КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр-1

электромагнитная сила притяжения якоря Я к электромагниту Э не преодолевает усиление сильной пружины П3, но способна растянуть слабую пружину П1. В результате часовой механизм ЧМ запускается через рычаг Р. При повороте оси ЧМ на определённый угол, прекращается удерживание оси часовым механизмом, якорь притягивается к электромагниту, защёлка З освобождается и автомат отключается, разрывая силовые контакты. При токе к.з. электромагнитное усилие мгновенно преодолевает усилие пружины П3 и автомат срабатывает мгновенно. Значения уставок могут изменяться при помощи устройств уставки У1 и У2 с фиксацией на шкалах Ш1 и Ш2.

Рис. 3-5. Принципиальная схема (а) и время-токовая характеристика (б) электромагнитного расцепителя с часовым механизмом.

С целью расширения возможностей использования автоматов для выполнения токовой защиты автоматы серии АВМ могут оборудоваться так называемым замедлителем расцепителя, который создаёт независимую от тока дополнительную выдержку времени 0,25-0,4 с или 0,4-0,6 с. Наличие замедлителя сдвигает защитную характеристику автомата вверх, что расширяет возможности согласования время-токовых характеристик автоматов установленных на смежных участках электрической сети. Такие автоматы называются селективными.

Автоматы серии А3100 оснащаются тепловыми расцепителями.

Автоматы серий А3110, А3120, А3130 и А3140 оснащаются электромагнитными расцепителями мгновенного действия и тепловыми расцепителями.

Основные технические параметры автоматических выключателей:

номинальное напряжение автомата Uав. ном.;

номинальный ток автомата Iав. ном.;

номинальный ток расцепителя Iрасц.ном.;

ток уставки расцепителя замедленного действия Iуст.1;

ток уставки расцепителя мгновенного действия Iуст.2.

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

Uав.ном. Uсети

Iав.ном. Iраб. макс.		(3-4)
Iуст.1 (1,3 1,5)	Iраб. макс.
Iуст.2 (1,5 1,8)	Iпер.

Кроме того, расцепитель автомата характеризуется его защитной (время-токовой) характеристикой.

Ток перегрузки Iпер. определяется с учётом пусковых токов электродвигателей.

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

41

Защита считается чувствительной, если

	Кч		Iк.мин	1,4	(3-5)
			Iуст.2

Выводы:

1.Автоматические выключатели (автоматы) представляют собой аппараты, состоящие из выключателя с мощной контактной системой для отключения токов к.з. и реле токовой защиты, действующих на отключение автомата при возникновении повреждения или перегрузки.

2.Автоматы имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с плавкими предохранителями:

готовность к быстрому включению немедленно после отключения защищаемой линии;

способность отключать все три фазы защищаемого присоединения, в то время как перегорание предохранителя в одной фазе может привести к опасному режиму работы на 2-х фазах для электродвигателей.

3.Наличие лучших защитных (время-токовых) характеристик автоматов, по сравнению с плавкими предохранителями предопределило широкое их применение в качестве основной токовой защиты в электрических сетях до 1 кВ.

3.3.Максимальная токовая защита линий

Основным признаком возникновения к.з. и перегрузки является увеличение тока в линии. На использовании этого признака и основан принцип действия максимальной токовой защиты (МТЗ), которая приходит в действие (срабатывает) при увеличении тока сверх определённого значения. В качестве реле, реагирующих на возрастание тока, используются максимальные токовые реле.

Максимальные токовые защиты являются основным видом защит для радиальных сетей с односторонним питанием и устанавливаются в начале каждой линии со с тороны источника питания. При таком расположении защит каждая линия имеет самостоятельную защиту, отключающую линию в случае повреждения на ней или на шинах питающиеся от неё подстанции. Селективность МТЗ обеспечивается соответствующим выбором тока и времени срабатывания. Защита наиболее удалённая от источника питания имеет наименьший ток срабатывания и наименьшую выдержку времени. Защита каждой последующей линии имеет

При к.з. в какой-либо точке сети, например, в точке К1 (рис. 3-6), ток к.з. проходит по всем участкам сети между источником питания и местом повреждения, в результате чего приходят в действие (запускаются) защиты 2 и 3. Однако, по условию обеспечения селективности на отключение, должна подействовать только защита 2, установленная на поврежденной линии.

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

42

Рис. 3-6 Время срабатывания МТЗ с независимыми (а) и (б) с зависимыми характеристиками выдержек времени в радиальной сети.

Основными параметрами срабатывания МТЗ являются: ток срабатывания (Iс.з.) и время срабатывания (tс.з.) защиты.

Время срабатывания (выдержка времени) МТЗ в общем случае выбирается на ступень селективности ( t) больше наибольшей выдержки времени предыдущей защиты (рис. 3 -6, а):

tс.з.2 = tс.з.1	+ t	(3-6)
tс.з.3 = tс.з.2	+ t

В зависимости от используемых реле и выключателей ступень селективности может иметь различные значения. Например, при использовании вторичных реле косвенного действия t не превышает 0,2-0,6 с, а при использовании менее точных реле прямого действия t составляет 0,8-1 с.

Обычно в расчетах ступень селективности принимается равной 0,5с.

МТЗ в зависимости от типа используемых реле может иметь независимую от величины тока (следовательно, независимую от места к.з.) характеристику выдержки времени (рис. 3-6, а) или зависимую от тока характеристику выдержки времени (рис. 3-

6, б). Наличие зависимой от тока выдержки времени принципиально позволяет ускорить отключение больших токов к.з.

МТЗ с независимой выдержкой времени реализуются на реле тока типа РТ-40 и реле времени, а с зависимой выдержкой времени – на комбинированных реле тока и времени

РТ-80.

Рассмотренный принцип выбора выдержек времени срабатывания для МТЗ с независимой выдержкой времени называется ступенчатым.

Необходимо отметить, что в сетях с 2-х сторонним питанием (с несколькими источниками питания) достичь селективного действия МТЗ только путём подбора выдержек времени, как правило, не удаётся и необходимо применять более сложные направленные защиты.

Ток срабатывания защиты

Минимальный ток, при котором защита срабатывает называется током срабатывания максимальной токовой защиты.

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

43

Ток срабатывания МТЗ выбирается большим максимального рабочего тока защищаемой линии (максимального тока нагрузки) с учетом необходимости возврата защиты после отключения к.з. защитой предыдущего участка сети.

Для решения этой задачи необходимо выполнить следующие условия:

	1.		Ток срабатывания защиты должен быть больше максимального рабочего тока
нагрузки:
	Iс.з. > Iраб.макс					(3-7)
где:
Iс.з.			- ток срабатывания;
Iраб.макс			- максимальный рабочий ток нагрузки.
	2.		После отключения внешнего к.з. пусковые органы защиты должны вернуться в
исходное состояние:
	Iс.з.		Iраб.макс			(3-8)
			КB
	где:
КВ.	Iвоз.		- коэффициент возврата токовых реле
	Iср.
	3.		При выборе тока срабатывания необходимо учесть увеличение тока при пуске
двигателей:
	Iс.з.		Кс.зап.	Iраб.макс		(3-9)
			Кв
	где:
Кс.зап.			- коэффициент самозапуска, равный отношению пускового тока
					двигателя Iпуск к его номинальному значению Iном.д.

Обычно значение Кс.зап. находится в пределах от 1,2 до 4.

Для примера рассмотрим характер изменения тока в линии 3 (рис. 3-6) при отключении к.з. в точке К1. До момента возникновения к.з. ток в линии (рис. 3-7) равен рабочему току Iраб. В течение отрезка времени t1-t0 по линии проходит ток к.з. Iк. После срабатывания защиты 2 и отключения повреждённой линии (в момент времени t1) ток в линии 3 уменьшается до величины Iзап. Этот ток Iзап. > Iраб. так как электродвигатели, получающие питание от подстанции 2 за время к.з. тормозятся, а после отключения к.з. происходит их самозапуск и они потребляют ток Iзап. больший рабочего Iраб.

Рис. 3-7. Выбор тока срабатывания МТЗ по условию возврата реле после отключения к.з.

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

44

Окончательное выражение для расчёта тока срабатывания МТЗ запишется в следующем виде:

	Iс.p.	Кн Кс.зап.	Iраб.макс	(3-10)
		Кв
где:
Кн	-	коэффициент надёжности, который для:

электромагнитных реле принимается равным 1,2-1,3; полупроводниковых реле – 1,15-1,2; индукционных реле – 1,5

Для того чтобы определить ток срабатывания токовых реле, достаточно учесть коэффициент трансформации трансформаторов тока и схему соединения трансформаторов тока и реле:

Iс.p.	Кн Кс.зап. Кcx		Iраб.макс	(3-11)
		Кв nTT
где:
nTT	-	коэффициент трансформации трансформаторов тока;
Ксх	-	коэффициент схемы, равный отношению тока в реле к вторичному току
		трансформатора тока Kcx			Ip
					ITT

Чувствительность МТЗ оценивается коэффициентом чувствительности Кч, равным отношению тока к.з. в минимальном режиме к току срабатывания защиты:

			2
	Кч		Iк.з.мин		(3-12)
			Iс.з.
	где:
	2	- минимальное значение тока 2-х фазного к.з.
	Iк.з. мин

Чувствительность проверяется для двух режимов работы защиты – основного и режима резервирования.

Если МТЗ является основной защитой, то её чувствительность проверяется по к.з. в конце защищаемой линии. Значение Кч в этом случае:

Кч 1,5

Если МТЗ работает в качестве резервной защиты, то чувствительность проверяется по к.з. в конце резервируемой линии:

Кч 1,2

Для повышения чувствительности максимальной токовой защиты применяются схемы с пуском (с блокировкой) от реле минимального напряжения. Такая защита называется

максимальной токовой защитой с пуском (блокировкой) по напряжению (рис. 3-8).

Из схемы видно, что защита будет действовать на отключение только после срабатывания реле минимального напряжения.

Для обеспечения надёжной работы защиты при всех видах междуфазных и однофазных к.з. устанавливаются три реле минимального напряжения 1, включаемые на линейные напряжения сети и одно реле минимального напряжения 2 реагирующее на появление напряжения нулевой последовательности.

В сетях с изолированной нейтралью токовая часть схемы МТЗ с пуском по напряжению выполняется двухфазной. В части реле напряжения схема выполняется 3-х фазной для обеспечения надёжной работы при 2-х фазных к.з., а реле напряжения, реагирующее на

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

45

нулевую последовательность, не устанавливается, так как защита должна действовать только при междуфазных к.з.

Рис.3-8 Схема МТЗ с блокировкой минимального напряжения.

Ток срабатывания МТЗ с пуском по напряжению отстраивается не от максимального тока нагрузки линии, а от тока нормальной нагрузки Iн. норм, который обычно в 1,5 2,0 раза меньше Iн. макс..

Iс.з. Kн Iн.норм

(3-13)

В результате этого чувствительность защиты при к.з. резко повышается. Напряжение срабатывания защиты выбирается исходя из следующих условий:

реле напряжения не должны срабатывать (замкнуть контакты) при минимальном значении рабочего напряжения:

Uс.з. Uраб.мин.

реле напряжения должны возвращаться (разомкнуть контакты) после отключения к.з. и восстановления напряжения до уровня минимального рабочего:

Uвоз. Uраб.мин.
при этом	Uвоз.		1	Uраб.мин.
			Kн

где:
Kí	- коэффициент надёжности

Учитывая, что KB Uвоз окончательная формула для расчёта напряжения срабатывания

Uс.з.

МТЗ с пуском по напряжению:

Uс.з.	Uраб.мин	(3-14)
	Kн KB.

Напряжение Uраб.мин. обычно принимается на 5-10% ниже нормального значения.

Чувствительность проверяется по максимальному значению напряжения при к.з. в конце зоны действия защиты, при этом коэффициент чувствительности:

Kч. Uс.з. 1,5

Uк.макс

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

46

Напряжение срабатывания реле максимального напряжения реагирующего на появление напряжения нулевой последовательности отстраивается от напряжения небаланса фильтра напряжений нулевой последовательности (обмотки разомкнутого треугольника ТН), т.е. Uс.р.>Uкб и обычно принимается равным 15-20% максимального напряжения на зажимах реле при однофазных к.з.

Выводы:

1.Принцип действия максимальной токовой защиты основан на фиксации увеличения тока при возникновении короткого замыкания или перегрузки.

2.Селективность обеспечивается введением выдержки времени на срабатывание.

3.МТЗ не отличается быстродействием, так как наибольшую выдержку времени имеют защиты головных (со стороны источника питания) участков сети, где быстрое отключение к.з. особенно важно с точки зрения надёжности электроснабжения потребителей.

4.В зависимости от типа используемых реле, МТЗ может иметь независимую от величины тока или зависимую характеристику выдержки времени.

5.Ток срабатывания МТЗ должен быть больше максимального рабочего тока нагрузки с учётом возврата пусковых органов защиты в исходное состояние после отключения внешнего к.з.

6.Чувствительность МТЗ оценивается коэффициентом чувствительности который для основных защит должен быть больше 1,5, для резервных – больше 1,2.

7.МТЗ отличается простотой, надёжностью и невысокой стоимостью.

8.МТЗ получила широкое распространение в радиальных сетях (с односторонним питанием) напряжением до 35 кВ.

3.4.Токовая отсечка

Основной недостаток максимальной токовой защиты заключается в наличии относительно большой выдержки времени вблизи источников питания, поэтому МТЗ, как правило, используют совместно с другой токовой защитой – токовой отсечкой (ТО), реагирующей также как и МТЗ на увеличение тока.

Токовая отсечка является быстродействующей токовой защитой, селективность действия которой обеспечивается соответствующим выбором тока ее срабатывания.

Токовая отсечка не должна срабатывать при к.з. на смежном участке сети, поэтому её ток срабатывания отстраивается от максимального тока внешнего для данной линии к.з. (т.е. от максимального тока к.з. в конце защищаемой линии):

Iс.з. Кн Iк.вн.макс			(3-15)
где:
Кн (Котс)	-	коэффициент надёжности (коэффициент отстройки), учитывающий
		погрешности в расчёте тока к.з. и погрешность в токе срабатывания
		реле (для защит на реле тока типа РТ-40 Кн принимают равным
		1,2 1,3, а для защит на реле РТ-80 – Кн=1,5
Iк.вн.макс	-	максимальный ток внешнего к.з.	(на шинах приёмной подстанции),
		проходящий через защиту при	максимальном режиме работы

системы

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

47

Рис.3-9. Выбор		определение зоны
действия токовой отсечки.
На рис.3-9 изображена кривая	3 f L	показывающая характер изменения тока 3-х
	Iê

фазного к.з. в зависимости от расстояния до точки к.з. Кривая построена на основании выражения:

	3			Еф		(3-16)
	Iк
			Хс	Худ Lк
	где:
	Еф	-		фазная э.д.с. системы
	Хс	-		сопротивление системы
	Худ	-		удельное сопротивление 1 км линии
	Lк	-		расстояние до места к.з.

Зона действия отсечки охватывает только часть линии и меняется в зависимости от режима работы системы (зона А – при максимальном, зона Б – при минимальных режимах системы). Чем больше разница в значениях токов к.з. в начале и конце защищаемой линии (чем больше крутизна кривой спада тока по длине линии), тем больше зона отсечки, поэтому ТО эффективна на относительно протяженных линиях, а также на линиях питающих трансформаторы и реакторы.

Зона действия отсечки определяется графически, как показано на рис.3-9. Зону ТО можно также определить по формуле:

		100		Еф
Xотс		Хл				Xc	(3-17)
			Iс.з.

где:

Хотс

Хл

Iс.з.

зона действия отсечки (в % от сопротивления линии)сопротивление защищаемой линииток срабатывания отсечки.

Токовая отсечка является быстродействующей защитой и время её срабатывания tс.з.

определяется небольшой задержкой вызванной срабатыванием токовых и промежуточных реле, а также исполнительного органа защиты и составляет обычно не более 0,1 с. Этого времени достаточно для предотвращения ложного действия защиты при работе трубчатых разрядников, устанавливаемых на линиях для защиты от перенапряжений.

Токовая отсечка, как правило, не защищает всю длину линии и не может быть использована в качестве основной защиты.

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

48

Рис.3-10. Принцип действия токовой отсечки на линиях с двухсторонним питанием.

Для линий с 2-х сторонним питанием (рис.3-10) токи срабатывания отсечек по концам линии выбираются одинаковыми и равными (по большему значению тока к.з., проходящего по линии к.з. на шинах одной и другой подстанции);

Iс.з.1 Iс.з.2 Кн Iн.вн.макс

(3-18)

Зоны действия отсечек определяются графически, как точки пересечения прямой тока срабатывания защиты с кривыми изменения токов к.з. по линии.

Существует зона при к.з. в которой будут срабатывать обе токовые отсечки по концам защищаемой линии. При к.з. вне этой зоны будет срабатывать только одна из отсечек.

Выводы:

1.Токовая отсечка является быстродействующей токовой защитой селективность действия которой обеспечивается выбором тока срабатывания, большим максимального тока внешнего к.з.

2.Токовые отсечки как самые простые и надёжные защиты могут использоваться в электрических сетях любой конфигурации с любым числом источников питания.

3.Основным достоинством токовой отсечки является быстрое отключение к.з., возникающих вблизи источника питания, т.е. повреждений сопровождающихся большими токами к.з.

4.Основным недостатков токовой отсечки является то, что она защищает только часть линии и не может быть использована в качестве основной защиты.

3.5.Токовая защита со ступенчатой характеристикой выдержки времени

Сочетанием ТО и МТЗ можно обеспечить надёжную защиту линии на всём её протяжении.

Такая защита называется токовой защитой со ступенчатой характеристикой выдержки времени.

Токовая защита со ступенчатой выдержкой времени срабатывания может выполняться 2-х или 3-х ступенчатой. В 2-х ступенчатой защите в качестве первой ступени используется ТО, а в качестве второй – МТЗ. В 3-х ступенчатой защите первая ступень представляет собой мгновенную ТО, вторая ступень – ТО с выдержкой времени, а третья – МТЗ.

Первая ступень защиты обеспечивает отключение к.з. сопровождающихся большими токами к.з. в начале линии. Вторая ступень предназначена для отключения поврежденной линии при возникновении к.з. вне зоны первой ступени, а третья ступень выполняет функции дальнего резервирования.

На рис. 3-14 изображена радиальная сеть с односторонним питание защиты которой осуществляются 3-х ступенчатыми токовыми защитами (участки А-Б и Б-В).

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

49

Рис.3-

ступенчатых

Токи срабатывания первых ступеней защиты (мгновенных ТО) отстраиваются от токов максимального к.з. на шинах противоположных подстанций:

I	3
Iс.з.2	Kн IK1	макс
I	3
Iс.з.3	Kн IK2	макс

Их время срабатывания определяется временем действия исполнительного органа защиты – промежуточных реле:

tсI.з.2 tcI.з.з 0,1с

Токи и времена срабатывания вторых ступеней защит (ТО с выдержкой времени) отстраиваются от токов и времени срабатывания первых ступеней защит предыдущего участка сети:

II	I
Iс.з.2	Kн Iс.з.1
II	I
Iс.з.3	Kн Iс.з.2

tсII.з.2 tсI.з.1 t tсII.з.3 tсI.з.2 t 0,6c

Параметры срабатывания третьих ступеней защит (МТЗ) определяется как у обычной максимальной токовой защиты.

Чувствительность вторых ступеней защит определяется минимальным током к.з. в конце защищаемой линии и считается приемлемой, если

Кч 1,3 1,5.

Очевидно, что при к.з. на линии будет действовать первая (при к.з. в начале линии) или вторая (при к.з. в конце линии) ступень защиты, а третья ступень будет выполнять функции резервной защиты при повреждениях на соседних (следующих) участках сети.

Выводы:

1. Токовые защиты со ступенчатой характеристикой выдержки времени, представляющие собой сочетание токовых отсечек и максимальной токовой защиты обеспечивают быстрое отключение к.з. на защищаемой линии.

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

50