21245

ТОКОВЫЕ ЗАЩИТЫ

Лекция

Энергетика

Защита строится на максимальных токовых реле. Схема МТЗ в двухфазном двухрелейном исполнении на постоянном оперативном токе с независимой выдержкой времени показана на рис.7: KA – максимальные реле тока РТ40 KT – реле времени KL – промежуточное реле KH – указательное реле Q – блокконтакт выключателя YAT – катушка привода отключения выключателя. и реле;  по принципу воздействия на выключатель прямого или косвенного;  по виду оперативного тока;  по виду используемой характеристики выдержки времени зависимая tс.

Русский

2013-08-02

2.14 MB

183 чел.

3.2. ТОКОВЫЕ ЗАЩИТЫ

Токовые защиты приходят в действие при увеличении величины тока в фазах сверх заданной величины уставки Iс.р.. Защита строится на максимальных токовых реле.

Токовые защиты делятся на максимальные токовые защиты (МТЗ) и токовые отсечки (ТО). Они различаются по способу обеспечения селектив-ности. Селективность действия МТЗ обеспечивается за счет выдержки времени. Селективность действия ТО – за счет тока срабатывания.

Максимальная токовая защита

Максимальная токовая защита является основной защитой для сетей с односторонним питанием. В других случаях МТЗ используется как резервная защита.

Рис. 3.6

Защита устанавливается со стороны источника питания на головном выключателе каждой линии (рис. 3.6). При коротком замыкании должны запуститься защиты 1 и 2. Однако сработать должна только защита 2. В МТЗ это обеспечивается нарастанием выдержки времени действия РЗ к источнику питания (ступенчатый выбор выдержек времени).

Схема МТЗ в двухфазном двухрелейном исполнении на постоянном оперативном токе с независимой выдержкой времени показана на рис. 3.7:
KA – максимальные реле тока РТ-40, KT – реле времени, KL – промежуточное реле, KH – указательное реле, Q – блок-контакт выключателя, YAT – катушка привода отключения выключателя. Положение контактов на схеме соответству-ет отключенному обесточенному состоянию.

Рис. 3.7

Классификация МТЗ:

 по схемам включения т.т. и реле;

 по принципу воздействия на выключатель (прямого или косвенного);

 по виду оперативного тока;

 по виду используемой характеристики выдержки времени (зависимая -    tс.з = f(Iр) или независимая - tс.з = const);

 по элементной базе.

На выбор исполнения МТЗ оказывают влияние:

 вид защищаемой электроустановки и режим ее работы;

 класс напряжения и схема сети;

 типы и характеристики РЗ в зоне совместного действия РЗ;

 вид оперативного тока и тип привода выключателя под защитой.

Выбор тока срабатывания МТЗ

Защита должна быть надежно отстроена от токов нормального режима с учетом возможных утяжеленных режимов сети кратковременных толчков нагрузки (пуск, самозапуск электродвигателей). Для этого необходимо соблюсти следующие условия:

а) токовые реле не должны приходить в действие при наибольшем рабочем токе нагрузки Iраб.max:

Iс.з. > Iраб.max ,

(3.2)

где Iс.з

ток срабатывания защиты.

б) токовые реле МТЗ 1 (рис. 3.8), сработавшие при внешнем КЗ, должны надежно возвращаться в исходное положение после селективного отключения КЗ защитой 2 и снижении тока до максимального тока оставшейся нагрузки с учетом возможного самозапуска двигательной нагрузки и других толчков тока
после устранения КЗ – условие (3.3).

,

(3.3)

где Iвоз

ток возврата МТЗ;

коэффициент самозапуска – определяется характером нагрузки ().

Рис. 3.8

Формула (3.3) позволяет перейти к формуле (3.4):

(3.4)

где

коэффициент запаса (или  - коэффициент надежности), который зависит от используемых в МТЗ реле. Равен 1,2 для реле РТ-40 и
РТ-80, 1,1 – для цифровых реле;

коэффициент возврата максимальных токовых реле. Равен 0,85 для реле РТ-40, 0,8 – для реле РТ-80, 0,96 – для цифровых реле.

В формулах (3.2) – (3.4) максимальный рабочий ток присоединения Iраб.max определяется с учётом допустимой перегрузки.

Для пояснения вывода формулы (3.4) на рис. 3.9 показана зависимость тока через присоединение 1 (рис. 3.8) от времени для расчётной ситуации по условию б).

Рис. 3.9

в) для селективного действия двух последовательных защит (МТЗ 1 и 2 на рис. 3.8) их необходимо согласовать по току срабатывания :

,

(3.5)

где

коэффициент надежности согласования. При согласовании реле РТ-40 с РТ-40 равен 1,25, РТ-40 или РТ-80 с РТ-80 равен 1,3;

ток, учитывающий увеличение тока  по сравнению с .

Из условий а), б), в) выбирается наибольшее значение тока срабатывания защиты . Получившийся ток срабатывания защиты  – это минимально необходимый ток срабатывания для недопущения ложных срабатываний МТЗ.

Ток срабатывания реле находится по формуле

,

(3.6)

где

коэффициент схемы. Он учитывает несоответствие вторичных токов т.т и токов в реле и определяется схемой соединения т.т и реле.

Рассчитанный ток срабатывания должен быть проверен по условию чувствительности защиты к минимальным токам КЗ – двухфазным КЗ в конце и основной и резервной зоны защиты. Если в зоне защиты есть трансформатор с соединением обмоток /Y0, Y/Y0, то защита проверяется на чувствительность и к однофазным КЗ за трансформатором. Коэффициент чувствительности равен (по вторичной и по первичной стороне т.т соответственно)

,

(3.7)

где

минимальное значение тока двухфазного или однофазного КЗ при повреждении в конце зоны защиты. Определяется с учётом искажения токораспределения силовым трансформатором со схемой соединения Y/, /Y, /Y0, Y/Y0 (табл. 3.1), пример расчёта приведён на с. 39;

ток минимального повреждения в реле. Определяется величиной , коэффициентом трансформации т.т и схемой соединения т.т и реле.

Согласно ПУЭ, для учета реальных токов КЗ, которые всегда меньше расчетных, в основной зоне МТЗ , в резервной - .

Если чувствительности защиты недостаточно, то необходимо:

 уменьшить ток срабатывания путём: более точного определения токов самозапуска; снижения токов самозапуска отключением части неответственных двигателей; отказом от согласования по току с частью предыдущих защит; замены схемы соединения т.т. и реле; перехода на микропроцессорную элементную базу.

 перейти к другим, более чувствительным схемам МТЗ;

 заменить МТЗ на другую, более чувствительную защиту;

 сократить зону действия защиты (установка на линии дополнительных секционирующих выключателей с МТЗ).

Описания электромеханических реле РТ-40 и РТ-80 приведены на с. 20.

Пример расчёта тока срабатывания МТЗ показан на с. 32 и на с. 38.




Таблица 3.1. Искажение токораспределения силовым трансформатором

Распределение токов в обмотках трансформатора при несимметричном КЗ на стороне низкого напряжения трансформатора

Токи в фазах на стороне высокого напряжения трансформатора

Таблица 3.2. Максимальные реле тока серии РТ – 40

Исполнение

Пределы уставки, А

Потребляемая мощность (ВА) при токе минимальной уставки

РТ-40/0,2

0,05 0,2

0,2

РТ-40/0,6

0,15 0,6

0,2

РТ-40/2

0,5 2

0,2

РТ-40/6

1,5 6

0,5

РТ-40/10

2,5 10

0,5

РТ-40/20

5 20

0,5

РТ-40/50

12,5 50

0,8

РТ-40/100

25 100

1,8

РТ-40/200

50 200

8

Коэффициент возврата реле РТ–40 не менее 0,85. Все реле имеют один замыкающий и один размыкающий контакты.

Таблица 3.3. Максимальные реле тока серии РТ – 80

Тип реле

Уставки

Ток срабатыва-

ния, А

Время срабатыва-

ния, с

Кратность срабатыва-

ния отсечки

РТ-81/1

4;5;6;7;8;9;10

14

28

РТ-81/2

2;2,5;3;3,5;4;4,5;5

14

28

РТ-82/1

4;5;6;7;8;9;10

416

28

РТ-82/2

2;2,5;3;3,5;4;4,5;5

416

28

РТ-83/1

4;5;6;7;8;9;10

14

28

РТ-83/2

2;2,5;3;3,5;4;4,5;5

14

28

РТ-84/1

4;5;6;7;8;9;10

416

28

РТ-84/2

2;2,5;3;3,5;4;4,5;5

416

28

РТ-85/1

4;5;6;7;8;9;10

14

28

РТ-85/2

2;2,5;3;3,5;4;4,5;5

14

28

РТ-86/1

4;5;6;7;8;9;10

416

28

РТ-86/2

2;2,5;3;3,5;4;4,5;5

416

28

Коэффициент возврата индукционного элемента – не менее 0,8. Потребляемая мощность – около 10 ВА при токе, равном току срабатывания индукционного элемента.

Реле типов РТ-83, РТ-84, РТ-86 применяются в тех случаях, когда требуется сигнализация о перегрузках.

Реле типов РТ-81, РТ-82 имеют один главный замыкающий контакт, действующий мгновенно при токах короткого замыкания и с выдержкой времени при перегрузках в защищаемых электроустановках. Перестановкой деталей замыкающий контакт превращается в размыкающий контакт.

Реле типов РТ-83, РТ-84 имеют один главный замыкающий контакт, действующий мгновенно при токах короткого замыкания, и один замыкающий сигнальный контакт, работающий с выдержкой времени при перегрузках.

Реле типов РТ-85, РТ-86, предназначенные для работы на оперативном переменном токе, имеют усиленные замыкающий и размыкающий контакты с общей точкой, причем реле типа РТ-86, кроме главных контактов, имеют замыкающий сигнальный контакт, аналогично реле типа РТ-84.

Выбор времени срабатывания МТЗ

Для селективного срабатывания защит необходимо, чтобы  (рис. 3.10).

Рис. 3.10

Если МТЗ с независимой характеристикой времени срабатывания, то уставки по времени МТЗ tс.з1 выбираются по ступенчатому принципу, т.е. последующая защита должна иметь уставку по времени больше, чем предыдущая на ступень селективности :

.

(3.8)

Чем меньше ступень селективности , тем быстрее будет действовать защита, однако снизить  до нуля нельзя из-за погрешностей реле, времени срабатывания выключателя

,

(3.9)

где   

время отключения выключателя (время от подачи импульса на отключение от РЗ до начала гашения дуги), с;

погрешность реле РЗ 1 и 2, зависят от используемых реле в согласуемых защитах (0,06 – 0,8 с);

время запаса (0,1 – 0,15 с).

Для электромеханических реле – с и 0,2 с – для цифровых реле.

В случае согласования МТЗ с несколькими защитами, необходимо отстраиваться от наибольшего времени срабатывания предыдущих защит  (рис 2.6, б). Для наглядности согласование токовых защит производится графически, на карте селективности (рис. 3.11, а). По вертикальной оси откла-дывается время действия защит, по горизонтальной оси – первичный ток.

На рис. 3.11 изображена карта селективности (рис. 3.11, а) для МТЗ 1, 2, 3 (рис. 3.11, б). Такие МТЗ с независимой выдержкой времени можно выполнить на реле РТ-40 и на цифровых реле защиты.

Рис. 3.11

Максимальная токовая защита с независимой характеристикой времени срабатывания имеет очевидный недостаток – выдержка времени МТЗ на головном выключателе может достигать нескольких секунд (рис. 3.11), в то время как именно большие токи КЗ должны отключаться быстрее. Для этого необходимо использовать МТЗ с зависимой характеристикой времени срабатывания. При этом время срабатывания МТЗ зависит от тока КЗ –  (рис. 3.12).

Рис. 3.12

Подобные защиты с зависимой характеристикой позволяют осуществить электромеханические реле РТ-80, РТ-90 и цифровые реле защиты. Токовременные зависимости реле РТ-80 показаны на рис. 3.13. Ступень селективности в этом случае несколько больше

,

(3.10)

где   

время отключения выключателя;

погрешности реле;

инерционная ошибка (для индукционных реле);

время запаса.

Согласование защит по времени срабатывания производится по базовому условию обеспечения селективного действия в зоне совместного действия согласуемых защит.

Исходя из базового условия согласование двух МТЗ, например, с независимыми характеристиками, производится при токе уставки предыдущей защиты (рис. 3.11), а согласование двух МТЗ с зависимыми характеристиками – при максимальном токе трёхфазного КЗ в месте установки предыдущей защиты (рис. 3.12).

При согласовании необходимо учитывать и токи нагрузки неповреждённых элементов, которые проходят через последующую защиту в сумме с током короткого замыкания поврежденного предыдущего элемента.

Рис. 3.13

Для электромеханических реле с зависимой характеристикой выбор уставки по времени tуст и построение кривой защиты на карте селективности производится в следующей последовательности (по первичным токам):

1) определяется ток срабатывания Iс.з защиты;

2) на карте селективности строятся характеристики предыдущих защит;

3) определяется ток согласования защит Icогл;

4) рассчитывается время срабатывания защиты при токе согласования tc.з.согл по формуле (3.8);

5) по найденной точке с координатами (Icогл, tc.з.согл) из семейства типовых кривых для электромеханического реле выбирается конкретная кривая для рассчитываемой защиты. Время действия защиты при десятикратном токе срабатывания защиты Iс.з и будет являться уставкой защиты по времени tуст;

6) выбранная типовая кривая защиты перестраивается на карту селективности.

Пример расчёта уставок МТЗ по времени показан на с. 32 и на с. 38.

Схемы соединения трансформаторов тока и реле в МТЗ

Трансформаторы тока в релейной защите нужны только для распознавания режима (нормальный, ненормальный, КЗ), и особая точность измерения не требуется. Поэтому к схемам соединения т.т предъявляются два основных требования – возможность распознавания режима и чувствитель-ность. Существуют следующие схемы соединения т.т и реле:

а) «полная звезда» с тремя или четырьмя реле (рис. 3.14, а) – позволяет распознать все виды повреждений и обеспечивает высокую чувствительность. Четвертое реле в обратном проводе обеспечивает высокую чувствительность защиты к однофазным КЗ в сетях с большим током замыкания на землю. В сетях с изолированной или компенсированной нейтралью нет смысла использовать эту схему, так как К(1) не является аварийным режимом;

Рис. 3.14

б) «неполная звезда с двумя реле» (рис. 2.8, б) – равнозначна предыдущей схеме при К(2), К(3) и поэтому должна всегда применяться в сетях с малым током замыкания на землю. Однако если в зоне защиты есть трансформатор с соединением обмоток Y/ или /Y, эта схема имеет пониженную чувствитель-ность к К(2) на некоторых фазах (табл. 3.1). Для повышения чувствительности в обратный провод устанавливается третье реле;

в) «неполная звезда с тремя реле» (рис. 2.8, в), для использования данной схемы необходимо обоснование (недопустимый коэффициент чувствительнос-ти при схеме с двумя реле);

г) «одно реле на разность токов двух фаз» (рис. 2.8, г) – самая дешевая и худшая по чувствительности МТЗ схема. Данная схема не используется в сетевой МТЗ;

д) «т.т в треугольник, реле в звезду» (рис. 2.8, д) – используется в МТЗ трансформаторов одновременно с дифференциальной защитой.

Погрешность работы трансформаторов тока

Трансформаторы тока в релейной защите должны иметь погрешность менее 10%. Допускается большая погрешность, если это не приводит к неправильному действию РЗ. Погрешность измерения возникает вследствие затрат мощности на создание магнитного потока, перемагничивание, потери при нагреве обмоток.

Погрешность т.т определяется величиной первичного тока и нагрузкой во вторичной обмотке, при этом погрешность вносится только на уменьшение вторичного тока.

Для МТЗ с независимой характеристикой т.т должны работать с допусти-мой погрешностью при токе уставки защиты. При больших токах погрешность т.т уже не будет оказывать влияние на время срабатывания защиты и может быть больше 10%.

Для МТЗ с зависимой характеристикой этого не достаточно, так как при токах, больших уставки, защита будет работать с замедлением (рис. 3.15) и возможно неселективное отключение.

Рис. 3.15

Поэтому проверка т.т для МТЗ с зависимой характеристикой осуществляется при токе согласования защит.

Рис. 3.16

Проверка т.т на допустимую погрешность производится с помощью кривых предельной кратности (рис. 3.16) при заданной вторичной нагруз-ке Z2 расч и первичному току проверки I1расч. Кривые предельной кратности при-лагаются к каждому типу т.т.

Вторичная нагрузка т.т Z2 расч – непостоянная величина и зависит не только от сопротивления реле и проводов, но и от схемы соединения т.т и реле и вида КЗ (табл. 3.4). Например, для схемы «полная звезда» (рис. 3.14, а) при К(3) сопротивление нейтрального провода не учитывается, а при
К
(2) – учитывается.

Если на т.т подключено несколько комплектов РЗ, то в Z2 расч учитывается их суммарное сопротивление, а проверка производится при наибольшем токе проверки I1расч из всех РЗ.

Таблица 3.4. Вторичная расчётная нагрузка т.т

Схема соединения т.т и реле

Вид КЗ

Вторичная расчётная нагрузка т.т. на фазу

Полная звезда

Трёхфазное и двухфазное

Однофазное

Неполная звезда

Трёхфазное

Двухфазное АВ или ВС

Двухфазное за трансформатором Y/-11

На разность токов двух фаз

Трёхфазное

Двухфазное АС

Двухфазное АВ или ВС

Треугольник

Однофазное

Все остальные случаи

Кривые предельной кратности для т.т ТЛ-10 приведены на рис. 3.17. Коэффициент K10 определяется как

;

(3.11)

за счёт данного коэффициента сокращается количество кривых, так как одной кривой описывается несколько т.т с разными первичными номинальными токами I1ном.

Если в итоге выясняется, что Z2 расч > Zдоп, то т.т при токе I1расч будет работать с погрешностью больше 10%, что недопустимо и необходимо заменить т.т или уменьшить его нагрузку Z2 расч. Смена т.т на т.т с большим номинальным первичным током приводит к увеличению погрешности измерения при рабочих токах. Уменьшение нагрузки на т.т Z2 расч тоже не всегда осуществимо. Тогда можно использовать вместо одного т.т два последовательно включенных, при этом допустимая нагрузка Zдоп увеличивается в два раза.

Рис. 3.17

Пример проверки т.т на допустимую погрешность показан на с. 32 и с. 38.

Кроме указанной проверки, т.т необходимо также проверить на

 предотвращение отказа защиты при наибольших токах КЗ из-за искажения формы кривой тока и вибрации контактов;

 предотвращение опасных перенапряжений во вторичных цепях.

Максимальная токовая защита на переменном оперативном токе

с дешунтированием катушки отключения

В схеме МТЗ на переменном оперативном токе с дешунтированием катушки отключения (рис. 3.18)  - реле типа РТ-85 или РТ-86 с мощными переключающими контактами для дешунтирования отключающих катушек выключателя при срабатывании реле. Переключение проходит с замедлением и без разрыва цепи.

Рис. 3.18

Для такой схемы МТЗ дополнительно проверяется:

 отсутствие возврата реле после дешунтирования отключающих катушек из-за снижения вторичного тока т.т;

 надежность действия катушки отключения выключателя после дешунтирования;

 допустимость максимального тока КЗ для контактов реле (реле типа
РТ-85, РТ-86 могут коммутировать ток до 150 А).

Проверка т.т на десятипроцентную погрешность производится для режима до дешунтирования катушки отключения.

Максимальная токовая защита

с блокировкой от реле минимального напряжения

Наличие двигательной нагрузки заставляет принимать в формуле (3.4) повышенные коэффициенты самозапуска 4-5, что приводит к значитель-ному загрублению токовой уставки МТЗ и недостаточной чувствительности защиты. В этих случаях возможно использование схемы МТЗ с блокировкой от реле минимального напряжения (рис. 3.19), т.е. использование чувствительного токового органа совместно с органом напряжения, блокирующим действие токового органа в режимах перегрузок и самозапусков.

Рис. 3.19

Защита может подействовать неправильно, если при перегрузке будет иметь место перегорание предохранителя или обрыв цепи от ТН. Во избежание этого предусмотрено реле KL (рис. 3.19).

Ток срабатывания данной МТЗ рассчитывается по следующему условию:

,

(3.12)

а также согласуется с предыдущими МТЗ по току по условию (3.5).

Напряжение срабатывания минимальных реле напряжения должно удовлетворять условиям:

а) защита не должна действовать при нормальных понижениях рабочего напряжения (при самозапусках нагрузки)

;

(3.13)

б) защита должна обладать необходимой чувствительностью в основной и резервной зонах

,

(3.14)

где

максимальное значение остаточного напряжения в месте установки защиты при КЗ в конце основной или резервной зоны.

Вместо трёхрелейного органа напряжения (рис. 3.19) может использо-ваться комбинированный пусковой орган напряжения, состоящий из фильтра напряжения обратной последовательности и одного минимального реле напряжения (схема Мосэнерго). Однако схема Мосэнерго имеет большую чувствительность пускового органа напряжения, чем трёхрелейная схема, и поэтому уставку токового органа необходимо загрублять: согласовывать с предыдущей защитой по току по условию (3.5). Согласование МТЗ с тремя реле напряжения с предыдущими МТЗ может производиться и по току и по напряжению, если согласование только по току сильно загрубляет защиту.

Общая оценка МТЗ

Достоинства: простота, надежность, низкая стоимость, возможность дальнего резервирования.

Недостатки: низкое быстродействие; недостаточная чувствительность в ряде случаев (разветвленная сеть с большим числом линий и/или значитель-ными двигательными нагрузками).

Максимальная токовая защита широко применяется в радиальных сетях с односторонним питанием всех напряжений. В сетях 35 кВ и ниже МТЗ является основной защитой.

Токовая отсечка

Токовая отсечка (ТО) выполняется по таким же схемам, что и простейшая МТЗ. Однако при этом селективность ТО достигается не выдержкой времени, а ограничением зоны действия, т.е. ток срабатывания ТО отстраивается не от тока нагрузки, а от тока КЗ в конце зоны защиты

,

(3.15)

где

коэффициент надежности, который учитывает и апериодическую составляющую тока КЗ. Для РТ-40, действующих через промежуточные реле , для отсечки с выдержкой времени , для реле РТ-80, РТ-90, РТМ  для отстройки от ударного тока КЗ.

Если в зоне защиты ТО есть силовой трансформатор, то необходимо отстроить Iс.з ТО и от броска тока намагничивания при его включении

,

(3.16)

где

сумма номинальных токов всех трансформаторов, подключен-ных к данному присоединению;

    

коэффициент надежности отстройки. Если ТО выполнена без промежуточных реле, то , если на РТ-40 с промежу-точными реле, то .

Коэффициент чувствительности ТО рассчитывается как

,

(3.17)

где

минимальный ток двухфазного КЗ на стороне ВН трансформатора, если ТО защищает трансформатор (при этом kч должен быть больше двух);

ток КЗ в месте установки ТО в наиболее благоприятном по условию чувствительности режиме, если ТО защищает ЛЭП (при этом kч должен быть больше 1,2).

Если ТО защищает блок линия-трансформатор, то Iс.з ТО необходимо отстраивать от трёхфазного тока КЗ на стороне низкого напряжения трансформатора. Тогда ТО будет надежно защищать всю линию и часть трансформатора (рис. 3.20).

Рис. 3.20

Эффективность ТО ЛЭП иногда определяется в виде зоны действия в процентах от всей длины линии. Для этого рассчитывается несколько точек трёхфазных и двухфазных КЗ на ЛЭП и строится кривая спада тока КЗ (рис. 3.21).

Рис. 3.21

Токовая отсечка с выдержкой времени используется для охвата всей зоны защиты (рис. 3.22). Для этого  ТО отстраивают от  в конце предыдущего участка по формуле (3.15) и вводят выдержку времени tс.з = 0,3  0,6 с для согласования с мгновенной ТО предыдущего участка.

Рис. 3.22

При этом коэффициент надёжности  и не требуется отстройка от броска тока намагничивания.

Использование ТО с выдержкой времени невозможно в сетях с малым сопротивлением линии (КЛ) из-за неразличимости токов КЗ.

Оценка ТО

Достоинства: ТО – самая простая защита; ТО – быстродействующая РЗ.

Недостатки: зона защиты охватывается не полностью, поэтому ТО не может быть основной защитой; зона защиты изменяется в зависимости от вида КЗ и режима системы.

Токовая отсечка используется в качестве резервной быстродействующей защиты в распределительных сетях, если её чувствительность удовлетворяет требованиям.

Трехступенчатая токовая защита

Трехступенчатая токовая защита представляет собой комбинацию из трех защит: МТЗ, ТО мгновенного действия и ТО с выдержкой времени (рис. 3.23). Подобная комбинация позволяет обеспечить более быстрое отключение при любом токе повреждения в основной и резервной зонах защиты, чем токовые защиты с меньшим количеством ступеней.

Рис. 3.23

При построении трёхступенчатой токовой защиты требуется подключе-ние к т.т трех комплектов измерительных токовых органов.

Реле РТ-80, РТ-90 позволяют выполнить двухступенчатую токовую защиту – МТЗ с зависимой характеристикой и мгновенную токовую отсечку.

Реализация МТЗ и ТО на МП РЗА

Общие подходы к расчету уставок РЗ остаются те же, что и для электромеханических защит. В основном меняется только способы задания уставок кривых защиты и некоторых общих параметров защиты. Причем эти способы задания различны в терминалах разных производителей.

1. С помощью программных ключей задается общая конфигурация защиты:

- активируются определенные ступени простейшей токовой защиты (1, 2, 3, …) или/и разновидности токовых защит (по обратной последовательности, с пуском по напряжению, пуск по гармоникам, …). Эти ступени (функции) могут обозначаться как по определенным стандартам, например, американским ANSI C37.2, так и просто словесно,

- действие срабатывания каждой ступени (на отключение, на сигнал),

- действие запуска/срабатывания каждой ступени (на блокирующий сигнал, на ускорение, умножение уставки, запуск осциллографирования, запуск УРОВ, АПВ, …),

2. Задаются вид кривых и уставки кривых. При этом коэффициенты надежности, ступени селективности и прочее для каждого терминала индивидуальны.

Например, терминалы SEPAM [Выпуск №3 - Методика расчета уставок защит Sepam. 2006. А.Л. Соловьев. ПЭИПК] позволяют выбрать одну из 16 обратнозависимых времятоковых характеристик:

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

  •  Обратно зависимая (SIT)
  •  Очень обратно зависимая (LTI) или (VIT)
  •  Чрезвычайно обратно зависимая (EIT)
  •  Ультра обратно зависимая (UIT)
  •  RI-кривая (зарубежный аналог РТ-80)

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

  •  IEC SIT/A
  •  IEC LTI/B
  •  IEC VIT/B
  •  IEC EIT/C
  •  IEEE Умеренно обратно зависимая/D
  •  IEEE Очень обратно зависимая/E
  •  IEEE Чрезвычайно обратно зависимая/F

3 кривые по стандарту IAC:

  •  IAC Обратно зависимая (IAC IT)
  •  IAC Очень обратно зависимая (IAC VIT)
  •  IAC Чрезвычайно обратно зависимая (IAC EIT)

Каждое семейство имеет свою формулу расчета времени срабатывания.

При выборе характеристики следует начинать с «нормальной» характеристики по стандарту МЭК (SIT/A). Для упрощения расчетов в сетях, использующих цифровые реле различных фирм, рекомендуется использовать формулы, соответствующие стандарту МЭК (IEC 60255-3)

Для цифровых реле выбирается не уставка tуст, а «временной» коэффициент, например для терминалов SPAC800 - k. Для вычисления «временного» коэффициента k используется выражение:

.

Постоянные коэффициенты и определяют крутизну зависимых времятоковых характеристик и имеют следующие значения для «нормальной» характеристики МЭК – = 0,02, = 0,14.

Для построения характеристики при конкретном значении k задаются несколькими значениями тока I и рассчитывают время срабатывания защиты при этих токах по формуле

.

Для семейства характеристик SEPAM по стандарту МЭК время срабатывания вычисляется по формуле:

.

где постоянные  коэффициенты α, β, k определяют крутизну зависимых времятоковых характеристик и имеют следующие значения:

k

α

β

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. Значение T равно времени срабатывания защиты tс.з при токе, превышающем уставку в 10 раз: при I* = 10  время срабатывания  tс.з = T.

Специальная характеристика семейства типа RI математически выражается формулой:

.

Формула времятоковых характеристик SEPAM по стандарту IEEE.

.

A

B

P

β

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

Формула времятоковых характеристик SEPAM по стандарту IAC.

.

A

B

C

D

E

β

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

МЭК (рус.) или IEC (англ.)- Международная электротехническая комиссия - международная некоммерческая организация по стандартизации в области электрических и электронных технологий (работает с 1906 г., 76 стран-участников).

IEEE - Институт инженеров по электротехнике и электронике - международная некоммерческая ассоциация специалистов (действует с 1963 г., 170 стран-участников).

Пример расчёта МТЗ и ТО

Необходимо рассчитать максимальную токовую защиту с независимой выдержкой времени и токовую отсечку ВЛ 1 (рис. 3.24): выбрать т.т, выбрать схему соединения т.т и реле, рассчитать уставки реле, ток срабатывания защиты, чувствительность защиты, проверить т.т. ВЛ 2 и ВЛ 3 защищены МТЗ с независимой выдержкой времени (реле РТ-40).

Рис. 3.24

Решение

1. Рассчитаем токи короткого замыкания в точках К 1, К 2, К 3 (рис. 3.25) в минимальном режиме системы для расчёта чувствительности МТЗ и токи самозапуска нагрузок 2 и 3 в максимальном режиме сети (точки К 4 и К 5).

Рис. 3.25

Сопротивление системы в минимальном и максимальном режиме:

Ом ,

(3.18)

.

Принимая удельное сопротивление ВЛ Ом/км, получим

Ом ,

(3.19)

аналогично  Ом,  Ом. Токи КЗ в точках К 1, К 2, К 3 в минимальном режиме системы

А ,

(3.20 а)

А ,

(3.20 б)

А ,

(3.20 в)

в максимальном режиме системы:

А ,

(3.20 г)

Расчёт самозапуска нагрузок с учётом токоограничивающего влияния сети. Принимая относительное переходное сопротивление обобщённой нагрузки , рассчитаем сопротивления нагрузок Н 2 и Н 3 в режиме самозапуска

Ом ,

(3.21 а)

Ом .

(3.21 б)

Токи самозапуска отдельно по нагрузкам Н 2 и Н 3 и суммарно

(3.22 а)

(3.22 б)

(3.22 в)

2. Выбираем ток срабатывания МТЗ. Принимаем двухфазную двух-релейную схему защиты на реле РТ-40 (kн = 1,2, kв = 0,85). Отстраиваем ток срабатывания МТЗ от всех тяжёлых нормальных режимов заданной сети:

а. По условию (3.4) возврата реле в несработавшее положение после отключения КЗ на отходящем элементе

.

(3.23)

При использовании данной формулы возможны следующие два варианта: расчёт по сути условия (формула (3.23) рассчитывается для каждого отходящего присоединения 2 и 3) и упрощенный расчёт (). Для каждого варианта возможен точный расчёт тока самозапуска (по формулам (3.22)) и упрощенный расчёт (увеличение Iраб.мах в kс.зап раз). Упрощенные варианты приводят к загрублению Iс.з. Рассмотрим все варианты.

 Расчёт по сути условия с точным определением токов самозапуска

,

.

(3.24 а)

 Расчёт по сути условия с упрощенным расчётом токов самозапуска

,

.

(3.24 б)

 Упрощенный расчёт с точным определением тока самозапуска

.

(3.24 в)

 Упрощенный расчёт с упрощенным расчётом тока самозапуска

.

(3.24 г)

Из формулы (3.24) наглядно видно, что использование упрощенного варианта расчёта при 2  4 отходящих присоединениях сильно загрубляет МТЗ и уменьшает её чувствительность. Далее используем результаты более точной формулы (3.24 а). Коэффициент самозапуска для обобщённой нагрузки в выражениях (3.24) принят как kс.зап = 1 / x*ном = 1 / 0,35 = 2,86 (может опреде-ляться по справочным данным в зависимости от типа нагрузки).

бПо условию самозапуска всей нагрузки при возобновлении питания действием АПВ или АВР после бестоковой паузы

 при точном определении тока самозапуска

,

(3.25 а)

 при упрощенном определении тока самозапуска

.

(3.25 б)

в. По условию согласования тока срабатывания защиты по чувствитель-ности с предыдущими защитами

 А ,

 А .

(3.26)

Из формулы (3.26) хорошо видно, что МТЗ необходимо и достаточно согласовать только с защитой с максимальным током срабатывания.

По условиям (3.24 а), (3.25 а), (3.26) принимаем  А.

3. Проверяем чувствительность МТЗ в основной зоне защиты (по пер-вичным токам)

,

(3.27 а)

в зоне резервирования

,

(3.27 б)

.

(3.27 в)

Защита не удовлетворяет требованию чувствительности в одной резервной зоне защиты ВЛ 2 по формуле (3.27 б). Однако, согласно ПУЭ, дальнее резервирование в данном случае допустимо не выполнять.

4. Выбираем ток срабатывания ТО

А.

(3.28)

Проверяем чувствительность отсечки

(3.29)

Токовая отсечка устанавливается. Схема токовых цепей защит ЛЭП 1 показана на рис. 3.26.

Рис. 3.26

5. Выбираем и проверяем т.т. Предварительно выбираем т.т ТЛ-10 (рис. 3.17) с коэффициентом трансформации 300 А/5 А (по Iраб.max= 240 А). Тогда токи срабатывания реле защит

(3.30 а)

(3.30 б)

Выбираем максимальные токовые реле для МТЗ – РТ-40/20 (табл. 3.2). Потребляемая мощность 0,5 ВА при токе минимальной уставки (в нашем случае 10 А, так как реле работает в верхнем диапазоне уставок). Выбираем реле для ТО – РТ-40/50. Потребляемая мощность 0,8 ВА при токе минимальной уставки (в нашем случае 25 А).

Производим расчётную проверку т.т на десятипроцентную погрешность

(3.31)

В формуле (3.31) за I1расч принят ток срабатывания токовой отсечки, как наибольший ток при котором т.т должен работать с погрешностью менее 10%. Коэффициент 1,1 в формуле (3.31) учитывает, что т.т может работать в предельном режиме с погрешностью 10%.

По кривой предельной кратности для данного т.т при рассчитанном  (см. рис. 3.17) находим  Ом.

Наибольшая расчётная вторичная нагрузка т.т (табл. 3.4) для схемы неполной звезды без реле в обратном проводе

(3.32)

где сопротивление соединительного провода (алюминий)

,

сопротивление реле

 Ом ,

 Ом ,

.

(3.33)

Условие (3.33) соблюдается, то есть т.т будет работать с допустимой погрешностью.

6. Выбор уставки по времени МТЗ. Для МТЗ уставку по времени отстраиваем на ступень селективности t (для реле РТ-40 t = 0,5 с) от наибольшей уставки предыдущих защит (установленных дальше от источника питания). В данном случае от уставки по времени МТЗ 2 

 с

(3.34)

Для наглядного отображения итогов расчёта защиты строим карту селективности (рис. 3.27):

Рис. 3.27

Пример расчёта МТЗ и ТО

По исходным данным задачи 1 рассчитать МТЗ ЛЭП 1 с зависимой выдержкой времени.

Решение

1. Токи КЗ и самозапусков рассчитываются аналогично формулам (3.20), (3.22).

2. Выбираем ток срабатывания МТЗ. Принимаем двухфазную двух-релейную схему защиты на реле РТ-80 (kн = 1,2, kв = 0,8 (табл. 3.3)). Поскольку определяющим среди условий (3.24)-(3.26) является условие (3.26), то

 А .

(3.35)

Так как уставка РТ-80 регулируется ступенчато, то необходимо уточнить ток срабатывания МТЗ с учётом выбранной уставки. При предварительно выбранном трансформаторе тока ТЛ-10 500/5 А ток срабатывания индукционного элемента реле РТ-80 будет равен

.

(3.36)

Принимаем ближайшую большую уставку реле 10А, тогда ток срабатывания МТЗ будет равен 1000 А.

3. Чувствительность МТЗ в основной зоне защиты равна 1,47  1,5 и удовлетворяет требованиям. МТЗ не удовлетворяет требованию чувствитель-ности в резервной зоне.

4. Ток срабатывания ТО равен 2314 А формула (3.28), что при токе срабатывания МТЗ 1000 А соответствует кратности  2,4. Чувствительность отсечки равна 3,61 > 1,2. Токовая отсечка устанавливается.

5. Проверяем т.т (схема защиты на постоянном или выпрямленном оперативном токе). Производим расчётную проверку т.т на десятипроцентную погрешность при максимальном токе КЗ в месте установки защиты (типовая проверка для защит с зависимой токовременной характеристикой)

(3.37)

По кривой предельной кратности (рис. 3.17) для данного т.т. при рассчитанном  (3.37) находим  Ом.

Наибольшая расчётная вторичная нагрузка т.т (табл. 3.4) для схемы неполной звезды без реле в обратном проводе

(3.38)

где сопротивление соединительного провода (алюминий)

,

сопротивление реле

 Ом .

Условие  соблюдается, то есть т.т. будет работать с допусти-мой погрешностью.

6. Выбор уставки (согласование) по времени для рассчитываемой МТЗ производится из условия обеспечения селективного действия с предыдущими защитами в зоне совместного действия. В данном случае (рис. 3.28) согласова-ние кривых производится при токе Iк.1.max = 1780 А (при данном токе наблюдается наибольшее сближение кривых 1 и 2), уставку МТЗ по времени отстраиваем на ступень селективности t = 0,6 с (для реле РТ-80) от уставки защиты 2 

 с.

По токовременным зависимостям реле РТ-80 (рис. 3.13) для тока 1780 А (кратность 178 %) и времени 1,6 с выбираем нижнюю кривую, т.е. уставка по времени tу рассчитываемой МТЗ будет равна 0,5 с (уставка равна времени срабатывания защиты при десятикратном токе срабатывания индукционного элемента 100010 А). По точкам (табл. 3.5) перестраиваем выбранную кривую (рис. 3.13) рассчитываемой МТЗ на карту селективности (рис. 3.28).

Таблица 3.5. Токовременная характеристика МТЗ 1

Кратность тока, %

100

150

178

200

240

Ток, А

1000

1500

1780

2000

2400

Время, с

6

2,5

1,6

1,25

0,8

Рис. 3.28

Пример расчёта чувствительности

МТЗ силового трансформатора

Рассчитать чувствительность МТЗ силового трансформатора 6/0,4 кВ с соединением обмоток /Y0 к двухфазным КЗ; МТЗ выполнена по схеме два т.т. и два реле. Ток срабатывания МТЗ 445 А, ток трёхфазного КЗ на шинах 0,4 кВ 1000 А (ток приведён к стороне 6 кВ).

Решение

Находим токи двухфазного КЗ на стороне 6 кВ (в месте установки защиты), преобразовывая прямую и обратную составляющие тока КЗ от места КЗ на сторону 6 кВ (рис. 3.29).

Рис. 3.29

Получаем, что в первичной цепи в одной фазе протекает полный ток трёхфазного КЗ, в остальных – половина полного тока трёхфазного КЗ (рис. 3.29).

Рис. 3.30

По заданной схеме соединения т.т и реле видно, что в наихудшем случае (рис. 3.30), когда полный ток трёхфазного КЗ протекает в фазе без т.т, оба реле будут реагировать только на половину полного тока трёхфазного КЗ. Тогда чувствительность МТЗ будет равна

,

(3.39)

что не удовлетворяет требованиям.

В данном случае, добавив в обратный провод третье реле (рис. 3.14, в), можно повысить чувствительность вдвое до 2,24, поскольку хотя бы одно из трёх реле будет обтекаться полным током трёхфазного КЗ при любом сочетании повреждённых фаз.

PAGE  19


67%

А

В

С

33%

100%

100%

200%

100%

00%

0

А

В

С

100%

100%

100%

100%

А

В

С

0

А

В

С

А

В

С

67%

А

В

С

33%

33%

100%

100%

100%

100%

100%

100%

А

В

С

2

1

Iраб.max2=140 А

tс.з.2=1 с

Iс.з.2=600 А

100%

33%

10 кВ

А

В

С

67%

Iраб.max1=240 А

Iкз.max=10 кА

Iкз.min=8 кА

33%

33%

А

В

С

100%

100%

100%

100%

А

В

С

9

8

7

6

5

4

3

2

1

100

0

200

300

400

500

600

700

t, с

Iр/Iср, %

100

10

1

0,1

0,1

1

10

50

Ом

К10

ТЛ-10

3

1

2

4

I1.ном, А 50 75 100 150 200 300 400 500 800 1000 1500

№ кривой 1 1 1 1 1 1 2 2 2 3 4

l1=7 км

l2=4 км

Н2

l3=3 км

Iраб.max3=100 А

tс.з.3=0,6 с

Iс.з.3=400 А

Н3

ВЛ1

ВЛ2

ВЛ3

МТЗ

ТО

Прямая последовательность тока

Обратная последовательность тока

А

В

С

IB

IA

IA

IB

IB

IC

IA

А

В

С

IA=0,866 I(3)К 

IB=0,866 I(3)К

IС=0

IA=0,866 I(3)К 

IB=0,866 I(3)К

IС=0

IA=0,5 I(3)К kт

IB=0,5 I(3)К kт

IС=0

IA=1 I(3)К kт

IB=0,5 I(3)К kт

IС=0,5 I(3)К kт

IB

IA

А1

В1

С1

С2

А2

В2

А1

В1

С1

С2

А2

В2

А1

В1

С1

С2

А2

В2

С1

А1

В1

С2

А2

В2

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

0,4 кВ

6 кВ


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

46555. Система Управления БД 19.99 KB
  БД это именованная совокупность данных отражающая состояние объектов и их отношений в заданной предметной области. Банк данных является современной формой организации хранения и доступа к информации. Банк данных – это система специальным образом организованных данных баз данных программных технических языковых организационнометодических средств предназначенных для обеспечения централизованного накопления и коллективного многоцелевого использования данных. Банк данных является сложной системой включающей в себя все обеспечивающие...
46556. Затратный подход к оценке предприятия 20.02 KB
  Суть данного подхода заключается в том что сначала оцениваются и суммируются все активы предприятия нематериальные активы здания машины оборудование запасы дебиторская задолженность финансовые вложения и т. Далее из полученной суммы вычитают текущую стоимость обязательств предприятия. Итоговая величина показывает стоимость собственного капитала предприятия.
46557. Природопользование 20.05 KB
  Предусмотренная лесным законодательством система мер направленных на организацию рационального использования и воспроизводство лесов их охрану от загрязнения истощения и уничтожения защиту от пожаров вредителей и болезней образует понятие правовой охраны лесов. Охрана и защита лесов осуществляется лесхозами государственной лесной охраной базами авиационной охраны лесов и другими организациями лесного хозяйства. Экологические требования и меры входящие в содержание правовой охраны лесов адресованы всем субъектам: организациям ведущим...
46558. Реструктуризация и реорганизация предприятия 20.06 KB
  Виды реструктуризации Реструктуризация зависящая от целевых установок и стратегии предприятия может быть оперативной или стратегической. Частичная реструктуризация вносит изменения лишь в один или несколько элементов предприятия. Направления реструктуризации предприятия Выбор конкретных видов реструктурирования зависит от конкретных внутренних возможностей и интересов самого предприятия а также от внешних условий характеризующих данную ситуацию.
46559. Стратегии социально – экономического развития экономики: процессы модернизации и инновационного развития 20.08 KB
  Базой успешной экономической стратегии государств и ключевым ресурсом общества становятся знания и интеллект информация и инновации человеческий и интеллектуальный потенциал формируемые главным образом через систему подготовки кадров. Инновации могут быть признаны таковыми если они прямо или косвенно становится фактором экономического роста. Прямо – когда инновации становятся торгуемыми товарами и услугами. Косвенно – когда инновации воплощены в конструкции товаров технологии их изготовления квалификации работников факторы роста – труд...
46560. Прогнозирование пожарной обстановки и ее оценка 20.13 KB
  Такая обстановка может возникнуть при ЯВ изза воздействия СИ техногенных пожарах на объектах экономики и природных пожарах в лесах и на торфяниках. В процессе прогнозирования определяют площадь и периметр возможного пожара характер пожара отдельный или сплошной пожар огненный шторм или массовый пожар вероятные направления и скорость его распространения а также вероятный характер воздействия пожара на людей и объекты в различные временные отрезки с учетом изменения метеоусловий. При этом берут самый неблагоприятный вариант: ось пожара...
46562. Анализ программы «Изобразительное искусство и художественный труд» под ред. Б.М. Неменского (1-9 класс) 20.16 KB
  План: 1 Концепция Программа и ее особенности 2 задачи 3 основа программыпринципа 4 основные виды деятти 5 учебнометодич. Программа знакомит учащихся с тремя основными видами художественной деятельности: конструктивной изобразительной декоративной деятельностью. 4 Основные виды деятельности изображение на плоскости и в объеме с натуры по памяти и по представлению; декоративная и конструктивная работа; лепка; аппликация; объемнопространственное моделирование; проектноконструктивная деятельность; художественное...
46563. Контроль и учет успеваемости учащихся на уроках изобразительного искусства. Отметка и оценка. Критерии оценки 20.21 KB
  Наряду с восприятием памятью и мышлением важную роль в деятельности человека играет воображение. Воображение это психический познавательный процесс создания новых представлений на основе имеющегося опыта то есть процесс преобразующего проецирования действительности. Воображение – это образное конструирование содержания понятия о предмете или проектирование схемы действий с ним еще до того как сложится само понятие а схема получит отчетливое верифицируемое и реализуемое в конкретном материале выражение. Будучи теснейшим образом...