лекции

41

Выбор выдержек времени максимальных токовых защит с ограниченно зависимой характеристикой. Для выполнения защиты с ограниченно зависимой характеристикой выдержки времени могут быть использованы реле РТ-80 и РТВ. В [3] даны их характеристики tср =f(k), где к — отношение тока в реле Iр к току срабатывания реле Iср. Для реле РТВ это отношение дано в процентах. Как уже отмечалось, выдержки времени на этих характеристиках указаны в их независимой части, например, для реле РТ-81/1 это 0,5;1; 2; 3; и 4 секунды. Это и есть уставки реле. Для характеристики реле (рис. 2.1.7) при любой кратности справедливо сле-

дующее соотношение А/Б = В/Г. Здесь А = tуmах - tymin, Б = t l - t 2 , B = ty-tymin, Г=t х - t 2 . Используя эти значения, получим

Здесь ty — выдержка времени, которую необходимо установить на реле (она может отличаться от указанных на шкале уставок, т. е. не попадать ни на одну из характеристик); tx — время срабатывания реле при заданной кратности и выдержи времени tу. Из этого выражения при заданной уставке tу можно для любой кратности найти

(2.1.8)

Рис. 2.1.5. Размещение максимальных токовых защит в радиальной сети с односторонним питанием

Рис.2.1.6. Согласование характеристик

41

42

максимальных токовых защит с независимой выдержкой времени

Рис. 2.1.7. Характеристики срабатывания индукционного реле РТ-80

Рис. 2.1.8. Согласование характеристик максимальных токовых защит

с ограниченно зависимой выдержкой времени

Если для некоторой кратности известно время срабатывания, то можно определить уставку

(2.1.9)

Поскольку время срабатывания реле зависит от тока, то согласование выдержек времени у максимальных токовых защит с ограниченно зависимой характеристикой должно производиться для определенного тока. На рис. 2.1.8 показано изменение тока повреждения при перемещении точки короткого замыкания от подстанции А к подстанции В (кривая 3) и построены характеристики 1 и 2 защит A1 и А2 соответственно. Из рис. 2.1.8 следует, что наибольший ток КЗ, а следовательно, и наибольший ток в реле защиты А1 и А2 проходит при трехфазном повреждении вблизи места установки защиты А2 (точка К2), т. е. у шин подстанции Б. При удалении точки КЗ в направлении к К3 ток повреждения и токи в реле защит А1 и А2 уменьшаются, а их время срабатывания увеличивается. Известно, что для двух реле одного типа с разными уставки времени срабатывания их разность ∆t при изменении

42

43

тока не остается постоянной: она тем больше, чем меньше ток в реле (рис. 2.1.8). Поэтому необходимо, чтобы селективность выполнялась при максимальном токе КЗ, проходящем через место установки защит А1 и А2. Это так называемый максимальный ток внешнего короткого замыкания I(3)к вн max. В данном случае это ток I(3)к2 . Порядок согласования выдержек времени защит А1 и А2 следующий.

Рис. 2.1.8. Согласование характеристик максимальных токовых защит

с ограниченно зависимой выдержкой времени

Если для некоторой кратности известно время срабатывания, то можно определить уставку

(2.1.10)

Поскольку время срабатывания реле зависит от тока, то согласование выдержек времени у максимальных токовых защит с ограниченно зависимой характеристикой должно производиться для определенного тока. На рис. 2.1.8 показано изменение тока повреждения при перемещении точки короткого замыкания от подстанции А к подстанции В (кривая 3) и построены характеристики 1 и 2 защит Л1 и А2 соответственно. Из рис. 2.1.8 следует, что наибольший ток КЗ, а следовательно, и наибольший ток в реле защиты А1 и А2 проходит при трехфазном повреждении вблизи места установки защиты А2 (точка К2), т. е. у шин подстанции Б. При удалении точки КЗ в направлении к Къ ток повреждения и токи в реле защит А1 и А2 уменьшаются, а их время срабатывания увеличивается. Известно, что для двух реле одного типа с разными уставки времени срабатывания их разность АI при изменении тока не остается постоянной: она тем больше, чем меньше ток в реле (рис. 2.1.8). Поэтому необходимо, чтобы селективность выполнялась при максимальном токе КЗ, проходящем через место установки защит А1 и А2. Это так называемый максимальный ток внешнего короткого замыкания.

43

44

Порядок согласования выдержек времени защит ЛI и А2 следующий.

1.Токи срабатывания защиты А1 — IIIIсз1 и А2— IIIIсз2 и соответственно токи срабатывания их реле IIIIср1 иIIIIср2 известны.

2.Уставка времени срабатывания защиты А2 — tу2 задана, Iymax и Iymin известны (рис. 2.1.7).

3.Определяют токи в реле защиты А1 — Iр1 и защиты А2 — Iр2 при прохождении через место установки защит тока I(3)кВН max (I(3)к2).

4.Находят кратностьдля реле защиты А2 и для этой кратности по граничным временным характеристикам реле нахо-

дят t1 и t2 ( рис. 2.1.7).

5.По выражению (2.1.9) определяют время срабатывания защиты A2 tx2 при кратности к2.

6.Находят кратностьдля реле защиты Л1 и соот-

ветствующие t1 и t2. При этой кратности время срабатывания реле защиты A1 должно быть на ступень селективности больше времени tx2,

т. е.

7.По выражению (2.1.10) находят уставку времени срабатыва-

ния защиты А1 tу1. При использовании указанных на реле стандартных уставок

и соответствующих характеристик время срабатывания tx2 для защиты А2 находят непосредственно по принятой характеристике, а для защиты

A1 по полученному tх1 и соответствующей кратности кI выбирают временною характеристику так, чтобы время срабатывания реле при

кратности кI было не меньше tx1. Ранее было показано, что ток в реле Iр

и

ток срабатывания реле IIIIср можно выразить через соответствующие

первичные токи, как Поэтому кратность равна

(2.1.11)

Для рассматриваемого случая Таким образом, при пользовании временными характеристиками

можно для определения кратности тока в реле пользоваться выражением (2.1.11). Мы рассмотрели случай, когда обе защиты имеют ограниченно зависимую характеристику времени срабатывания. Однако возможно, что одна из защит имеет независимую, а другая ограниченно зависимую характеристики.

Если независимую характеристику имеет защита A2 ( рис. 2.1.9, а характеристика 2), то согласование выдержек времени защит А1 и А2 выполняется как и в предыдущем случае при токе I(3)к вн max. Но согласо-

44

45

вание упрощается, так как нет необходимости определять для защиты А2 кратность к2 и время срабатывания tx2. Выдержка времени у этой защиты при любом токе равна tу2. Следует только найти кратность для защиты А1. При этом время срабатывания защиты А1

должно быть По tx1 следует выбрать соответствующую характеристику реле.

Если же независимую характеристику имеет защита А1 (рис. 2.1.9, б характеристика I), то для обеспечения селективности при любых токах выдержки времени следует согласовывать при срабатывания защиты А1

— IIIIсз1. В этом случае необходимо найти кратность тока для защиты А2 и далее время срабатывания tx2. Выдержка времени защи-

ты А1 должна быть на ступень селективности больше Из рис. 2.1.8 следует, что основное преимущество защиты с ограниченно зависимой выдержкой времени - отключение близких повреждений с малой выдержкой времени при обеспечении селективности в случаях короткого замыкания на соседней линии.

Достоинством рассматриваемой защиты является также отсутствие отдельных реле времени (что упрощает схему) и удобное согласование с пусковой характеристикой электродвигателей. Наряду с этим она имеет существенные недостатки, которых нет у максимальной токовой защиты с независимой характеристикой выдержки времени: большие выдержки времени в минимальных (точнее, не в максимальных) режимах работы и при действии защиты в качестве резервной; зависимость уставки времени срабатывания от максимального тока КЗ, что требует изменять уставки с развитием системы электроснабжения и держать их все время под наблюдением.

Рис. 2.1.9. Согласование выдержек времени максимальных токовых защит

45

46

Выбор тока срабатывания. Основным требованием при выборе тока срабатывания защиты является ее несрабатывание на отключение при послеаварийных кратковременных перегрузках, которые могут происходить по разным причинам. Рассмотрим выбор тока срабатывания защиты А1, установленной на линии Л1 (рис. 2.1.10).

Рис. 2.1.10. Схема распределительного пункта

1. При внешних КЗ, например, в точке К2 защита А1 обязательно должна приходить в действие, если она осуществляет дальнее резервирование. Ее селективность при этом обеспечивается выдержкой времени и тем, что после отключения этого КЗ защитой А2 защита А1 возвращается в исходное состояние.

Однако такое действие защиты имеется только в том случае, если после срабатывания защиты А2 и отключения короткого замыкания измерительный орган защиты А1 возвращается в начальное состояние. Для этого необходимо, чтобы ток возврата защиты был больше максимально возможного тока в линии Iзтах после отключения внешнего короткого замыкания (рис. 2.1.11), т. е.

Рис. 2.1.11. График изменения тока в линии при нормальном режиме, при КЗ и после его отключения

46

47

При определении тока Iзтах необходимо учитывать возможность увеличения тока в защищаемой линии вследствие самозапуска электродвигателей при восстановлении напряжения после отключения короткого замыкания. Ток Iзтах обычно больше длительно существующего максимального рабочего тока Iра6мах, что учитывается коэффициентом самозапуска kcзп ~ 2,5...3. В связи с этим селективное действие защиты

обеспечивается, если IIIIвз> kC3П Ipабmax или с учетом коэффициента отстройки кIIIотс

(2.1.12)

Коэффициент отстройки учитывает, например, погрешности реле, неточности расчета и принимается равным кIIIотс=1,1... 1,2.

С учетом коэффициента возврата из (2.1.12) получается следующее выражение для тока срабатывания защиты:

(2.1.13)

Таким образом, для вторичных реле общее расчетное выражение для определения тока срабатывания реле имеет вид

(2.1.14)

где кв — коэффициент возврата принимается равным 0,8 для реле РТ-40 и РТ-80 и 0,65 для реле РТВ; кс(х3) — коэффициент схемы, определяется схемой соединения трансформатора тока и реле; KI — коэффициент трансформации трансформаторов тока.

2. При КЗ на защищаемой линии Л1, например, в точке К1 и ее успешном повторном включении устройством АПВ (если оно имеется) защита не должна срабатывать. Характер изменения тока у места ее установки показан на рис. 2.1.12. Из рисунка следует, что после отключения линии и до включения ее устройством АПВ повторно имеется бестоковая пауза, в результате чего измерительные органы защиты возвращаются в исходное состояние. Поэтому для этого случая в выражении (2.1.13) и (2.1.14) коэффициент возврата кв может быть принят равным единице. Строго говоря, коэффициент самозапуска в связи с возможным неравенствомтоковIзтахиI/зтахтожеможетбытьиным.

47

48

Рис. 2.1.12. Характер изменения тока у места установки защиты в нормальном, аварийном и послеаварийном режимах

при наличии на линии АПВ

3. При отключении линии Л2 (рис. 2.1.10) и действии устройства АВР к линии Л1 подключается дополнительная нагрузка с максималь-

ным рабочим током Iрабтах2. Однако в связи с тем, что на секции шин II после отключения Л2 некоторое время отсутствовало напряжение, про-

изошло торможение электродвигателей. После включения Q5 произошел их самозапуск и дополнительная кратковременная нагрузка на Л1

стала равной kcзпIpa6 max2. Кроме того, собственный ток линии Iрабmах1 также возрос из-за понижения напряжения на секции шин I при подключении

к ней заторможенных двигателей секции шин II.

При этом электродвигатели секции шин I тоже тормозятся, а затем самозапускаются. На время их самозапуска Ipa6max1 становится равным к

Ipa6max1. Таким образом, суммарный ток кратковременной перегрузки по линии Л1 в послеаварийном режиме равен

а ток срабатывания защиты А1

(2.1.15)

В зависимости от доли двигательной нагрузки секции шин I рекомендуется принимать к =1…1,5. Коэффициент kсзп определяется расчетом. Приближенно максимальный рабочий ток защищаемой линии Iрабmах может быть определен:

а) по сумме номинальных токов всех трансформаторов и другой нагрузки, подключенных к линии;

б) по длительно допустимому току.

Если трансформаторы являются не только рабочими, но и резервными, то в нормальном режиме ток нагрузки каждого из них должен быть около 0,7 номинального тока, а в режиме резервирования длительная перегрузка не превышает 1,4 номинального тока трансформатора.

Для обеспечения селективности в ряде случаев, например, при использовании реле РТВ требуется, чтобы по мере приближения к источнику питания ток срабатывания защит увеличивался. В других случаях ток срабатывания IIIIсз1 защиты А1, расположенной вблизи источника питания, должен быть не меньше тока срабатывания IIIIсз2 защиты А2

(рис. 2.1.10). Таким образом, должно выполняться условие IIIIсз(n-1) >

IIIIсзn.

48

49

Рис. 2.1.13. Размещение токовых защит

всети с двусторонним питанием

Вряде случаев приходится учитывать также влияние токов нагрузки. При этом, в частности, для защиты А1 должно выполняться усло-

вие где Iрабmах — максимальный рабочий ток электропотребителей подстанции Г (рис. 2.1.5). Чувствительность максимальной токовой защиты проверяют по минимальному току I(2)min при повреждении в конце защищаемой линии (точка К3). Чувствительность считается

достаточной при Если максимальная токовая защита осуществляет дальнее резервирование, ее коэффициент чувствительности определяется по минимальному току КЗ в конце смежного участка (рис. 2.1.15, точки К1 и К4 для защиты A1) при этом необходимо, чтобы При наличии нескольких линий, отходящих от шин приемной подстанции, коэффициент должен обеспечиваться при КЗ в конце любой из них.

В распределительных сетях с двусторонним питанием, а также в сложных сетях с одним и несколькими источниками питания селективность действия максимальной токовой защиты не обеспечивается, что подтверждает пример выполнения защиты в радиальной сети с двусторонним питанием (рис. 2.1.13). При коротком замыкании в любой точке сети, в том числе и в точке К1 в общем случае приходят в действие все защиты. При этом для селективного отключения поврежденного участка

АБ необходимо, чтобы выдержка времени t2III защиты А2 была меньше выдержек времени t3III защиты A3 и t4III защиты А4, т. е..

Наряду с этим для селективного действия защиты при коротком замыкания в точке К2 должно выполняться условие . Из этого следует, что к защитам А2 и A3 предъявляются противоречивые требования. Невозможно выполнить условие, при котором в одно и то же время выдержка времени защиты А2 была бы и больше и меньше выдержки времени защиты A3, поэтому в таких сетях максимальная токовая защита не может быть селективной и применение ее невозможно.

2.4. ТОКОВАЯ НАПРАВЛЕННАЯ ЗАЩИТА Максимальная токовая (ненаправленная) защита (МТЗ) используется

главным образом для защиты радиальных линий с односторонним питанием. В кольцевой сети, в сети с двухсторонним питанием и особенно в

49

50

сложных сетях с несколькими источниками питания МТЗ в большинстве случаев не может обеспечить селективного действия.

Действие МТЗ в кольцевой сети:

t1=3''

Т

1

6

Т

t6=3''

	t8=0,5'
					8
	'
	t2=2,5'
	' Т
		2

W1 k1

W2

Т

3

k2

t3=2''			t4=1,5'
			Т'
Т					n2		t7=1''
			4				Т
	t5=2+0,5=2,5'
							7
		'
			5
			Т

Рис. 2.4.1. Схема кольцевой сети, поясняющая работу схемы

Пусть на линиях будут заданы выдержки времени МТЗ на линиях, отходящих к нагрузкам: t7=1сек и t8=0,5сек. При ступени селективности t=0,5сек выдержки времени остальных защит определяются по ступенчатому принципу и составляют:

на выключателе 4 t4=1+0,5=1,5сек

3 t3=1,5+0,5=2сек

2 t2=2+0,5=2,5сек

1 t1=2,5+0,5=3сек

5t5=2+0,5=2,5сек

6t6=2,5+0,5=3сек.

50