лекции

51

При такой настройке МТЗ будет действовать селективно при КЗ на линиях, отходящих к нагрузке, и на шинах подстанции №1 и №2. Однако при КЗ на линиях W1 и W2 защита будет действовать неселективно. Изменением выдержек времени МТЗ в сети получить ее селективное действие невозможно. Для селективного отключения повреждений в такой сети необходимо, чтобы защита на выключателях 2,3,4,5 различала, на какой из линий произошло КЗ. Таким свойством обладает максимальная токовая направленная защита (МТНЗ).

МТНЗ состоит из пускового органа, осуществляемого токовым реле, органа направления мощности и органа выдержки времени.

	+	K	K	K
TV
		A	W	T	-

Рис. 4.2. Принципиальная схема максимальной токовой направленной защиты

Защита действует на отключение только в том случае, если срабатывает не только токовые реле, но и реле мощности, которое замыкает свои контакты, только при направлении мощности кКЗ от шин в линию. Выбор выдержек времени МНЗ производится по ступенчатому принципу, но с учетом направленности их действия, т.е. производится согласование уставок защит, действующих в одном направлении. Так, например, вначале выбираются выдержки времени защит, имеющих нечетные номера начиная от наиболее удаленной от источника питания защиты 7, на которой следует установить t=0 сек.

Рассмотрим следующею схему сети (рис.2.4.3). Выдержка времени на выключателе 5 должна удовлетворять двум условиям:

1)t5=t7+ t=0+0,5=0,5сек;

2)t5=t10+ t=0,5+0,5=1сек.

Второе условие, дающее большую выдержку времени является определяющим.

51

52

t9=1''

Т

9

t4=1,5'

t1=2''

Т

t2=0

t3=1,5'

Т

'

'

t11=0,5

3

4

1

2

Т

''

М

М

11

6

8

7

5

t8=2,5'

t6=2''

Т

Т

М

М

'

t5=1''

t7=0

10

Т

t10=0,5

''

Рис. 2.4.3. Поясняющая схема

Выдержка времени следующей защиты на В-3 должна удовлетворять также двум условиям:

1)t3=t5+ t=1+0,5=1,5сек;

2)t3=t11+ t=0,5+0,5=1сек.

Первое условие, дающее большую выдержку времени является определяющим.

Выдержка времени на Q1 равна: t1=t3+ t=1,5+0,5=2сек.

Затем аналогично выбираются выдержки защит в другую сторону: t2=0сек, t4=1,5сек, t6=2сек, t8=2,5сек.

Рассматривая повреждения на любой из линий, нетрудно убедиться, что отключаться будет только поврежденная линия и, что будет сохраняться питание всех подстанций. Защиты 1,8,3,6 могут быть ненаправленными.

Ток срабатывания пусковых токовых реле МТНЗ

Ток срабатывания выбирается так же, как для МТЗ и так, чтобы обеспечить выполнение следующих условий:

1.защита не должна действовать при прохождении по защищаемой линии тока нагрузки;

2.защита должна действовать при к.з. на защищаемом участке и иметь коэффициент чувствительности не менее 1,5;

3.защита как правило должна действовать и при к.з. на смежном участке с коэффициентом чувствительности в конце смежного участка не менее 1,2.

52

53

Для выполнения первого условия ток срабатывания должен быть более максимального тока нагрузки. Однако выполнение одного этого требования недостаточно для отстройки от максимального тока нагрузки.

	2	Iн.3
I Л1	Л2
	Л3	П3
Iн.1=Iн.2+Iн.3		Iн.2
	П2

Рис. 2.4.4. Поясняющая схема

Рассмотрим поведение защиты I. После отключения поврежденной линии Л2, ток КЗ прекратится и по линии Л1 вновь проходит максимальный ток нагрузки. При этом новое значение максимального тока нагрузки может значительно превышать ток предварительного режима за счет самозапуска электродвигателей при восстановлении напряжения. В этих условиях пусковые токовые реле защиты I, сработавшие в момент возникновения к.з. должны вернуться в исходное положение, до того как истечет выдержки времени защиты, что обеспечивается только в том случае, если ток возврата токовых реле будет более тока нагрузки послеаварийного режима. Увеличение тока нагрузки в результате самозапуска электродвигателей учитывается коэффициентом самозапуска Кз. Таким образом, для выполнения первого условия необходимо, чтобы:

Iв.з. = кнкзIн.max ,

где кн – коэффициент надежности отстройки (больше единицы). Ток возврата связан с током срабатывания:

кв=Iв.з/Iс.з

Отсюда ток возврата:

Iв.з. = кв Iс.з
кв Iс.з. = кнкз Iн.max отсюда						(2.4.1)
Iс.з =		кнкз Iн.max
			кв
кн принимается 1,1-1,25;
кз принимается 2-3.
Вторичный ток срабатывания, т.е. уставка реле:
Iс. р	=		кнкзксхIн.max
			квnТ

53

54

где nт – коэффициент трансформации ТТ;

ксх – коэффициент схемы, равный 1 для схемы соединения ТТ в полную и неполную звезду и 1,73 при соединении в треугольник и на разность токов двух фаз.

При определении максимального тока нагрузки нужно исходить из наиболее тяжелых, но реальных режимов. При выборе уставок очень важно правильно учесть коэффициент самозапуска электродвигателей. В тех случаях, когда кз неизвестен принимают Iс.з=4Iном и тогда:

Iс.з = 4ксхIном

nТ

Из формулы (2.4.1) видно зависимость тока срабатывания от коэффициента кв реле. Это необходимо учитывать при настройки реле, добиваясь чтобы кв был не менее гарантированного заводом.

После определения тока срабатывания по условию отстройки от максимального тока нагрузки проверяется выполнение условий 2) и 3), которые определяются коэффициентом чувствительности действия защиты в режиме, когда токи КЗ. имеют минимальные значения. Коэффициент чувствительности определяется по формуле:

к= Iкз.min

чIс.з

При определении кч защиты, включенной на разность токов двух фаз, ток Iкз.min определяется при двухфазном к.з. между фазами, на одной из которой нет ТТ, так как в этом случае протекает меньший ток. Ток срабатывания МНЗ желательно отстраивать от максимального тока нагрузки как от шин в линию, так и к шинам. Для этого в формулы должно подставляться наиболь-

шее значение тока Iн.max.

Если при отстройке от Iн.max , направленного к шинам подстанции, не обеспечивается необходимая чувствительность защиты, то отстройка произ-

водиться только от Iн.max в направлении от шин. Если и в этом случае кч получается ниже допустимого, то применяется блокировка минимального напря-

жения:

U

с.з

=

U раб.min

; U

с. р

=

U раб.min

к

к

в

к

к n

н

н

в Т

кч =

Uс.з

>1,5(свой участок) и 1,2(смежный)

Uкз.max

где Uкз.max – максимальное значение остаточного напряжения при к.з. в конце защищаемой зоны.

При трехфазном к.з. вблизи шин напряжение понижается до нуля. Мощность на реле может оказаться недостаточной для срабатывания. Этот участок линии называется “мертвой зоной”. Наличие мертвой зоны является недостатком МТНЗ.

54

55

2.5. ТОКОВАЯ ЗАЩИТА ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ

В сети с заземленными нулевыми точками трансформаторов составляющие нулевой последовательности тока однофазного КЗ на землю замыкаются через заземленные нулевые точки всех этих трансформаторов. Поэтому в ряде случаев даже в разделительной сети с односторонним питанием МТЗ не обеспечивают селективности при однофазных КЗ.

I

1

II

Л1

Iк.з1

Iк.з2

2

Л2

III

Iк.з3

Рис. 2.5.1. Схема сети с режимом работы нейтрали «глухое заземление»

При КЗ на линии Л2 в точке К ток нулевой последовательности проходит не только по поврежденной линии, но и по неповрежденной линии Л1, т.к. ток нулевой последовательности замыкается через все заземленные точки, в том числе и заземленные нейтрали трансформатора подстанции II. Эта особенность требует обеспечить селективность между МТЗ 1 и 2 от однофазных КЗ. Достигнуть селективности выбором выдержек времени невозможно. Так при КЗ на линии Л2 защита 1 должна иметь выдержку на ступень селективности выше, чем защита 2, а при КЗ на линии Л1 наоборот защита Л2 должна иметь большую выдержку. В отдельных случаях селективность между защитами 1 и 2 может быть достигнута выбором тока срабатывания защит так, чтобы они не работали от тока нулевой последовательности, идущего к шинам, но обеспечивали необходимую чувствительность при КЗ на всей линии от тока, идущего от шин.

МТЗ от однофазных КЗ в большинстве случаев состоит из двух или трех ступеней. Первой ступенью является обычно мгновенная отсечка, за-

55

56

щищающая часть линии. Ток срабатывания отсечки с учетом особенностей прохождения токов однофазных КЗ определяется по формулам:

Iс.з. = кнIкз.max или

I =кнксхIкз.max с. р. nТ

где Iкз.max – максимальный ток при КЗ на шинах противоположной подстанции;

кн – коэффициент надежности равный (1,2-1,3) при выполнении отсечки токовыми реле типа ЭТ-521 или РТ-40, действующего через промежуточные реле; (1,1-1,2) при выполнении отсечки токовыми реле типа ЭТ-521 или РТ-40, действующего через реле времени; (1,4-1,5) – при выполнении отсечки токовыми реле типа РТ-80, РТ-90.

Зона действия токовой отсечки:

Iк.з

Iс.з.

L, км

зона

действия

отсечки

Рис. 2.5.1. Зона действия токовой отсечки

Второй ступенью является МТЗ с ограниченной зоной действия, ток срабатывания которой должен согласовываться по чувствительности с током срабатывания первой ступени защиты второго участка по формуле:

I''IIс.з.=кнкр I''Iс.з

где I''Iс.з – ток срабатывания защиты первой ступени защиты второго участка; кн – коэффициент надежности равный (1,1-1,2); кр – коэффициент распределения, представляющий собой отношение

тока, проходящего в защите первого участка, к току, проходящему в защите второго участка при КЗ на втором участке.

Третью ступенью является МТЗ с током срабатывания, отстроенным от тока небаланса:

Iс.з.=кн Iнб.maxnт

где кн - коэффициент надежности равный 1,25.

56

57

Iнб.max – максимальный ток небаланса, который определяется следующим образом: строится действительная характеристика намагничивания ТТ двух фаз,

Iнб.max=I.нам.max-Iнам.min,

с использованием значений самой высокой и самой низкой точки характеристики.

ЭДС от протекании Iкз определяется по формуле:

Е2=Iк.з.(Zл+Z1)

Выдержка времени выбирается по условию селективности с третьей или второй ступенью защиты второго участка.

Вбольшинстве случаев селективность обеспечивается применением направленной защиты нулевой последовательности, действующей только при КЗ на защищаемой линии и на линиях отходящих от шин противоположной подстанции.

Вбольшинстве случаев направленная защита нулевой последовательности выполняется с несколькими ступенями срабатывания, имеющими разные токи срабатывания и выдержки времени, но один орган направления мощности:

1.направленная отсечка, ток которой определяется также как у ненаправленной, но отстройка производится только от тока нулевой последовательности, направленного от шин подстанции; 2.направленная защита ограниченной чувствительности с выдержкой времени;

3.чувствительная направленная защита отстраивается от тока небаланса ТТ, выдержка времени определяется по условию селективности.

2.6. ДИСТАНЦИОННАЯ ЗАЩИТА

Общие сведения

В сетях с двумя и более источниками питания максимальная токовая направленная защита не обеспечивает селективность действия.

1	М		М	2
А		I	к1	В
	к2		II	4
3	М		М

Рис. 2.6.1. Принципиальная схема сети

57

58

с двухсторонним питанием и двухцепной линией передачи

Так, например, в сети показанной на рис. 2.6.1 при КЗ в точке К1на линии I в действие прийдут защиты 1 и 2 поврежденной линии и 3 неповрежденной. В этом случае нужно, чтобы защита 3 имела большую выдержку, чем защита 2. В тоже время при КЗ в точке К2 необходимо, чтобы защита 2 имела большую выдержку. Выполнение этих требований в рассмотренном и других аналогичных случаях не представляется возможным.

МТНЗ и МТЗ имеют также еще ряд недостатков, которые ограничивают их применения сетями с простой схемой. Для защиты сетей с более сложной схемой и несколькими источниками питания используется более сложная дистанционная защита, не имеющая указанных недостатков.

Определение удаленности до места КЗ производится дистанционной защитой путем измерения сопротивления, определяемого сравнением остаточного напряжения на шинах, где установлена защита, и величины тока КЗ, проходящего по защищаемой линии.

Uш TV	Дистанционная
	защита

А

TA

Рис. 2.6.2. Схема, поясняющая работу дистанционной защиты

Uш = Iк.з.Zк.з. ;

Z

к.з.

=

Uш

,

т.к.

Z

к.з.

= Z

L

к.з.

,то

Iк.з.

уд.

Uш

= Z

уд.

L

к.з.

Iк.з.

Следовательно, отношение остаточного напряжения на шинах к току КЗ, проходящему по защищаемой линии пропорционально расстоянию Lкз от места установки защиты до места КЗ. Основным органом дистанционной защиты является реле сопротивления, которое измеряет сопротивление линии до места КЗ, определяет, на каком участке произошло КЗ и совместно с другими органами защиты обеспечивает ее действие с необходимой выдержкой времени. Реле сопротивления могут выполняться, реагирующими на полное сопротивление, реактивное, активное. В России используется только реле, реагирующее на полное сопротивление. Дистанционная защита выполняется так, чтобы их выдержка времени зависела от сопротивления, которое

58

59

измеряют входящие в схему реле сопротивления. Эта зависимость называется характеристикой времени срабатывания защиты. Обычно изготавливают и используется дистанционная защита со ступенчатой выдержкой времени.

t, сек		Третья зона
		t3
	Вторая зона
Первая	t2
зона
t1
		Z, Ом
ZI	ZII	ZIII
W1		W2

Ступенчатая характеристика состоит из двух или трех участков.

Рис. 2.6.3. Ступенчатая характеристика времени срабатывания дистанционной защиты

При КЗ в первой зоне защита действует с выдержкой времени t1 и реле сопротивления измеряет сопротивление от 0 до ZI и т.д. Таким образом, чем больше сопротивление до места КЗ, тем с большей выдержкой времени действует защита. Первая зона защиты, как правило, настроена на 80-85% длины линии (W1). Больший охват недопустим, т.к. из-за погрешностей ТТ, самих реле сопротивлений, ТН защита может сработать при КЗ на смежном участке линии (W2).

Применяются два способа получения ступенчатой характеристики: 1. Отдельное реле сопротивления для каждой ступени.

2.Для первой и второй зоны одно реле сопротивления.

Для третьей зоны устанавливается отдельное реле сопротивления.

Реле сопротивления по принципу своего действия срабатывает, когда измеренное им сопротивление меньше настроенной уставки на нем. Поэтому реле сопротивления второй зоны срабатывает при КЗ в первой и второй зоне, а реле сопротивления третьей зоны при КЗ в первой, второй, третьей зонах. Однако поскольку выдержка времени второй зоны больше первой, а выдержка третьей больше второй, то всегда срабатывает ступень с меньшей выдержкой, чем и обеспечивается ступенчатость характеристики.

Выбор параметров защиты

Для удобства расчетов и анализа работы применяющихся дистанционных органов было введено понятие сопротивление на зажимах реле. Это фиктивное, в общем случае не имеющее физического смысла, сопротивление, которое представляет собой отношение напряжения Uр или его слагающей к току Iр, используемых для действия дистанционных и пусковых орга-

59

60

нов (рис. 2.6.4). Широкое применение этого понятия на практике определяется тем, что при правильном выборе сочетаний Uр и Iр ( остаточного напряжения петли КЗ и определяющего его тока) фиктивное сопротивление на зажимах реле оказывается пропорциональным расстоянию от шин подстанций, на которой установлена защита, до места КЗ на защищаемой линии.

IA	Uр=IрZр		ϕр			IрХр
IB							Iр
			IрRр

Рис. 2.6.4. Векторная диаграмма токов в реле сопротивления

При построении векторной диаграммы различают полное фиктивное

сопротивление Z р =

U р

, реактивное и активное фиктивные сопротивления

I р

X р =

U р

sinϕр

и Rр =

U р

cosϕр . Дистанционные и пусковые органы выполня-

I р

I р

ются путем вторичных реле:

U рВ

n

U рП

n

(2.6.1)

Z рВ

=

=

Т

=

Т

Z рП

I рВ

nН

I рП

nН

В настоящее время дистанционные защиты часто осуществляется посредством РС, используемых несколько напряжений и токов. Для таких реле понятие сопротивления на зажимах реле, строго говоря, уже не может быть применено. Однако и для этих защит выражение (2.6.1) используется для определения уставок по данным первичным сопротивлением защищаемых зон.

Применительно к ДЗ со ступенчатой характеристикой выдержек вре-

мени, выбору подлежат сопротивления срабатывания трех ступеней защиты ZIс.з., ZIIс.з., ZIIIс.з. и выдержки времени tII и tIII . Условия выбора рассмотрим

применительно к двум участкам АБ и БВ сети:

Первая ступень

Первые ступени выполняются без выдержки времени (t'≤0,1сек). При выборе Z'с.з. рабочего режима с минимальным рабочим сопротивлением

Z раб.min = U раб.min не является расчетным, некоторые используемые защиты на

I раб.min

них вообще не реагируют. Первые ступени обязательно направленные. Первичное сопротивление срабатывание выбирается из условия отстройки от КЗ в начале предыдущих присоединений (линии, трансформаторов, автотрансформаторов) – точки К1 и К2:

60