При 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.
Рис. 4.1.1
Отличия от токовой отсечки
Логическая защита шин
В МТЗ используются реле времени, позволяющие игнорировать скачки напряжения, что невозможно при отсечке (которая срабатывает не только при эпизоде короткого замыкания, но и при повышении тока любой другой природы и продолжительности). Кроме того, использование механизма отсечки требует задействования оператора для возобновления нормального функционирования системы. Реле сами приходят в первоначальное состояние, когда причина размыкания будет ликвидирована.
Максимальная токовая защита с пуском по напряжению
В ряде случаев не удается выполнить достаточно чувствительную защиту только по току, особенно на подстанциях, питающих двигательную нагрузку. Для повышения чувствительности можно применить защиту с блокировкой по напряжению.
Функциональная схема МТЗ с дополнительным органом напряжения показана на рис. 5.11. Измерительный орган напряжения выполняется при помощи реле минимального напряжения KV
и действует совместно с реле
KA
измерительного органа тока по логической схеме «И» на пуск реле времени
КТ.
Рис. 5.11. Функциональная схема МТЗ с пуском по напряжению.
Во время КЗ, когда возрастает ток и уменьшается напряжение, срабатывают оба измерительных органа (и тока, и напряжения) и с заданной выдержкой времени МТЗ действует на электромагнит отключения YAT
через указательное реле
КН
и блок-контакт выключателя
SQ
. Если же в результате перегрузки защищаемого элемента токовое реле
КА
срабатывает, исполнительный орган напряжения блокирует действие МТЗ, поскольку реле напряжения
KV
не срабатывает. Недействие реле напряжения при перегрузке обеспечивается выбором такой уставки, чтобы оно не срабатывало при минимальном рабочем напряжении.
Измерительный орган напряжения может быть выполнен с тремя реле, включенными на междуфазные напряжения (рис. 5.12.а). Такая схема обеспечивает надежное срабатывание органа напряжения при любом виде междуфазных КЗ, поскольку при этом снижается хотя бы одно из междуфазных напряжений.
| а) | б) |
Рис. 5.12. Схемы цепей напряжения пускового органа.
Во втором варианте (рис. 5.12.б) измерительный орган выполняется комбинированным из двух реле напряжения KV 1, KV 2.
Реле максимального напряжения
KV 2
, включенное через фильтр напряжения обратной последовательности
ZV 2
, служит для пуска МТЗ при несимметричных КЗ. Реле минимального напряжения
KV 1,
включенное через размыкающий контакт
KV 2
, предназначено для действия при трехфазных КЗ. Такая схема измерительного органа напряжения по сравнению с первым вариантом (рис. 5.12.а) обеспечивает более высокую чувствительность как при несимметричных, так и при симметричных КЗ.
Первичный ток срабатывания МТЗ с пуском по напряжению определяется по условию отстройки от номинального тока I ном
трансформатора:
.
Уставка срабатывания реле минимального напряжения выбирается исходя из следующих условий:
возврата после отключения внешнего КЗ
отстройки от остаточного напряжения самозапуска после действия АПВ или АВР
, где: – междуфазное напряжение в месте установки МТЗ в условиях самозапуска после отключения внешнего КЗ, может быть принято равным ; – междуфазное напряжение в месте установки МТЗ в условиях самозапуска после действия АПВ или АВР заторможенных электродвигателей, может быть принято равным ; – коэффициент отстройки, равный 1,2; – коэффициент возврата, равный 1,1.
Напряжение обратной последовательности срабатывания реле KV 2
комбинированного исполнительного органа напряжения (рис. 5.12.б) отстраивается от напряжения небаланса
фильтра ZV 2
: .
Чувствительность для токового реле определяется по вышеуказанной формуле; для реле минимального напряжения по формуле:
, где: – первичное значение междуфазного напряжения в месте установки МТЗ при металлическом трехфазном КЗ между фазами в расчетной точке в режиме, обусловливающем максимальное значение этого напряжения.
Для выполнения защиты двухобмоточного трансформатора вполне достаточно установки на обеих сторонах двухэлементной токовой защиты. При этом для защиты трансформатора со схемой соединения Y/∆
, реле на стороне ВН должны быть включены на три ТТ собранные по схеме треугольника. Отсечка стороны НН может использоваться в качестве логической защиты шин. Максимальная защита используется в качестве максимальной защиты ввода, а дополнительный токовый орган блокирует логическую дифзащиту трансформатора стороны ВН.
Дата добавления: 2019-07-15 ; ; Мы поможем в написании вашей работы!
Источник
Принцип действия
МТЗ – это разновидность защитного механизма электросети с использованием реле, применяемая при угрозе короткого замыкания на некотором отрезке электроцепи.
Принцип действия максимальной токовой защиты достаточно схож с таковым у механизма отсечки. Если при использовании последней ток вырубается сразу же, то при применении МТЗ выключение происходит по истечении некоторого временного отрезка. Он называется выдержкой времени. То, какое значение он примет, определяется близостью места, где происходит инцидент, к поставщику питания. Чем дальше располагается отрезок, тем меньше число. Значение, на которое показатель близлежащего участка отличается от такового для удаленного (ступень селективности), описывает период, по истечении которого защита включается на ближнем участке (отключая и дальний), если она не активизировалась на дальнем, на котором случился инцидент КЗ.
Важно! Показатель ступени надо делать небольшим, чтобы система успела включиться до причинения инцидентом серьезных повреждений электросети.
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.
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.
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 на линиях.
2. Экономичнее трехфазной схемы.
Недостатки
Меньшая чувствительность при 2 – фазных 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 и в сетях с глухозаземленной нейтралью, при этом для защиты от однофазных 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 между фазами АВ и ВС.
- Недействие защиты при одном из трех возможных случаев 2 – фазных 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
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.
Задание уставок
Дифференциальная защита
Защита МТЗ определяется тем, насколько правильно выбрана уставка – величина тока, при достижении которой включается функция. При определении ее значения учитывают назначение сети (например, при самостоятельном запуске электродвигателя после временного выключения питания показатель может превышать номинальный, тогда МТЗ не должна выключать его) и минимальный ток замыкания в ней. При зависимой (полностью или ограниченно) время-токовой характеристике ориентируются на значение, когда реле перегрузки вот-вот сработает, а время задают, ориентируясь на независимую часть.
Важно! Иногда блокировка в защитной системе ставится с ориентацией на напряжение, тогда параметром срабатывания, задаваемым в качестве уставки, становится оно.
