3. Максимальные токовые защиты

Принцип действия МТЗ (максимальной токовой защиты) основан на том, что при воз­никновении к.з. или ненормального режима работы ток увеличивается и начинает превышать ток нагрузочного режима. Селективность действия достигается выбором выдержек времени.

При к.з. К1 ток I_кз протекает не только по поврежденному элементу, но и по неповре­жденным (Л₁ и Л₂) - рис. 12. Для обеспечения селективного отключения поврежденного участка сети (Л₃) защиты, установленные на линиях, должны работать с разными выдержка­ми времени, причем t₁ > t₂ > t₃. Выдержки времени увеличиваются от потребителя к ис­точнику питания (рис. 12). В пределах каждого элемента МТЗ устанавливается как можно ближе к источнику питания.

С

Рис. 12. Принцип действия МТЗ

хемы МТЗ можно классифицировать по ряду признаков:

1. Способу питания оперативных цепей - МТЗ на переменном или постоянном оперативном токе.

2. Способу воздействия на привод выключателя - прямого или косвенного действия.

3. Характеру зависимости выдержки времени от тока - защиты с независимой и зависимой выдержкой времени.

4. Схеме соединения ТА и обмоток реле.

5. Назначению - защиты от к.з. и защиты от перегрузок током.

В качестве пусковых органов МТЗ применяются токовые реле. Для того чтобы защита работала при к.з. и не работала в нормальных и допустимых рабочих режимах необходимо определять ток срабатывания защиты - I_СЗ Ток I_СЗ - это наименьший первичный ток, необходимый для действия пусковых органов защиты. Основным условием выбора I_СЗ является не действие защиты при максимальных токах нагрузки и кратковременных толчках тки, вызванных, например, пуском или само запуском двигателей, колебаниями нагрузки. Дня этого необходимо выполнение следующих условий:

1) I_СЗ > I_{нагр.mах} - пусковые органы защиты не должны приходить в действие при максимальном рабочем токе;

2) пусковые органы защиты, пришедшие в действие при внешнем к.з., должны вернуться в исходное состояние после его отключения и снижения тока до I_{нагр.mах}. Для выполнения этого требования ток возврата защиты (I_ВЗ - наибольший первичный ток, при котором пусковые органы защиты, сработавшие при внешнем к.з., возвращаются в исходное состояние) должен удовлетворять требованию I_ВЗ > k_сз -I_{нагр.mах}, где k_сз - коэффициент самозапуска двигателей, с помощью которого учитывается увеличение тока, происходящее при самозапуске двигателей, которые тормозятся вследствие снижения напряжения при внешних к.з., k_сз > 1.

Токи I_СЗ и I_ВЗ связаны через коэффициент возврата k_в =I_ВЗ/ I_СЗ причем для токовых реле МТЗ k_B < 1. Следовательно, при выполнении условия 2 всегда выполняется условие 1, поэтому выражение для определения I_сз можно получить следующим образом:

где k_H - коэффициент надежности, учитывающий возможную погрешность в определении I_вз (k_H =1,1/1,3):

Зная I_сз, можно определить I_ср - ток срабатывания реле, как ток I_сз, пересчитанный на вторичную обмотку ТА I_ср= I_сз^.k_сх/n_т, где k_сх - коэффициент схемы, зависящий от схемы соединения ТА и обмоток реле и равный отношению тока в реле ко вторичному току ТА; n_т - коэффициент трансформации ТА. По рассчитанному значению I_Ср определяет I_уст - ток уставки. У части токовых реле I_уст регулируется плавно (реле РТ-40), у других - ступенчато (реле РТ-80, РСТ), при этом округление I_cр до I_уст производится в большую сторону.

Схема МТЗ состоит из реле тока (КА), времени (КТ), промежуточного (KL) и указательного (КН). Трехфазная, трехрелейная схема МТЗ с независимой выдержкой времени на постоянном оперативном токе приведена на рис. 13. Схема нарисована для раздельного способа изображения реле.

В нормальном режиме при отсутствии к.з. по ка­тушкам реле КА1, КА2, КАЗ протекает I_{нор.реж} и данные реле не работают, так как I_ср < I_{нор.реж}. Вклю­ченное положение силового выключателя обусловлива­ет замкнутое состояние Q- блок-контактов отключения выключателя. При появлении к.з., например трехфазно­го, увеличивается ток реле и реле KA1, КА2, КА3 срабо­тают, их контакты замыкаются. При этом подается пи­тание на обмотку реле времени КТ. С установленной на нем t_сз замыкается контакт КТ и подается питание на катушки реле указательного (КН) и промежуточного (KL). Срабатывает реле KL, замыкая свой контакт в цепи катушки отключения (УAT) выключателя, что приводит к отключению силового выключателя Q.

Сигнальное реле КН своим контактом сигнализи­рует о срабатывании защиты. В случае двухфазного к.з. работают два реле, установленных на тех фазах, в кото­рых произошло к.з. Дальнейшая работа схемы анало­гична описанной ранее.

Качество рассчитанной защиты оценивают по ко­эффициенту чувствительности - k_ч. Коэффициент k_ч, определяется из условия охвата МТЗ всей линии и действия ее при минимальном значении тока к.з. - I_кз.min, т.е. в конце зоны действия.

Так, для определения k_ч защиты 1 (рис. 12) нужно найти I_КЗ при к.з. в точке К2 (конец линии Л1) в режиме, который сопровождается I_кз.min. Если рассматривать МТЗ в качестве защиты от междуфазных к.з., то I_кз.min должен быть рассчитан для двухфазного к.з.:

а.

б.

Рис. 13. Схема МТЗ на постоянном оперативном токе:

а - цепи переменного тока; б - цепи постоянного тока

Защита может быть ус­тановлена в качестве основ­ной защиты Л1, если k_ч1,5, и защита 1 может быть ре­зервной для Л2, еслиk_ч1,2 при к.з. в точке КЗ. Как уже упоминалось выше, селектив­ность действия достигается выбором выдержек времени, рис. 14 Согласование времениМТЗ линий Л1 и Л2 причем t1 > t2 (рис. 14);

называется ступенью селективности. Величина должна быть такой, чтобы при к.з. на Л2 защита 1 не успевала сработать. Для этогогде,- погрешности в работе защит 1 и 2, которые учитывают самые худшие их сочетания, т.е. для защиты 2 это погрешность в сторону увеличения времени, а для защиты 1 - в сторону уменьшения (рис. 14);- время отключения выключателя второй линии. Приняв некоторое t_зап можно записать, что Величина зависит в основном оти погрешностей реле КГ в схемах защиты принимается для МТЗ с независимой характеристикой 0,350,6 с.

МТЗ с зависимой выдержкой времени выполняется с помощью индукционных реле серии РТ-80. Время замыкания контактов их зависит от величины тока, протекающего по катушкам реле. Чем больше ток, тем быстрее сработает реле. Для расчета времени действия защиты 1 на границе зоны действия (точка К1) необходимо знать время действия защиты 2 при к.з. К1 , тогдаЭто соотношение выполняется на всем интервале действия Р32, когда защита 1 выступает в качестве резервной для Р32 и резервирует отказQ2. Для МТЗ имеющих зависимый от тока характер выдержек времени, график согласования защит приведен на рис. 15.

Рис.15. Согласование МТЗ с зависимой выдержкой времени

Определение t производится по расчетным кривым для реле серии РТ-80. Требование селективности действия для данного вида защиты может быть сформулировано следующим образом: время действия защиты 1 должно быть больше, чемна том участке сети, где возможна совместная работа этих защит, т.е. на линии Л2.

Из рисунка 15 очевидно, что данный принцип выполняется. Существенным преимуществом МТЗ с зависимой выдержкой времени является то, что большее значение I_кз отключается с меньшей выдержкой времени, что характерно для головных участков сети с односторонним питанием.

Реле типа РТ-80 более сложные и дорогостоящие по сравнению с реле типа РТ-40. Использованием МТЗ с зависимой характеристикой времени целесообразно, когда необходимо понизить время отключения короткого замыкания на головном участке защищаемой сети. Так, на сопоставления времен срабатывания МТЗ с независимой и зависимой характеристикой по рис. 14 и 15 видно, что на питающей линии Л1 время отключения к.з. в начале линии при иcпользовании МТЗ с зависимой характеристикой существенно снижается.

МТЗ с блокировкой по минимальному напряжению. В сильно нагруженных линиях I_нагр.max max мало отличается от Iк_з.min, что приводит к низкому значению k_ч. Для увеличения k_ч принимают МТЗ с блокировкой по минимальному напряжению. Для сложных пнищ в качестве входных параметров могут использоваться несколько воздействующих ве­тчин (см. рис. 2). Сигнал Z1 на выходе пускового органа появляется, если одновременно существуют сигналы на выходе пускового органа по току (Х1) и пускового органа по напряжению (X2). Пусковые органы данной МТЗ фиксируют одновременное изменение двух параметров: резкое увеличение тока и резкое снижение напряжения, что характерно для режима к.з. Применение пуска по напряжению позволяет улучшить отстройку защиты от токов максимальной нагрузки.

В режимах перегрузки ток увеличивается, а напряжение практически не изменяется, а при к.з. происходит резкое увеличение тока и снижение напряжения, поэтому используют в качестве пусковых органов реле, срабатывающие при увеличении тока, и реле минимального напряжения, срабатывающие при значительном снижении напряжения. В данном случае I_СЗ можно определять по току нормального рабочего режима без учета перегрузки

Напряжение срабатывания выбирается по условию не действия при допустимых посадках напряжения

,где ;;

.

Также необходима проверка по условию обеспечения самозапуска асинхронных двига­телей, которые тормозились при снижении напряжения, происходящего при внешнем к.з. Рекомендуется принимать . Из двух значенийU_C3 необходимо принять U_C3.min .

Схема МТЗ с блокировкой по минимальному напряжению имеет два пусковых органа, контакты которых включены последовательно (рис. 16).

На рисунке 17 приведены способы выполнения пусковых органов напряжения.

В схеме на рис. 17, а пусковой орган минимального напряжения выполнен с помощью трех реле минимального напряжения, включенных на линейные напряжения, и реле напряжения ну­левой последовательности реле KV4. Последнее работает при возникновении к.з. на землю.

Наиболее часто используется комбинированный пуск по напряжению. Схема его при­ведена на рис. 17, б, где ZV- фильтр напряжений обратной последовательности.

Данный способ выполнения пуска обладает лучшей чувствительностью при двухфаз­ных к.з., так как при данном виде к.з. напряжение на выходе фильтра (ZV) резко увеличива­ется по сравнению с нормальным режимом, работает KV1 и снимается питание с реле KV2, которое подает питание на контакты токовых реле КА:

.

Рис. 16. Схема трехфазной МТЗ с пуском (блокировкой) по напряжению

Рис. 17. Способы выполнения пуска по напряжению:

а - пуск минимального напряжения; б - комбинированный пуск

При трехфазных к.з. реле KV1 не работает, т.к. напряжения обратной последовательности нет. На обмотку реле KV2 подано напряжение U_ab, и реле KV2 может сработать, если . При- защита не работает. Правила расчетаU_сз для реле KV2 такие же, как для реле минимального напряжения в схеме, приведенной на рис. 17, а. Величина UK3, подводимого к реле KV2 при трехфазном к.з., зависит от места его воз­никновения. При к.з., близких к месту установки защиты, U_K.3. снижается практически до пуня и реле KV2 срабатывает.

Рис. 18. Принцип действия направленной МТЗ

Качество защиты оценивается по k_ч токового и k_ч напряженческого органов:

; ,

где U_ост - напряжение в месте установки защиты при трехфазном к.з. в конце защищаемой зоны. Защита пригодна к установке, если ;.

Согласование выдержек времени проводится так же, как и для обычной МТЗ.