Максимальная токовая направленная защита

Защита, реагирующая на значение тока и направление (знак) мощности к.з., называется максимальной токовой направленной защитой.

Защита должна приходить в действие при соблюдении 2-х условий: ток превышает заданное значение (уставку тока срабатывания); знак мощности к.з. соответствует к.з. в защищаемом направлении.

Орган, определяющий знак мощности к.з. называется органом направления мощности.

Кроме измерительного органа (реле тока), органа направления мощности (реле направления мощности), защита имеет орган выдержки времени (реле времени).

Упрощенная схема максимальной токовой направленной защиты представлена на рис. 3-17, а.

а)

б)

Рис.3-17. Упрощённая схема максимальной токовой направленной защиты.

В качестве реле направления мощности могут применяться электромеханические реле или реле на полупроводниках. Поведение этих реле зависит от знака проведённой к зажимам реле мощности:

где:
	имеет постоянную величину, равную 0, 90^0 или (90^0>>0)

Реле направления мощности в схемах максимальных токовых направленных защит могут подключаться к токовым цепям и цепям напряжения по различным схемам так как мощность, подводимая к реле S_P может иметь недостаточную для срабатывания реле величину (при близких к.з. за счёт снижения напряжения U_P или при неблагоприятных значениях угла _Р когда Sin равен или близок к нулю).

Наибольшее применение нашли так называемые 90-градусные и 30-градусные схемы подключения реле направления мощности. (Схемы условно именуются по углам между током и напряжением, подведённым к реле в симметричном 3-х фазном режиме при условии, что токи в фазах совпадают с одноименными фазными напряжениями). В таблице 3-2 даны указания по различным сочетаниям токов и напряжений применительно к схеме включения реле направления мощности, представленной на рис. 3-18. На этом же рисунке представлены векторные диаграммы токов и напряжений при90 и 30 градусным схемам подключения реле направления мощности.

Таблица 3-2

90-градусная схема включения			30-градусная схема включения
Реле	IP	UP	Реле	Ip	UP
I	IA	UBC	I	IA	UAC
II	IB	UCA	II	IB	UBA
III	IC	UAB	III	IC	UCB

Рис.3-18. Схема включения реле направления мощности и векторные диаграммы токов и напряжений, подводимых к реле:

а) при 90-градусной схеме;

б) при 30-градусной схеме.

Следует иметь ввиду, что реле направления мощности включенные на ток неповреждённых фаз может действовать неправильно, поэтому в схемах направленных токовых защит применяют пофазный пуск, принцип действия которого заключается в том, что пусковые реле разрешают замыкать цепь на отключение только реле мощности включённым на токи повреждённых фаз. Схема максимальной токовой направленной защиты с пофазным пуском приведена на рис. 3-19.

Рис.3-19 Схемая максимальной направленной защиты с пофазным пуском.

В сетях с глухозаземлённой нейтралью защита выполняется в 3-х фазном 3-х релейном исполнении, а в сетях с изолированной нейтралью защита устанавливается на 2-х одноимённых фазах во всей сети.

Защита, как правило, дополняется устройством, контролирующим исправность цепей напряжения, т.к. при нарушениях в цепях напряжения питающих реле направления мощности защита может подействовать неправильно.

Для отключения однофазных к.з. обычно применяются отдельные защиты, реагирующие на токи и напряжения нулевой последовательности. Поэтому максимальная токовая направленная защита часто используется только в качестве защиты от междуфазных к.з., а при замыканиях на землю защита блокируется с помощью специального токового реле, включаемого в нулевой провод трансформаторов тока соединенных в звезду на ток нулевой последовательности. Развёрнутая схема максимальной токовой направленной защиты с блокировкой при замыкании на землю представлена на рис. 3-20.

Рис.3-20. Развёрнутая схема максимальной направленной защиты с блокировкой при замыкании на землю:

а) цепи тока; б) цепи напряжения; в) цепи постоянного тока.

Ток срабатывания токовых направленных защит выбирается аналогично току срабатывания обычных МТЗ по условиям отстройки от максимальных нагрузочных режимов. При этом отстройка производится от токов, направленных от шин в линию.

Выбор выдержек времени токовых направленных защит производится по встречно-ступенчатому принципу. При этом защиты разделяются на две группы с учётом направленности их действия, т.е. производится согласование по времени защит, действующих в одном направлении. Так, на примере, представленном на рис. 3-21 выбираются выдержки времени защит, имеющих нечётные номера, начиная от наиболее удалённой от источника питания защиты 7, на которой выбирают наименьшую выдержку времени:

Аналогично выбираются выдержки времени защит, действующих в другую сторону и имеющих на рис. 3-22 чётные номера:

.

В схемах с блокировкой по напряжению напряжение срабатывания реле минимального напряжения также выбирается аналогично обычной МТЗ с пуском по минимальному напряжению.

Рис.3-21. Ступенчатый принцип выбора выдержки времени максимальных токовых направленных защит.

Чувствительность токовых пусковых органов максимальной токовой направленной защиты оценивается по току 2-х фазного к.з. в конце защищаемой линии и в конце резервируемых участков.

При оценке чувствительности следует учитывать возможность возникновения режима каскадного действия и наличия мёртвой зоны по напряжению.

При к.з. вблизи источника в кольцевой сети с односторонним питанием (рис. 3-22) ток к.з., проходящий через защиту установленную на противоположных шинах, может оказаться недостаточным для её срабатывания. В этом случае, независимо от соотношения выдержек времени, первой сработает защита, установленная вблизи источника (защита 6) и после отключения линии ток в месте установки защиты 5 увеличится и становится достаточным для её срабатывания. Такое действие защиты называется каскадным, а участок линии, в пределах которого защита работает каскадно, называется зоной каскадного действия.

Рис.3-22. Схема кольцевой сети с одним источником питания.

При 3-х фазном к.з. вблизи места установки защиты, напряжение, проводимое к реле направления мощности, может оказаться недостаточным для срабатывания реле, и направленная защита не срабатывает. Участок линии, в пределах которого при 3-х фазных к.з. направленная защита не работает, называется «мёртвой зоной».

Токовые направленные отсечки

Токовые направленные отсечки основаны на том же принципе, что и токовые ненаправленные отсечки.

Реле направления мощности в схемах направленных отсечек не позволяет им действовать при мощности к.з. направленной к шинам. Следовательно, отстройка тока срабатывания направленной отсечки должна вестись только от токов к.з. направленных от шин в линию. В этом заключается принципиальное отличие токовой направленной отсечки от ненаправленной.

Направленные отсечки применяются в сетях с 2-х сторонним питанием, тогда обычная токовая отсечка оказывается слишком грубой из‑за необходимости отстройки её от тока к.з. протекающего с противоположного конца защищаемой линии к шинам подстанции, где установлена ТО. В этом случае I_с.з. у направленной отсечки меньше, а зона её действия значительно больше, чем у ненаправленной отсечки.

Схема мгновенной направленной отсечки отличается от схемы направленной максимальной токовой защиты только отсутствием реле времени.

Направленные ТО могут выполняться мгновенными или с выдержкой времени. Ток срабатывания её выбирается аналогично простой ТО с тем отличием, что направленную токовую отсечку не требуется отстраивать от к.з. за шинами данной подстанции (от к.з. «за спиной»), т.к. в этом случае мощность к.з. направлена к шинам и защита блокируется реле направления мощности. Кроме того, направленные отсечки необходимо отстраивать от токов при качаниях или снабжать специальной блокировкой от качаний.

Сочетание токовых направленных отсечек (мгновенных и с выдержками времени) и максимальных токовых направленных защит позволяет получить токовые направленные защиты со ступенчатой характеристикой выдержки времени.

Как правило, первые и вторые ступени представляют собой токовые направленные отсечки без выдержки времени и с выдержкой времени, а третья ступень – максимальную токовую направленную защиту.

Ступенчатые направленные защиты являются основным видом защит для линий напряжением до 35 кВ в кольцевых сетях, а также в сетях с 2-х сторонним питанием.

Выводы:

1. Применение органа направления мощности (реле направления мощности) позволяет обеспечить селективность токовых защит в кольцевых сетях с одним источником питания, а также в радиальных сетях с несколькими источниками питания.

2. К недостаткам токовых направленных защит относятся:

• большие выдержки времени вблизи источников питания;

• недостаточная чувствительность в нагруженных и протяжённых линиях;

• наличие «мёртвой зоны» при 3-х фазных к.з. вблизи источников питания;

• возможность неправильного выбора направления мощности к.з. при подключении реле направления и мощности к цепям тока и напряжения.

Направленные токовые защиты отличаются простотой и надёжностью и широко применяются в качестве основных защит в сетях напряжением до 35 кВ.

В сетях напряжением 110 и 220 кВ токовые направленные защиты используются как резервные.