор электродвигателей, которые предварительно, перед действием устройства АВР, должны отключаться, а также выбираются параметры срабатывания устройств АВР, определяющие очередность их действий. Далее производится расчетная проверка измерительных трансформаторов тока, которая также может оказаться многовариантной и привести к необходимости замены трансформаторов тока и изменения ранее выбранных типов и параметров срабатывания устройств защиты.

Для составления прикладных программ ЭВМ, так же как и для обычных расчетов параметров срабатывания максимальных токовых защит и токовых отсечек, используются известные, проверенные много летней практикой расчетные условия [1-5]. В этом параграфе они приводятся в общем виде, а конкретизируются — в следующих применительно к особенностям защищаемых элементов.

Выбор тока срабатывания максимальной токовой защиты.

Ток срабатывания максимальной токовой защиты выбирается в амперах по условию (7) несрабатывания защиты при сверхтоках послеаварийных перегрузок, по условию (8) согласования чувствительности защит защищаемого последующего и предыдущих элементов, а также по условию (2) обеспечения необходимой чувствительности защиты ко всем видам КЗ в основной зоне и в зонах дальнего резервирования (рис. 1).

По первому из этих условий ток срабатывания максимальной токовой защиты I с.з выбирается по выражениям:

(7)

(7а)

где k н — коэффициент надежности отстройки (табл. 7); k в — коэффициент возврата максимальных реле тока или комплектных устройств того же назначения (табл. 7); k сзп — коэффициент самозапуска, равный отношению максимального значения тока при самозапуске нагрузки I сзп к максимальному реальному значению рабочего тока защищаемого элемента I раб.max т. е. .

Значения коэффициентов в Выражениях (7) и (8) выбора тока срабатывания максимальной токовой защиты

Тип (серия) реле тока

Максимальные значения тока самозапуска и коэффициента самозапуска при значительной доле электродвигательной (моторной) нагрузки определяются расчетом для конкретных условий, но обязательно при наиболее тяжелом условии пуска полностью заторможенных электродвигателей. Для нагрузок жилищно-коммунального (бытового) сектора, а также для большинства нагрузок в сельской местности, где преобладают осветительные и электронагревательные устройства при относительно небольшой доле мелкомоторной нагрузки, коэффициент самозапуска, как правило, не рассчитывается, а принимается в пре делах 1,2—1,5.

Максимальное значение рабочего тока защищаемого элемента I раб.max определяется с учетом его максимально допустимой перегрузки. Например, для трансформаторов 10 и 6 кВ мощностью до 630 кВ*А допускается длительная перегрузка до 1,6—1,8 номинального тока, для трансформаторов двухтрансформаторных подстанций 110 кВ — до 1,4—1,6 номинального тока. Для некоторых элементов перегрузка вообще не допускается (кабели напряжением выше 10 кВ, реакторы). Значения допустимых максимальных нагрузок определяют диспетчерские службы.

По условию согласования чувствительности защит последующего (защищаемого) и предыдущих элементов ток срабатывания после дующей защиты выбирается по выражению

, (8)

где k н.с — коэффициент надежности согласования, значения которого приведены в табл. 7, причем большие из них относятся к тем случаям, когда защиты предыдущих элементов выполнены на реле прямого действия типа РТВ; k р — коэффициент токораспределения, который учитывается только при наличии нескольких источников питания, а при одном источнике питания равен 1 (рис. 26); — наибольшая из геометрических сумм токов срабатывания максимальных токовых защит параллельно работающих предыдущих элементов ( n ); при разнице между углами фазового сдвига напряжения и тока для всех предыдущих элементов n не более 50° допустимо арифметическое сложение вместо геометрического; — геометрическая сумма максимальных значений рабочих токов всех предыдущих элементов ( N ), за исключением тех, с защитами которых производится согласование ( n ); при примерно однородной нагрузке допустимо арифметическое сложение вместо геометрического, что создает некоторый расчетный запас.

Например, для каждой из предыдущих линий 2—7 (рис. 26) значения рабочего тока I раб.max = 100 А; ток срабатывания у защит линий 5—7, работающих параллельно ( n = 3), одинаков: I с.з = 300 А. Тогда ток срабатывания максимальной токовой защиты последующей линии 1 по условию (8) при k н.с = 1,3 должен быть

Установив такой ток срабатывания защиты последующей линии 1, можно быть уверенным в том, что ее измерительные органы сработают лишь при таких значениях тока КЗ, при которых обеспечивается срабатывание защит предыдущих элементов. При этом учитывается возможность распределения тока К3 по двум или трем параллельно работающим предыдущим линиям или трансформаторам. Параллельная работа более чем трех элементов осуществляется очень редко.

Рис. 26. Схема электрической сети с параллельно работающими предыдущими элементами 3, 4 и 5—7, поясняющая условие (8) согласования чувствительности максимальных токовых защит последующих и предыдущих элементов.

Правила [1] требуют выполнять согласование чувствительности защит во всех случаях, когда возможно действие защиты последующего элемента (линия 1 на рис. 26) из-за отказа вследствие недостаточной чувствительности защиты предыдущего элемента. Надо отметить, что в распределительных электрических сетях, где в основном и применяются максимальные токовые защиты, весьма вероятны отказы защит из-за недостаточной чувствительности при К3 в зонах дальнего резервирования. Например, при удаленных КЗ на линиях при отказе собственной защиты или выключателя (линия 8 на рис. 26) или при этих же условиях при КЗ в трансформаторах, в электродвигателях, за реакторами и т. п., когда значения токов КЗ невелики и близки к токам срабатывания защит последующих элементов (линий 5—7 на рис. 26) и эти защиты находятся на грани срабатывания.

Наиболее тяжелыми условия согласования чувствительности максимальных токовых защит оказываются при параллельно работающих предыдущих элементах, при разнотипных времятоковых характеристиках согласуемых защит (в том числе и плавких предохранителей), а также при выполнении на предыдущих элементах дистанционных защит [5].

Из полученных по выражениям (7) и (8) значений токов срабатывания защиты выбирается наибольшее, а затем по выражению (1) определяется ток срабатывания реле. Для защит, выполненных на токовых реле с плавной регулировкой тока срабатывания (например, РТ-40), полученное значение I ср принимается за уставку по току. Для защит и реле со ступенчатой регулировкой тока срабатывания (4) подбирается ближайшее большее значение уставки по току.

Чувствительность защиты определяется по выражению (2). Минимальные значения тока в реле I р min выбираются при самых неблагоприятных условиях: наибольшем сопротивлении питающей энергосистемы (минимальный режим) и наибольшем сопротивлении до места КЗ на защищаемом элементе (основная зона на рис. 1) и в зонах дальнего резервирования.

Читайте также:  Что такое ток уставки автомата

Для выбора минимального значения тока в реле рассматриваются все виды КЗ. Например, для двухфазной схемы максимальной токовой защиты (рис. 5) из табл. 1 видно, что при КЗ на защищаемых линиях минимальное значение тока в реле следует рассчитывать при двухфазных КЗ. А при тех же видах КЗ за трансформаторами со схемами соединения обмоток Y /∆-11 или ∆/ Y 0-11 важно учесть схему выполнения защиты: для двухрелейной схемы (реле РТ1, РТ2 на рис. 5) расчетное значение , а для трехрелейной — и, следовательно, чувствительность защиты повышается в 2 раза и получается одинаковой при трехфазном и всех видах двухфазных КЗ. Здесь надо отметить, что чувствительность защиты оценивается по наибольшему из вторичных токов, проходящих в измерительных реле защиты, хотя бы и в одном из трех реле, поскольку все реле самостоятельно действуют на логическую часть защиты (включены по схеме ИЛИ, рис. 5,8).

Ток срабатывания реле в выражении (2) рассчитывается по выражению (1). Значения коэффициента схемы указаны ранее при рассмотрении различных схем выполнения максимальных токовых защит. Для защит линий, выполненных по схеме неполной или полной звезды (рис. 5 и 7), с включением реле на фазные токи расчет коэффициента чувствительности защиты может производиться по первичным токам КЗ и срабатывания защиты (первичному):

Для оценки чувствительности защит трансформаторов лучше пользоваться выражением (1).

Для защит, выполненных на реле прямого действия типа РТМ и РТВ (рис. 11), необходимо оценивать чувствительность с учетом действительного значения токовой погрешности f измерительных трансформаторов тока (если f ≥10%). Примеры расчета приведены в работе [5].

Для защит, выполненных по схеме с дешунтированием электромагнитов отключения ЭО (рис. 12, 13), дополнительно проверяются чувствительность ЭО и невозможность возврата защиты после дешунтирования ЭО при действительных значениях токовой погрешности в этом режиме, если они превышают 10%. Примеры расчета приведены в работе [5].

Увеличение чувствительности максимальной токовой защиты может быть достигнуто применением более совершенных реле (табл. 7) и уменьшением значений тока самозапуска моторной нагрузки. Используется также автоматическое секционирование линий электропередачи

с помощью выключателей с защитой с целью уменьшения длины защищаемых зон [5].

Выбор времени срабатывания и времятоковой характеристики максимальной токовой защиты.

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 t с.з последующей линии Л2 (рис. 1) выбирается большей, чем у защит предыдущих элементов: линии Л1 и трансформатора подстанции В.

В свою очередь, выдержка защиты линии Л3 должна быть больше, чем у защит линии Л2 и трансформатора подстанции Б. При этом выборе выдержек времени обеспечивается селективное (избирательное) отключение в первую очередь ближайшего к месту КЗ выключателя. Тем самым предотвращаются дополнительные излишние отключения неповрежденных элементов.

Недостатками максимальных токовых защит является накопление выдержек времени, особенно существенное для головных элементов в многоступенчатых электрических сетях (рис. 1). Для преодоления этого недостатка используются реле времени с повышенной точностью работы (электронные), максимальные реле тока с обратнозависимыми времятоковыми характеристиками различной формы, сочетание максимальных токовых защит и токовых отсечек.

После выбора выдержек времени максимальных токовых защит по условию селективности необходимо в ряде случаев проверять термическую стойкость защищаемого элемента, т.е. допустимость прохождения максимального тока КЗ в течение выбранного времени действия защиты. Это объясняется тем, что термическое воздействие электрического тока прямо пропорционально времени его прохождения. При недопустимо длительном прохождении большого сверхтока может произойти опасный перегрев токоведущих частей и изоляции и разрушение защищаемого элемента, например перегорание проводов воздушных линий электропередачи малого сечения, повреждение электрических кабелей и т. п. Следует учитывать и дополнительное время прохождения тока КЗ после АПВ линии на устойчивое неустранившееся повреждение [5].

Выбор времени срабатывания максимальных токовых защит с независимой от тока выдержки времени.

По условию селективности время срабатывания (уставка по времени) защиты последующего элемента выбирается в секундах, по выражению

, (10)

где tc .з.посл — время срабатывания максимальной токовой защиты предыдущего элемента, т. е. более удаленного от источника питания (рис. 27, а); ∆ t — ступень селективности.

Значения ступени селективности для защит с независимой от тока выдержкой времени определяются в основном точностью реле времени [2]. У электромеханических реле времени с часовым механизмом серий РВ-100 и РВ-200 точность работы снижается с увеличением диапазона уставок по шкале [7]. Поэтому для максимальных токовых защит следует использовать реле времени со шкалой 0,25—3,5 с, а при возможности — со шкалой 0,1—1,3 с (§ 5). При этом значение ступени селективности можно уменьшить до 0,4 с. При использовании реле времени этих серий с более широкой шкалой (до 9 с) ступень селективности увеличивается до 0,5—0,6 с. Такая же ступень селективности принимается при установке реле времени типов РВМ-12 и РВМ-13.

При выполнении защиты с электронными реле времени РВ-01 минимальная ступень селективности может быть принята равной 0,3 с.

Рис. 27. Схема электрической сети (а) и карты селективности (б, в), поясняющие условия выбора ступеней селективности между защитами последующего и предыдущего элементов.

Выбор времятоковых характеристик максимальных токовых защит с реле РТ-80, РТВ и им подобных.

Времятоковые характеристики защит последующего и предыдущего элементов выбираются такими, чтобы была обеспечена ступень селективности ∆ t при одном из следующих значений тока КЗ:

а) при максимальном значении тока КЗ в начале предыдущего элемента, если и на последующем 2 и на предыдущем 1 элементах выполнены защиты с обратнозависимым от тока времятоковыми характеристиками (рис. 27, 6)

б) при токе КЗ, равном току срабатывания защиты 2 последующего элемента, если эта защита выполнена с независимым от тока временем срабатывания, а защита 1 предыдущего элемента имеет обратнозависимую от тока времятоковую характеристику (рис. 27, в).

Значения ступеней селективности в первом случае (рис. 27, б) принимаются примерно равными 0,7 с для реле РТВ и примерно равными 0,6 с для реле РТ-80, если при максимальном значении тока К3 в начале защищаемого элемента реле обеих защит работают в независимой части характеристики или близко к ней. При согласовании характеристик защит с реле РТВ в зависимой части, т.е. при малых кратностях токов КЗ, рекомендуется увеличивать значение ступени селективности до 1 с.

Во втором случае (рис. 27, в) значение ступени селективности можно несколько уменьшить.

Опыт использования полупроводниковых реле и защит с обратно зависимой от тока времятоковой характеристикой еще невелик. Рекомендуемые ступени селективности находятся в пределах 0,4—0,5 с. При больших кратностях тока КЗ значение ступени селективности может быть снижено до 0,3 с, а при малых (2—З) — должно быть увеличено до 0,6 с.

Выбор характеристик максимальных токовых защит с обратно зависимой времятоковой характеристикой производится аналитическим или графическим способом [5].

Выбранное по условию селективности время срабатывания защиты проверяется по условию обеспечения термической стойкости защищаемого элемента, особенно в тех случаях, когда защищается понижающий трансформатор, кабельная линия или воздушная линия с про водами малых сечений. Примеры проверки приведены в работе [5].

Источник



Максимальная токовая защита: принцип действия, виды, примеры схем

В силу разных причин аварии в электросетях случаются довольно часто. При коротком замыкании губительно действует на все электроприборы сверхток. Если не предпринять защитных мер, то последствием от неуправляемого увеличения тока может стать не только повреждение электроустановок на участке от места аварии до источника питания, но и выведение из строя всей энергосистемы. Во избежание негативных последствий, вызванных авариями, применяются разные схемы электрозащиты:

  • отсечка;
  • дифференциально-фазная;
  • высокоэффективная максимальная токовая защита электрических цепей (МТЗ).

Из перечисленных видов защиты самой распространённой является МТЗ. Этот простой и надёжный способ предотвращения опасных перегрузок линий нашёл широкое повсеместное применение благодаря обеспечению селективности, то есть, обладанию способностью избирательно реагировать на различные ситуации.

Устройство и принцип действия

Конструктивно МТЗ состоят из двух важных узлов: автоматического выключателя и реле времени. Они могут быть объединены в одной конструкции либо размещаться отдельными блоками.

Отличия от токовой отсечки

Из всех видов защиты по надёжности лидирует токовая отсечка. Примером может служить защита бытовой электросети устройствами с применением плавких предохранителей или пакетных автоматов. Метод токовых отсечек гарантирует обесточивания защищаемой цепи в аварийных ситуациях. Но для возобновления подачи электроэнергии необходимо устранить причину отсечения и заменить предохранитель, либо включить автомат.

Недостатком такой системы является то, что отключение может происходить не только вследствие КЗ, но и в результате даже кратковременного превышения параметров по току нагрузки. Кроме того, требуется участие человека для восстановления защиты. Эти недостатки не критичны в бытовой сети, но они неприемлемы при защите разветвлённых линий электропередач.

Благодаря тому, что в конструкциях МТЗ предусмотрены реле времени, задерживающие срабатывание механизмов отсечения, они кратковременно игнорируют перепады напряжений. Кроме того, токовые реле сконструированы таким образом, что они возвращаются в исходное положение после ликвидации причины, вызвавшей размыкание контактов.

Именно эти два фактора кардинально отличают МТЗ от простых токовых отсечек, со всеми их недостатками.

Читайте также:  Какие сопротивления могут быть в цепи переменного тока

Принцип действия МТЗ

Между узлом задержки и токовым реле существует зависимая связь, благодаря которой отключение происходит не на начальной стадии возрастания тока, а спустя некоторое время после возникновения нештатной ситуации. Данный промежуток времени слишком короткий для того, чтобы величина тока достигла критического уровня, способного навредить защищаемой цепи. Но этого хватает для предотвращения возможных ложных срабатываний защитных устройств.

Принцип действия систем МТЗ напоминает защиту токовой отсечки. Но разница в том, что токовая отсечка мгновенно разрывает цепь, а МТЗ делает это спустя некоторое, наперёд заданное время. Этот промежуток, от момента аварийного возрастания тока до его отсечения, называется выдержкой времени. В зависимости от целей и характера защиты каждая отдельная ступень времени задаётся на основании расчётов.

Наименьшая выдержка времени задаётся на самых удалённых участках линий. По мере приближения МТЗ к источнику тока, временные задержки увеличиваются. Эти величины определяются временем, необходимым для срабатывания защиты и именуются ступенями селективности. Сети, построенные по указанному принципу, образуют зоны действия ступеней селективности.

Такой подход обеспечивает защиту поврежденного участка, но не отключает линию полностью, так как ступени селективности увеличиваются по мере удаления МТЗ от места аварии. Разница величин ступеней позволяет защитным устройствам, находящимся на смежных участках, оставаться в состоянии ожидания до момента восстановления параметров тока. Так как напряжение приходит в норму практически сразу после отсечения зоны с коротким замыканием, то авария не влияет на работу смежных участков.

Примеры использования защиты

  • с целью локализации и обезвреживания междуфазных КЗ;
  • для защиты сетей от кратковременных перегрузок;
  • для обесточивания трансформаторов тока в аварийных ситуациях;
  • в качестве протектора при запуске мощного, энергозависимого оборудования.

Задержка времени очень полезна при пуске двигателей. Дело в том, что на старте в цепях обмоток наблюдается значительное увеличение пусковых токов, которое системы защиты могут воспринимать как аварийную ситуацию. Благодаря небольшой задержке времени МТЗ игнорирует изменение параметров сети, возникающие при пуске или самозапуске электродвигателей. За короткое время показатели тока приближаются к норме и причина для аварийного отключения устраняется. Таким образом, предотвращается ложное срабатывание.

Пример подключения МТЗ электродвигателя иллюстрирует схема на рисунке 1. На этой схеме реле времени обеспечивает уверенный пуск электромотора до момента реагирования токового реле.

МТЗ с выдержкой времени

Рисунок 1. МТЗ с выдержкой времени

Аналогично работает задержка времени при кратковременных перегрузках в защищаемой сети, которые не связаны с аварийными КЗ. Отсечка действует лишь в тех случаях, когда на защищаемой линии возникает значительное превышение номинальных значений, которое по времени превосходит величину выдержки.

Для надёжности защиты на практике часто используют схемы двухступенчатой и даже трёхступенчатой защиты участков цепей. Стандартная трёхступенчатая защитная характеристика выглядит следующим образом (Рис. 2):

Карта селективности стандартной трёхступенчатой защиты

Рис. 2. Карта селективности стандартной трёхступенчатой защиты

На абсциссе отмечено значения тока, а на оси ординат время задержки в секундах. Кривая в виде гиперболы отображает снижение времени защиты от возрастания перегрузок. При достижении тока отметки 170 А включается отсчёт времени МТЗ. Задержка времени составляет 0,2 с, после чего на отметке 200 А происходит отключение. То есть, разрыв цепи происходит в случае отказа защиты остальных устройств.

Расчет тока срабатывания МТЗ

Стабильность работы и надёжность функционирования максимально-токовой защиты зависит от настройки параметров по току срабатывания. Расчёты должны обеспечивать гарантированное срабатывание реле при авариях, однако на её работу не должны влиять параметры тока нагрузки, а также кратковременные всплески, возникающие в режиме запуска двигателей.

Следует помнить, что слишком чувствительные реле могут вызывать ложные срабатывания. С другой стороны, заниженные параметры срабатывания не могут гарантировать безопасности стабильной работы электроприборов. Поэтому при расчетах уставок необходимо выбирать золотую середину.

Существует формула для расчёта среднего значения тока, на который реагирует электромагнитное реле [ 1 ]:

где Iс.з. – минимальный первичный ток, на который должна реагировать защита, а Iн. макс. – предельное значение тока нагрузки.

Ток возврата реле подбирается таким образом, чтобы его хватило повторного замыкания контактов в отработавшем устройстве. Для его определения используем формулу:

Здесь Iвз– ток возврата, kн. – коэффициент надёжности, kз – коэффициент самозапуска, Iраб. макс. величина максимального рабочего тока.

Для того чтобы токи возврата и срабатывания максимально приблизить, вводится коэффициент возврата, рассчитываемый по формуле:

kв = Iвз / Iс.з. с учётом которого Iс.з. = kн.×kз.×Iраб. макс. / kв

В идеальном случае kв = 1, но на практике этот коэффициент всегда меньший за единицу. Чувствительность защиты тем выше, чем выше значение kв.. Отсюда вывод: для повышения чувствительности необходимо подобрать kв в диапазоне, стремящимся к 1.

Виды максимально-токовых защит

В электрических сетях используют 4 разновидности МТЗ. Их применение диктуется условиями, которые требуется создать для уверенной работы электрооборудования.

МТЗ с независимой от тока выдержкой времени

В таких устройствах выдержка времени не меняется. Для задания уставок периода, достаточного для активации реле с независимыми характеристиками, учитывают ступени селективности. Каждая последующая выдержка (в сторону источника тока) увеличивается от предыдущей на промежуток времени, соответствующий ступени селективности. То есть, при расчётах необходимо соблюдать условия селективности.

МТЗ с зависимой от тока выдержкой времени

В данной защите процесс задания уставок МТЗ требует более сложных расчётов. Зависимые характеристики, в случаях с индукционными реле, выбирают по стандарту МЭК: tсз = A / (k n — 1), где A, n – коэффициенты чувствительности, k = Iраб / Iср — кратность тока.

Из формулы следует, что выдержка времени уже не является константой. Она зависит от нескольких параметров, в т. ч. и от силы тока, попадающего на обмотки реле, причём эта зависимость обратная. Однако выдержка не линейная, её характеристика приближается к гиперболе (рис. 3). Такие МТЗ используют для защиты от опасных перегрузок.

Характеристика МТЗ с зависимой выдержкой

Рисунок 3. Характеристика МТЗ с зависимой выдержкой

МТЗ с ограниченно-зависимой от тока выдержкой времени

В устройствах данного вида релейных защит совмещено две ступени защиты: зависимая часть с гиперболической характеристикой и независимая. Примечательно, что времятоковая характеристика независимой части является прямой, плавно сопряжённой с гиперболой. При малых кратностях критичных токов характеристика зависимого периода более крутая, а при больших – пологая кривая (применяется для защиты электромоторов большой мощности).

МТЗ с пуском (блокировкой) от реле минимального напряжения

В данном виде дифференциальной защиты применена комбинация МТЗ с использованием влияния минимального напряжения. В электромеханическом реле произойдёт размыкание контактов только тогда, когда возрастание тока в сети приведёт к падению разницы потенциалов. Если падение превысит нижнюю границу напряжения уставки – это вызовет отработку защиты. Поскольку уставка задана на падение напряжения, то реле не среагирует на резкие скачки тока в сети.

Примеры и описание схем МТЗ

С целью защиты обмоток трансформаторов, а также других элементов сетей с односторонним питанием используются различные схемы.

МТЗ на постоянном оперативном токе.

Особенность данной схемы в том, что управление элементами защиты осуществляется выпрямленным током, который меняет полярность, реагируя на аварийные ситуации. Мониторинг изменения напряжения выполняют интегральные микроэлементы.

Для защиты линий от последствий междуфазных замыканий используют двухфазные схемы на двух, либо на одном токовом реле.

Однорелейная на оперативном токе

В данной защите используется токовое пусковое реле, которое реагирует на изменение разности потенциалов двух фаз. Однорелейная МТЗ реагирует на все межфазные КЗ.

Схема на 1 реле

Схема на 1 реле

Преимущества: одно токовое реле и всего два провода для подсоединения.

Недостатки:

  • сравнительно низкая чувствительность;
  • недостаточная надёжность – при отказе одного элемента защиты участок цепи остаётся незащищённым.

Однорелейка применяется в распределительных сетях, где напряжение не превышает 10 тыс. В, а также для безопасного запуска электромоторов.

Двухрелейная на оперативном токе

В данной схеме токовые цепи образуют неполную звезду. Двухрелейная МТЗ реагирует на аварийные междуфазные короткие замыкания.

Схема на 2 реле

Схема на 2 реле

К недостаткам этой схемы можно отнести ограниченную чувствительность. МТЗ выполненные по двухфазным схемам нашли широкое применение, особенно в сетях, где используется изолированная нейтраль. Но при добавлении промежуточных реле могут работать в сетях с глухозаземлённой нейтралью.

Трехрелейная

Схема очень надёжная. Она предотвращает последствия всех КЗ, реагируя также и на однофазные замыкания. Трехфазные схемы можно применять в случаях с глухозаземлённой нейтралью, вопреки тому, что там возможны ситуации с междуфазными так и однофазными замыканиями.

Из рисунка 4 можно понять схему работы трёхфазной, трёхлинейной МТЗ.

Схема трёхфазной трёхрелейной защиты

Рисунок 4. Схема трёхфазной трёхрелейной защиты

Схема двухфазного трёхрелейного подключения МТЗ изображена на рисунке 5.

Рис. 5. Схема двухфазного трёхрелейного подключения МТЗ

На схема обозначены:

  • KA — реле тока;
  • KT — реле времени;
  • KL — промежуточное реле;
  • KH — указательное реле;
  • YAT — катушка отключения;
  • SQ — блок контакт, размыкающий цепь;
  • TA — трансформатор тока.

Видео в дополнение темы

Источник