3. Токовые защиты линий

Основными видами повреждений линий электропередач являются междуфазные и однофазные к.з. Защита линии должна выявить факт возникновения повреждения и сформировать команду на отключение выключателей повреждённой линии от источников питания.

Для защиты линий от к.з. широкое распространение получили защиты, реагирующие на увеличение тока выше заранее установленного значения (уставки). Такие защиты называются максимальными токовыми защитами (МТЗ).

Максимальные токовые защиты могут быть реализованы с помощью различных технических средств:

• предохранителей с плавкими вставками;

• электромагнитных и тепловых расцепителей автоматических выключателей (автоматов);

• максимальных реле тока в совокупности с реле времени, промежуточными и указательными реле.

МТЗ широко используется в радиальных электрических сетях напряжением до 35 кВ.

В сетях напряжения до 1 кВ токовые защиты, как правило, выполняются на предохранителях или с помощью автоматических выключателей, а в сетях выше 1 кВ с использованием реле.

1. Токовая защита с использованием предохранителей

Предохранитель представляет собой простейший коммутационный аппарат, состоящий из цилиндрического корпуса, изготовленного из изолирующего материала и двух металлических электродов, закрывающих корпус с обоих торцов. Электроды соединяются между собой плавкой вставкой, проходящей внутри корпуса предохранителя.

Принцип действия предохранителей основан на тепловом действии электрического тока. Согласно закону Джоуля-Ленца при прохождении тока по проводнику сопровождается выделением определённого количества тепла.

В нормальном режиме выделяемое в плавкой вставке предохранителя тепло нагревает саму вставку и корпус предохранителя и рассеивается в окружающую среду. Температура нагрева плавкой вставки в нормальном режиме не превышает температуру её плавления.

В режимах к.з. и при перегрузках увеличение тока через плавкую вставку предохранителя приводит к увеличению количества выделяемого тепла, и температура проводника плавкой вставки начнёт повышаться. При значительном увеличении тока (или времени прохождения тока) температура может достичь температуры плавления металла плавкой вставки, вставка плавится (перегорает), и происходит разрыв электрической цепи. Очевидно, чем больше сила тока (или время прохождения тока) по плавкой вставке, тем быстрее она перегорает. На этом явлении и основан принцип действия предохранителей с плавкими вставками.

Предохранитель выполняет функции всех элементов токовой защиты, а также функции измерительного преобразователя тока и выключателя линии. С помощью предохранителей защита осуществляется наиболее просто и дешево (при их использовании не требуется устанавливать трансформаторы тока и напряжения, реле и автоматические выключатели).

В сетях переменного и постоянного тока напряжением до 1 кВ предохранители с плавкими вставками являются основным видом защиты. В некоторых случаях предохранители используются и в сетях переменного тока более высоких напряжений (до 110 кВ), когда они удовлетворяют требуемым параметрам и условиям эксплуатации.

Предохранители применяются для защиты от к.з. и от перегрузки не только линий, но и трансформаторов, электродвигателей и др. электрооборудования, при условии, что минимальное напряжение и ток, а также предельный отключаемый ток соответствуют параметрам сети, если при этом обеспечиваются необходимые чувствительность и селективность.

Предохранители устанавливаются на всех фазах между разъединителем (или рубильником) и защищаемым элементом, для того, чтобы замену перегоревших плавких вставок можно было производить со снятием напряжения.

Предохранители характеризуются следующими техническими параметрами:

• номинальное напряжение предохранителя (U_пр.ном);

• номинальный ток плавкой вставки (I_вс.ном);

• номинальный ток предохранителя (I_{пр.ном);}

• предельный отключаемый ток (I_{откл.макс).}

Любой предохранитель обладает время-токовой характеристикой плавкой вставки (защитной характеристикой).

Из рис. 3-1 видно, что защитная характеристика плавкой вставки представляет собой зависимость времени разрыва предохранителем цепи от проходящего через предохранитель тока, отнесенного к номинальному току плавкой вставки или к кратности этого тока к номинальному току вставки.

Рис. 3-1. Защитная (время-токовая) характеристика плавной вставки.

Выбор предохранителей, используемых в качестве токовой защиты, должен осуществляться с соблюдением следующих условий:

U_пр.ном. U_с

I_пр.ном  I_{раб.мах} (3-1)