Н.В. Чернобровов Релейная защита

Конденсатор 3, подключенный параллельно вторичной обмотке трансформатора, сглаживает кривую вторичного тока. Реле приходит в действие при замыкании обмотки 4 контактами реле времени (рис. 4-20) или непосредственно пусковыми реле защиты.

Ток срабатывания реле равен 2,5 или 5 А в зависимости от соединения первичных обмоток трансформатора.

Потребление реле зависит от тока в первичной обмотке реле. При двойном токе Iс р потребление равно 5 Вт. Наибольшего значения оно достигает при разомкнутой вторичной цепи трансформатора 1.

Переключающие контакты могут переключать 150 А переменного тока и устроены, как показано на рис. 4-19.

Схемы защит с независимой характеристикой имеют несколько разновидностей.

В схеме на рис. 4-20 вспомогательные реле 2 и 3 и катушка отключения 4 включены на разность токов двух фаз. Такое включение упрощает оперативную цепь, так как позволяет применять

121

Расчет защиты по схеме с дешунтированием катушки отключения выполняется для определения тока срабатывания пусковых реле и проверки надежности действия остальных элементов, питающихся от трансформаторов тока.

Расчет состоит из четырех частей:

1) Выбирается первичный и вторичный токи срабатывания токовых пусковых реле (Iс.з и Iс.р) по выражениям (4-4) — (4-6). Проверка погрешности трансформаторов тока производится для защиты с независимой характеристикой при Iс.з, а для зависимых — при токе к. з., при котором задается время действия защиты. При этом сопротивление обмоток реле времени и промежуточных реле zр принимается наибольшим, т. О. при разомкнутой вторичной цепи трансформаторов этих реле.

2) Проверяется надежность работы вспомогательных реле и катушек отключения после их дешунтирования.

Для надежного действия катушки отключения после дешунтирования необходимо, чтобы вторичный ток трансформаторов тока I 2, был меньше величины

I		= kн Iс . к . о	(4-19)
	2

122

где Iс . к . о — ток срабатывания катушки отключения; kн — коэффициент надежности, равный 1,2

— 1,4.

123

В тех случаях, когда применяются приставки к пр иводам выключателей, имеющие незначительное потребление катушек отключения КО, погрешности трансформаторов тока после дешунтирования КО получаются меньше 10%. Тогда расчет ведется по приведенным выше форм улам (4-21) и (4-22), но Iн ам принимается в них равным нулю.

д) Схемы с питанием оперативных цепей защиты от блоков питания

В сети с изолированной нейтралью для защит, не рассчитанных на действия при к. з. за трансформаторами с соединением обмоток Λ/ , применяется включение блоков БПТ на раз-

. .

ность двух токов I а — I с по рис. 4-26.

При необходимости действия защиты при к. з. за трансформаторами с соединением обмо-

.

ток Λ/ устанавливается второй токовый блок, включаемый на ток /в или разность токов I а —

.

I с. Выходные цепи обоих блоков включаются параллельно (рис. 4-27, а).

При соединении трансформаторов тока в двухфазную звезду второй блок включается в общий провод, где проходит ток отсутствующей фазы Ib.

Аналогичные схемы из двух токовых блоков применяются в сети с глухозаземленной нейтралью.

Блок напряжения включается на линейное напряжение (рис. 4-27, б). Принципиальная схема комбинированного блока тока и напряжения БП-10 приведена на рис. 4- 28.

Блоки питания могут устанавливаться на каждом присоединении для питания только его защит или использоваться как

124

При токах, превышающих 1'вх, т. е. за пределом точки феррорезонанса (опрокидывания), стабилизируется величина выходного напряжения Uвых, улучшается форма кривой Uвых за счет уменьшения в ней гармонических составляющих и уменьшается реактивная нагрузка промежуточного, а следовательно, и основных трансформаторов тока.

Отечественная промышленность выпускает комбинированные блоки БП-10 мощностью 40 Вт, блоки тока БПТ-100 мощностью примерно 240 Вт и БПТ-1002 кратковременной мощностью до 1500 Вт, блоки напряжения БПН-100 и БПН-1002. Все блоки рассчитаны в среднем на 11О или 220 В. Тип блока выбирается в зависимости от величины нагрузки. В Горэнерго разработаны и применяются блоки питания с магнитным суммированием токов и напряжения, питающих блоки.

е) Схемы защиты с использованием энергии заряженного конденсатора для питания оперативных цепей

125

З а -	р я д -
н о е

у с т р о й с т в о УЗ-400 (рис. 4-31) состоит из повышающего трансформатора ТН, выпрямителя В и двух вспомогательных реле: поляризованного РП и реле минимального напряжения РН.

Напряжение от трансформатора напряжения подается на зажимы 2—8; оно повышается до 400 В, выпрямляется и подается через размыкающие контакты реле РН на выходные зажимы 5 — 7. К этим зажимам подключается конденсатор С. Повышение напряжения до 400 В позволяет уменьшить емкость конденсатора С, так как энергия, запасенная конденсатором, пропорциональна квадрату напряжения: W = U2C/2.

4-9. МАКСИМАЛЬНАЯ ЗАЩИТА С РЕЛЕ ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ

В городских и сельских распределительных сетях 6 — 10 кВ, а также на промышленных предприятиях в целях удешевления и упрощения защиты применяются реле прямого действия для выполнения токовых максимальных защит. Отечественная промышленность выпускает токовое реле прямого действия — мгновенные типа РТМ и с ограниченно зависимой характеристикой времени действия типа РТВ. Эти реле встраиваются в грузовые и пружинные приводы. Принцип действия реле прямого действия пояснен на рис. 1-9.

Схемы максимальной защиты прямого действия отличаются простотой и небольшой стоимостью. На рис. 4-32 показаны двухфазные схемы с реле типа РТВ.

Характеристика времени действия реле приведена на рис. 4-33.

126

Реле РТВ представляет собой электромагнитное реле с втягивающимся якорем (рис. 4- 34). Нормально под действием пружины 6 якорь реле б находится в нижнем положении.

При появлении тока Iр ≥ Iс.р в обмотке реле 1 возникает электромагнитная сила Fэ, превышающая силу пружины 3, Fп, якорь реле втягивается и сжимает пружину 3, которая давит на стопорное кольцо 5 ударника 4, стремясь поднять последний вверх. Однако движение ударника несвободно, оно тормозится часовым механизмом 6. Чем больше ток Iр, тем больше сжимается пружина под действием силы Fэ и тем быстрее будет двигаться часовой механизм.

Следовательно, время, необходимое для перемещения ударника из начального положения до момента удара по отключающему рычагу 7 привода, зависит от величины тока Iр. При Iр ≈ 31с.р пружина сжимается до предела и дальнейшие увеличения тока не сопровождаются изменением скорости движения часового-механизма. При этом

токе наступает	независимая часть характеристики реле
(рис. 4-33). В	конце хода ударник 4 расцепляется с

часовым механизмом. Благодаря этому его скорость и обусловленная ею кинетическая энергия ударника резко увеличиваются и он с возросшей силой ударяет по рычагу 7, отключая выключатель. Кон-

струкция реле более подробно описывается в [Л. 26, 30]. Недостатки реле прямого действия отмечались в § 1-8. Погрешность по времени действия достигает ±0,3 с. Поэтому при выборе выдержки времени на защите с РТВ ступень селективности t

принимается равной 0,8 с. Обмотка реле имеет значительное потребление около 50 В·А при токе срабатывания. Поэтому трансформаторы тока, питающие реле прямого действия, достаточно сильно загружены. По мере втягивания якоря 2 и перемещения ударника 4 вверх потребление реле растет. Точность трансформаторов тока должна быть обеспечена при токе срабатывания реле.

4-10. ОБЩАЯ ОЦЕНКА И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ

Достоинствами максимальной токовой защиты являются ее простота, надежность и небольшая стоимость по сравнению с другими видами защиты. По своему принципу максимальная токовая защита обеспечивает селективность в радиальных сетях с односторонним питанием. Однако в некоторых случаях ее удается применять и в более сложных сетях, имеющих двустороннее питание.

К недостаткам максимальной защиты относятся:

а) большие выдержки времени, особенно вблизи источников питания, в то время как

127

именно вблизи шин электростанции по условию устойчивости необходимо быстрое отключение к. з.;

б) недостаточная чувствительность при к. з. в разветвленных сетях с большим числом параллельных цепей и значительными токами нагрузки.

Максимальная токовая защита получила наиболее широкое распространение в радиальных сетях всех напряжений; в сетях 10 кВ и ниже она является основной защитой.

ГЛАВА ПЯТАЯ

ТОКОВЫЕ ОТСЕЧКИ

5-1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТОКОВЫХ ОТСЕЧЕК

Отсечка является разновидностью токовой защиты, позволяю щей обеспечить быст-

рое отключение к. з. Токовые отсечки подраз деляю т ся н а	о т с е ч к и м г н о -
в е н н о г о дей ст ви я и о т с е ч к и с в ы д е р ж к о й	времени (около 0,3—
0,6 с).

Селективность действия токовых отсечек достигается ограничением их зоны работы так, чтобы отсечка не действовала при к. з. на смежных участках сети, защита которых имеет выдержку времени, равную или больше, чем отсечка. Для этого ток срабатывания отсечки должен быть больше максимального тока к. з., проходящего через защиту при повреждении в конце участка, за пределами которого отсечка не должна работать (точка М участка АМ на рис. 5-1). Такой способ ограничения зоны действия основан на том, что ток к. з. Iк зависит от величины сопротивления до места повреждения (рис. 5-1).

Токовые отсечки применяются как в радиальной сети с односторонним питанием, так и в сети, имеющей двустороннее питание.

Для обеспечения расчетной зоны действия отсечки трансформаторы тока, питающие ее цепи, должны работать при токе срабатывания отсечки (т. е. при Iр = Iс.з ) с погрешностью е или I ≤ 10%.

5-2. СХЕМЫ ОТСЕЧЕК

128

Принципиальные схемы отсечек мгновенных (без выдержки времени) и с выдержкой времени на постоянном оперативном токе изображены на рис. 5-2, а и б.

Всети с глухозаземленной нейтралью от всех видов к. з. применяются трехфазные схемы. В качестве защиты от междуфазных к. з. используется двухфазная схема неполной звезды.

Всети с изолированной нейтралью или заземленной через большое сопротивление применяются двухфазные схемы, подобные схемам на рис. 4-5, а и б.

Трехлинейные схемы отсечек на постоянном оперативном токе аналогичны схемам, приведенным на рис. 4-2 и 4-5.

Все соображения о достоинствах и недостатках этих схем, изложенные в § 4-3, относятся и к схемам отсечек.

Так же как и максимальные защиты, отсечки выполняются на постоянном и переменном оперативном токе, а также с помощью реле прямого действия по схемам, приведенным на рис. 4-20, 4-26, 4-30, 4-32.

Схемы отсечек с выдержкой времени полностью совпадают со схемами максимальных защит с независимой выдержкой времени.

Схемы отсечек без выдержки времени отличаются от указанных схем максимальной защиты Отсутствием реле времени.

Ниже рассматриваются способы выбора уставок различных видов отсечек.

5-3. ОТСЕЧКИ МГНОВЕННОГО ДЕЙСТВИЯ НА ЛИНИЯХ С ОДНОСТОРОННИМ ПИТАНИЕМ

а) Ток срабатывания отсечки

По условию селективности с защитами остальной сети отсечка без выдержки времени (с t3 = 0) не должна работать за пределами защищаемой линии АВ (рис. 5-3). Ток срабатывания мгновенной отсечки должен удовлетворять условию (5-2) при к. з. в конце защищаемой линии АВ, т. е. в точке М (рис. 5-3). В соответствии с этим принимается, что

Iс.з = kН Ik(М)макс

(5-2)

где Ik(М)макс — максимальный ток к. з. в фазе линии при к. з. на шинах подстанции В (точка М на рис. 5-3); kн — коэффициент надежности, учитывающий погрешность в расчете тока к. з.

Ik(М)макс и погрешность в токе срабатывания реле.

Ток к. з. Ik(М)макс рассчитывается для таких режимов работы системы и видах повреждений, при которых он оказывается наибольшим. Поскольку собственное время действия отсечки равно 0,02—0,01 с, то ток Ik(М)макс рассчитывается для начального момента времени (t = 0) и принимается равным действующему значению периодической составляющей. При расчете

тока к. з. генераторы замещаются сверхпереходным сопротивлением õ .

d

В схемах отсечки, где токовые реле действуют непосредственно на отключение без промежуточного реле, время действия отсечки может достигать одного периода (т.е. 0,02 с). В этом случае следует учитывать апериодическую составляющую тока к.з., умножая ток Ik(М)макс на коэффициент ka = 1,6 ÷ 1,8.

129

Для устранения мертвой зоны направленных защит отсечка применяется и при меньшей зоне действия. При схеме работы линии блоком с трансформатором (рис. 5-4) отсечку отстраивают от тока к. з. при к. з. за трансформатором в точке К1. В этом случае отсечка защищает всю линию и оказывается весьма эффективной.

Вследствие простоты отсечки она применяется в качестве дополнительной защиты при зоне действия, меньшей 20%, если основная защита линии имеет мертвую зону.

б) Время действия отсечки

Время действия мгновенной отсечки складывается из времени срабатывания токовых и промежуточного реле (рис. 5-2, а). При быстродействующих промежуточных реле (0,02 с) отсечка срабатывает в течение времени t3 = 0,04 ÷ 0,06 с. Промежуточное реле облегчает работу контактов токовых реле и позволяет не учитывать апериодическую составляющую тока к. з., поскольку последняя затухает очень быстро (за 0,02—0,03 с).

На линиях, защищенных от перенапряжений трубчатыми разрядниками, отсечка может срабатывать при их действии. Время работы разрядников составляет около 0,01—0,02 с. При каскадном действии разрядников оно увеличивается до 0,04—0,06 с. Применением промежуточного реле с временем действия t = 0,06 ÷ 0,08 с удается отстроить отсечку от работы разрядников.

5-4. НЕСЕЛЕКТИВНЫЕ ОТСЕЧКИ

Неселективной отсечкой называется мгновенная отсечка, действующая за пределами сво-

130