Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Максимальная токовая защита электрических сетей. Токовая отсечка. Токовые направленные защиты. Методика выбора уставок

1.1 Максимальная токовая защита линии с односторонним питанием (МТЗ)

МТЗ являются основным видом РЗ для сетей с односторонним питанием. Если рассматривать МТЗ ЛЭП, то она устанавливается в начале каждой ЛЭП со стороны источника питания, когда ЛЭП имеет самостоятельную РЗ, отключаемую в случае повреждения на ней самой или на шинах питающейся от неё подстанции (ПС), и резервирующую РЗ соседней ЛЭП. (рис.7.1.).

1. Схема сети с односторонним питанием (а) и ступенчатый график выдержки времени (б)

Принцип обеспечения селективности достигается специальным выбором уставок реле времени на каждой из защит АК1, АК2, АК3 по ступенчатому принципу.

При КЗ в какой - либо точке сети, например, в точке К1 (рис 7.1), ток КЗ проходит по всем участкам сети, расположенным между источником питания и местом повреждения, в результате чего приходят в действие все РЗ (АК1, АК2, АК3). Однако, по условию селективности, сработать на отключение должна только АК3, установленная на повреждённом участке ЛЭП. Для обеспечения указанной селективности МТЗ выполняются с выдержками времени, нарастающими от потребителей к источнику питания. При соблюдении этого принципа в случае КЗ в точке К1 раньше других сработает АК3 и отключит повреждённую ЛЭП. Защиты АК1, АК2, имеющие большие выдержки времени, не сработают на отключение. Соответственно при КЗ в точке К2 быстрее всех сработает АК2, а АК1, имеющая бо?льшую выдержку времени, не успеет сработать.

1.2 Разновидности МТЗ

МТЗ выполняются на электромеханических и статических (электронных) реле по трёх- и двухфазным схемам. По способу питания оперативных цепей МТЗ делятся на защиты с постоянным и переменным оперативным током. По характеру зависимости времени действия от тока МТЗ подразделяются защиты с независимой, зависимой и ограниченно-зависимой характеристиками.

1.3 Методика выбора уставок МТЗ для различных видов

1. Одноступенчатая МТЗ без асинхронной нагрузки.

Ic.з.= Кн Iр.макс.- ток срабатывния защиты,(7.1)

где Кн.- коэффициент надёжности (1,15-1,25),

Iр.макс.- максимальный рабочий ток защищаемого присоединения.

2. Многоступенчатая МТЗ без асинхронной нагрузки.

.,(7.2)

где Кв- коэффициент возврата реле ( для электромеханических реле

0,8-0,85;статических-0,9).

3. Многоступенчатая МТЗ с асинхронной нагрузкой.

,(7.3)

где Ксзп - коэффициент самозапуска .

Его величина зависит от удельного веса асинхронной нагрузки во всей нагрузке присоединения ( Ксзп = 1,1-1,4).

1.4 Пример выполнения МТЗ

На рис. 7.2. дан пример выполнения МТЗ в виде совмещённой, разнесённой и структурной схем.

Здесь реле тока КА1, КА2, КА3 соединены звездой и подключены к вторичным обмоткам трансформаторов тока ТА1, ТА2, ТА3, также соединённых в звезду.

Трёхфазная МТЗ линий: а)- совмещённая; б)- разнесённая; в)- функциональная; г)- структурная

При замыкании любого из контактов токовых реле (соединены параллельно) включаются контакты реле времени КТ, а через время, равное выдержки времени, включается промежуточное реле KL. Контакт реле КL замыкает цепь катушку соленоида YAT привода выключателя Q (через указательное реле КН и замкнутый контакт SQ). Выключатель отключается и его вспомогательный контакт SQ размыкается, разрывая цепь соленоида YAT, предохраняя тем самым менее мощные контакты реле KL.

Совмещённые схемы (рис.7.2,а) достаточно просты и наглядны при малом числе реле и контактов. При их возрастании эти схемы становятся громоздкими. В этих случаях применяют разнесённую схему (рис.7.3,б), где трансформаторы тока, обмотки и контакты реле расположены в разных местах, а взаимная принадлежность идентифицируется соответствующими обозначениями.

Совмещённые и разнесённые схемы относятся к принципиальным. В тех случаях, когда достаточно графически показать последовательность функций, используются функциональные схемы (рис.7.2,в). Структурная схема изображает только общий принцип работы РЗ и А (рис.7.2,г).

1.5 Токовая отсечка

Токовая отсечка (ТО), являясь разновидностью МТЗ, отличается от последней принципом обеспечения селективности. Схема включения реле в простой ТО отличается от схемы рис.7.2. отсутствием, как правило, реле времени (ТО бывает и с выдержкой времени). Селективность ТО достигается выбором такого тока срабатывания защиты, при котором ограничивается зона её действия, т.е. селективность достигается ограничением её зоны действия.

Ток срабатывания и защищаемая зона ТО без выдержки времени.

Здесь: 1- график зависимости Iк=ѓ (L) в режиме максимума энергосистемы; 2 - график зависимости Iк=ѓ (L) в режиме минимума энергосистемы; L3- зона действия токовой отсечки в режиме максимума энергосистемы; L'3- зона действия токовой отсечки в режиме минимума энергосистемы; Iсз- ток срабатывания токовой отсечки; Iк max- наибольший ток КЗ в режиме максимума энергосистемы; Lмз- «мёртвая зона» в режиме максимума энергосистемы; L'мз- «мёртвая зона» в режиме минимума энергосистемы.

По условию селективности защита АК1 не должна срабатывать при КЗ за шинами ТП Б (эти повреждения отключаются защитой АК2). Поэтому зону защиты АК1 ограничивают расстоянием от ТП А до ТП Б. Выбирая точку КЗ1 на шинах ТП Б, находят наибольший ток КЗ в режиме максимума энергосистемы Iк max. Ток срабатывания защиты Iсз при этом должен быть больше максимального тока Ik.max., проходящего через неё при КЗ в конце участка и равен:

Iсз ? Кз*Iк.max, (7.4)

Поскольку Кз>1, то зона действия (Lз) ТО АК1 оказывается меньше расстояния между ТП А и ТП Б.

Чувствительность защиты определяется по выражению:

?1,2,(7.5)

где Iр.min.- ток, проходящий через защиту при двухфазном КЗ вблизи места установки в минимальном режиме энергосистемы.

ТО может применяться и в линиях с двухсторонним питанием. Достоинство ТО: простота и быстродействие, а недостаток - наличие «мёртвой зоны» вблизи ТП Б. Для исключения мёртвой зоны ТО АК1 можно выполнить в виде двух отсечек, одна из которых не имеет выдержку времени (выбирается по условию (7.4). Вторая имеет выдержку времени, но с меньшим Iсз. В этом случае повреждения в более удалённых точках (за шинами ТП Б, в точке К2) будут отключаться с выдержкой времени, а повреждения в зоне - без выдержки времени. Возможно также сочетание ТО и МТЗ.

1.6 Направленные МТЗ

В сетях с двухстороннем питанием и в кольцевых сетях «простая» МТЗ не обеспечивает принцип селективности. В этих случаях применяют направленную МТЗ (рис.7.4). Дополнительным элементом здесь является реле направления мощности KW. Его токовая обмотка включается последовательно с обмоткой реле тока КА, обмотка напряжения подключается к трансформатору напряжения TV. Поскольку контакты реле КА и KW включены последовательно, защита срабатывает только при одновременном замыкании контактов КА и КW. Таким образом, данная защита реагирует не только на величину тока, но и на направление мощности. токовая защита электрическая сеть

Для защиты высоковольтных сетей реле мощности должно действовать при направлении мощности КЗ от шин в линию.

Рассмотрим линию с двухсторонним питанием (рис.7.4), оборудованной направленной МТЗ, изображённой ниже на рис.7.5.

Здесь направления мощности, при которых срабатывают реле мощности KW на каждом выключателе обозначены стрелками. Защиты выключателей Q2, Q4, Q6 (выдержки времени T2, T4,T6) реагируют на токи, протекающие через них от источника питания ЭС1, защиты на Q3, Q5, Q7 (выдержки времени Т3, Т5, Т7) на токи, протекающие через них от источника питания ЭС2. Принцип определения выдержек времени как для «простой» МТЗ: по встречно-ступенчатому принципу (с увеличением времени срабатывания по мере приближения к источнику питания).

При КЗ в точке К могут сработать защиты только на Q2, Q4, Q5, Q7, поскольку направление мощности для них, при которых они могут сработать (короткие стрелки), совпадают с действительным направлением S1, S2 мощности КЗ (длинные стрелки).

При этом наименьшую выдержку имеют Q4 и Q5, как наиболее удалённые от своих источников питания, и при КЗ в точке К они отключат средний участок с соблюдением условия селективности.

Схема линии с двухсторонним питанием и принцип встречно- ступенчатого распределения выдержек времени.

Направленная МТЗ трёхфазных линий устанавливаются в двух или трёх фазах, при этом реле направления мощности включается по 90- градусной схеме (катушка тока включается на фазный ток, катушка напряжения - на междуфазное напряжение двух других фаз). Данная защита имеет и недостаток: вблизи места установки напряжение существенно падает и реле направления мощности может не сработать из-за т.н. «мёртвой зоны». Если эту защиту дополнить ТО, то «мёртвую зону» можно исключить.

На рис.7.5. представлена схема направленной МТЗ, где дополнительным элементом является реле направления мощности KW.

Схема направленной МТЗ

Поскольку контакты реле КА и KW включены последовательно, защита срабатывает только при одновременном замыкании контактов обоих реле (защита реагирует не только на величину тока, но и на направление (фазу) тока. При этом реле направления мощности срабатывает при направлении мощности КЗ от шин в линию.

1.7 Общая оценка и область применения МТЗ

Достоинством МТЗ является её простота, надёжность и небольшая стоимость. МТЗ обеспечивает селективность в радиальных сетях с одностороннем питанием.

К недостаткам МТЗ относятся большие выдержки времени, недостаточная чувствительность при КЗ в разветвленных сетях и т.д.

При этом в связи с выбором выдержек времени по ступенчатому принципу могут быть недопустимо большие времена отключения вблизи источника питания. Основное её применение в сетях до 10кВ.

Направленные МТЗ имеют преимущества перед «простыми» МТЗ и применяются в кольцевых сетях до 35кВ с одним источником питания.

1.8 Совместное действие токовой защиты с устройствами автоматического повторного включения (АПВ) и автоматического включение резерва (АВР)

АПВ позволяет осуществить ускорение действия защит с относительной селективностью. При этом первую ступень защиты (токовую отсечку) МТЗ выполняют так, чтобы она охватывала (при наличии АПВ) боММльшую часть линии (часто с нарушением селективности защиты). При этом излишнее срабатывание исправляется работой быстродействующей АПВ. Всё это ускоряет действие защиты.

Сочетание неселективной ТО (работающей только с АПВ) с МТЗ называется токовой защитой с ускорением до АПВ.

При другом сочетании работы (ТО и МТЗ) ТО выводится из работы, повреждённая линия отключается селективно МТЗ и включается повторно устройством АПВ, вводится ТО и отключает линию, если повреждение не устранено. Такое сочетание работы ТО и МТЗ называется токовой защитой с ускорением после АПВ. Иногда при отсутствии ТО ускорение достигается автоматическим выводом из действия реле времени МТЗ. При наличии устройств автоматического включения резерва (АВР) повреждённый участок линии подключается к резервному источнику питания, тогда МТЗ (с ускорением после АВР) его отключит.

Размещено на Allbest.ru