4.4. Поведение мтз при двойных замыканиях на землю

В сети с изолированной нейтралью возможны одновременные замыкания на землю разноименных фаз в двух разных точках сети (рис. 4.6). В этих случаях желательно отключить не обе поврежденные ЛЭП, а только одну из них – W1 илиW2.

При случайном расположении ТТ (на разных участках, на разноименных фазах) МТЗ может работать неправильно, если оба замыкания на землю возникнут на тех фазах, где ТТ нет, как это показано на рис. 4.6. В этом случае МТЗ обеих поврежденных ЛЭП не подействуют, что повлечет неселективное отключение источника питания сети.

Из рис. 4.7 нетрудно установить, что при размещении ТТ на одноименных фазах А и С повреждения будут отключаться селективно (т. е. в одной точке сети), за исключением следующих случаев:

а) если более удаленное от источника питания замыкание на землю (в точке К2) окажется на фазе В, не имеющей ТТ, а второе на фазе А или С (рис. 4.7, а), то в этом случае подействует МТЗ и отключит ближнюю к источнику питания ЛЭП W1. Трехфазная МТЗ в этих условиях обеспечивает селективное отключениеW2;

б) если оба замыкания на землю возникнут на ЛЭП W1 иW2, имеющих МТЗ с одинаковыми выдержками времени и на тех фазах (А и С), которые оборудованы ТТ (рис. 4.7, б), то двухфазные МТЗ обеих ЛЭП отключат обе точки повреждения одновременно, т. е. обе МТЗ работают неселективно. Совершенно так же в этом случае действует МТЗ и в трехфазном исполнении;

в) если одно повреждение (К1) возникает на фазе В, не имеющей ТТ, а второе (К2) – на фазе А или С, имеющей его (рис. 4.7, в), то двухфазная МТЗ работает только на одной из двух поврежденных ЛЭП, в результате чего одна из поврежденных ЛЭП остается в работе. Трехфазная МТЗ в приведенном случае действует неселективно, отключая обе ЛЭП при любом сочетании поврежденных фаз.

Таким образом, в первом из трех приведенных случаев (рис. 4.7, в) имеет преимущество трехфазная схема, а в третьем (рис.4.7,в) – двухфазная, которая действует правильно в 2/3 случаев повреждений. С точки зрения ликвидации двойных замыканий на землю двухфазная схема имеет преимущество перед трехфазной, что и обусловливает ее применение.

4.5. Выбор тока срабатывания

Исходным для выбора тока срабатывания МТЗ является требование, чтобы она надежно работала при повреждениях на защищаемом участке, но в то же время не действовала при максимальном рабочем токе нагрузки I_HMAXи кратковременных перегрузках, вызванных пуском и самозапуском электродвигателей (см. гл. 18), а также нарушением нормального режима электрической сети.

Электродвигатели имеются в составе большей части электрических нагрузок. При понижении или исчезновении напряжения, вызванном КЗ либо кратковременным перерывом электроснабжения потребителей при действии АПВ или АВР, электромагнитный момент вращения электродвигателей уменьшается, и они начинают тормозиться. При этом наиболее важные для производства электродвигатели оказываются полностью или частично заторможенными, оставаясь подключенными к сети. При восстановлении напряжения они начинают разворачиваться (самозапускаются), потребляя из сети повышенные пусковые токи. Суммарный ток во время самозапуска может существенно превосходить суммарный максимальный рабочий ток нагрузки I_PMAXустановившегося режима.

Увеличение тока нагрузки из-за самозапуска электродвигателей принято оценивать коэффициентом самозапуска k_СЗПпоказывающим, во сколько раз возрастает токI_PMAX. Для отстройки МТЗ отI_HMAXнеобходимо выполнить два условия.

По первому условию МТЗ, пришедшая в действие при КЗ в сети (вне защищаемой ЛЭП), должна надежно возвращаться в исходное состояние после отключения КЗ при наличии в защищаемой ЛЭП тока нагрузки I_HMAX(рис. 4.9, в). Так, на пример, при КЗ в точке К1 (рис. 4.8) токовые реле МТ31 и МТЗ2 приходят в действие. После отключения действием МТЗ2 по врежденной ЛЭПW2 ток КЗ прекращается и в неповрежденной ЛЭПW1 остается токI_HMAX, питающий нагрузку Н_B. При этом ИО МТ31, пришедшие в действие при КЗ, должны возвратиться в исходное положение.

Для обеспечения возврата МТ31 (рис. 4.8) ее ток возврата I_ВОЗдолжен быть больше максимального тока нагрузкиI_HMAX,проходящего по ЛЭПW1 и ее МТ31 после отключения КЗ

(I_ВОЗ>I_HMAX):

I_ВОЗ=k_OTCI_HMAX, (4.1)

где k_OTC– коэффициент отстройки, учитывающий погрешность токового реле МТЗ;I_HMAXв общем случае равенk_СЗПI_PMAX. Подставив это значение вместоI_HMAXв (4.1), найдем

I_ВОЗ≥k_OTCk_СЗПI_PMAX(4.1а)

Коэффициент отстройки = k_OTCдля реле типов РТ-40, РТ-80 и статических реле принимается равным 1,1-1,2. Учитывая, что соотношениеI_ВОЗ/I_С.Зопределяетсяk_B(см. § 2.2), подставляем в это соотношениеI_ВОЗиз (4.1а). Зная значениеk_Bдля рассматриваемых реле, находим первичный ток срабатывания, обеспечивающий возврат МТЗ приI_HMAXпо первому условию:

(4.2)

По второму условию ИО тока, находящиеся в состоянии недействия МТЗ, не должны срабатывать при появлении I_HMAX:

I_С.З > I_HMAX. (4.3)

Наибольшее значение I_HMAXимеет обычно в трех после-аварийных режимах:

а) при отключении одной из параллельных линий нагрузка на оставшейся удваивается (рис. 4.9, а);

б) при успешном включении от АПВ (или вручную) поврежденной ЛЭП с подключенной к ней нагрузкой (например, на рис. 4.9, в при включении от АПВ W1);

в) если к ЛЭП с рассматриваемой МТЗ (рис. 4.9, в), находящейся в работе и питающей нагрузку с током I_РАБ1при действии АВР подключается дополнительная нагрузка, оставшаяся без напряжения из-за отключения питавшей ее ЛЭП (W2 на рис. 4.9, б).

Характер изменения токов в режиме б) и в) аналогичен показанному на рис. 4.10,а. В режиме б) в защищаемой ЛЭП W1 и МТЗ появляется токТок срабатывания МТЗ выбирается по выражению

I_С.З = k_OTCI_HMAX (4.4)

В третьем режиме после отключения W2 АВР подает напряжение на нагрузку Н_CотW1. Начинается самозапуск. Полный ток нагрузкиW1 после действия АВР

I_HMAXW1 = I_PMAXW1 + I_PMAXW2k_СЗП.

Чтобы исключить срабатывание МТЗ на W1, ток срабатывания РЗ согласно условию (4.3) рассчитывается по выражению

(4.5)

Из двух значений I_C.3полученных по (4.2) и (4.4) или (4.5), принимается большее.

Вторичный ток срабатывания реле I_C.Pнаходится с учетом коэффициента трансформации ТТ и схемы включения реле, характеризуемой коэффициентом схемыk_CX(см. § 3.6):

(4.6)

Для схемы соединения в звезду (полную и неполную) k_CX= 1. При включении реле на разность токов двух фазk_CX=.

Из выражений (4.2), (4.4), (4.5) следует, что значение I_C.3зависит не только отI_PMAX, но также отk_B, иk_CЗП. В целях уменьшенияI_C.3для повышения чувствительности МТЗ при КЗ стремятся применять токовые реле с высокимk_B.

Значения k_CЗПпринимаются равными 3-6 для нагрузки с преобладанием электродвигателей; 1,5-2 – при малом удельном значении электродвигателей. Когда электродвигатели составляют почти 100% нагрузки, ток самозапуска можно рассчитывать как трехфазное КЗ за сопротивлением полностью заторможенных электродвигателей.

Выбрав ток срабатывания МТЗ, следует проверить согласование ее по чувствительности с МТЗ следующего смежного участка радиальной сети. В общем случае МТЗ и, ближе расположенная к источнику питания, должна быть грубее, чем МТЗ n+ 1, расположенная дальше.

Для этого необходимо выполнить условие

I_{C.3 n}>I_{C.3 (n+1)} или I_{C.3 n} =k_OTCI_{C.3 (n+1)} (4.6а)

где k_OTC– коэффициент отстройки, учитывающий погрешность реле по току срабатывания, равный 1,1-1,5.

Поскольку I_C.3выбирается по току нагрузки, то практически условие согласования чувствительности смежных МТЗ всегда выполняется, так как чем ближе ЛЭП (и МТЗ) к источнику питания, тем больше ее нагрузка, а следовательно, и токI_C.3.

Чувствительность МТ3.Проверка ведется по минимальному значению тока КЗI_KMINпри повреждении в конце зоны МТЗ, которая должна охватывать защищаемую ЛЭП и резервировать РЗ следующего участка (второго), т. е. линиюW2 и трансформаторы, отходящие от шин приемной подстанции В (рис. 4.11). Минимальный ток КЗ рассчитывается для реального минимального режима на электростанциях и в сетях, питающих ЛЭП. Чувствительность МТЗ оценивается коэффициентом чувствительности

k_Ч = I_KMIN/I_C.3 (4.7)

Коэффициент чувствительности для защищаемой ЛЭП считается допустимым, если k_Ч≥ 1,5, при КЗ на резервируемом участке допускаетсяk_Ч≥ 1,2.