Максимальная токовая направленная защита

Принцип действия и выбор параметров защиты. В распредели­тельных сетях с двухсторонним питанием обычная МТЗ не обеспе­чивает селективного отключения поврежденного участка.

Рас­смотрим схему на рисунке 11.1, где по концам трех участков сети АБ, БВ и ВГразмещены МТЗ, действующие на выключатели Q1 … Q6.При КЗ в точке К₁приходят в действие все защиты, но для селективного отключения поврежденного участка АБнеобходимо, чтобы защиты были согласованы по времени. В частности, выдер­жка времени у защиты 2 должна быть меньше, чем у защиты 3,т. Е. t₂ < t₃. При КЗ в точке К₂для селективного действия защиты долж­но выполняться условие t₃ < t₂. Такие противоречивые требования к защитам 2 и 3,когда в одном случае t₂ < t₃, а в другом – t₂ > t₃, невыполнимы, и поэтому в сетях с двухсторонним питанием МТЗ не может быть селективной.

При перемещении КЗ из точки К₁ в точку К₂фаза тока КЗ относительно напряжения в месте установки защит 2 и 3(шины Б)изменяется на 180^о. На рисунке 11.1 приведены векторные диаг­раммы напряжения на шинах Би тока КЗ, протекающего через защиту 2 для принятого положительного направления тока (или мощности КЗ) от шин в сторону линии. Векторные диаграммы для защиты 3аналогичны приведенным, но вместо вектора тока будет вектор тока , и наоборот. Этот признак может быть использован для обеспечения селективности действия защит. Если максимальные токовые защиты снабдить специальным органом, срабатывающим при положительном направлении мощности (от шин в линию), то в данном случае при КЗ в точке К₁ защита 2 сработает, а защита 3 не сработает. Следует заметить, что при КЗ в точке К₁ положительное направление мощности КЗ будет также в месте установки защит 4 и 6, поэтому для обеспечения селективности защиты 2,4 и 6 следует отстроить по времени.

Защита, реагирующая как на ток в защищаемом элементе, так и на направление мощности КЗ, получила название направленной максимальной токовой защиты (НМТЗ). Таким образом, по прин­ципу действия НМТЗ должна содержать: пусковой измерительный орган (максимальное реле тока), различающий режим КЗ от нор­мального режима, орган направления мощности, фиксирующий направление (знак) мощности в месте установки защиты, и орган выдержки времени.

Принципиальная схема НМТЗ на постоянном оперативном токе приведена на рисунке 11.2.

Отключение выключателя Q2с выдержкой времени, определяемой уставкой реле КТ,произойдет только при положительном направлении мощности КЗ (КЗ в точ­ке К₁), когда срабатывают реле тока КА и реле направления мощности KW.

Ток срабатывания токового пускового органа НМТЗ определяют из следующих условий:

;

,

где - максимальное значение рабочего тока при направлении мощности нагрузки от шин в линию (в направлении действия защиты); - рабочий ток при направлении мощности нагрузки к шинам.

Токи срабатывания защит, действующих в одном направлении, должны быть согласованы по чувствительности. Например, для схемы на рис. 11.1 токи срабатывания защит должны быть

и .

Выдержки времени защит выбирают по встречно-ступенчатому принципу. Защиты, действующие в одном направлении, объединяют в группу и в пределах каждой группы выдержки времени выбиpaют как для обычной МТЗ по ступенчатому принципу. Так, для сети (рис. 11.1) защиты 1, 3и 5 действуют в одном направлении, а защиты 2, 4 и 6 – в противоположном. При выборе выдержки времени необходимо учитывать и выдержки времени защит 7 … 9. Например, выбор выдержек времени для защит первой груп­пы сводится к следующему: и ; так как , то .Ступень выдержки времени принимают такой же, как и для МТЗ.

Анализ действия защит в сетях с двусторонним питанием показывает, что не все они должны быть направленными. Если устройства защиты по концам защищаемого участка имеют различную выдержку времени, то защиту с меньшей выдержкой времени выполняют направленной, а с большей – ненаправленной. Если выдержки времени у обеих защит одинаковые, то обе защиты выполняют ненаправленными.

Чувствительность направленной максимальной токовой защиты в общем случае оценивают коэффициентом чувствительности пускового органа и органа направления мощности. Если реле направления мощности включены на полные токи и напряжения, то коэффициент чув­ствительности по току должен быть примерно 1,5 и его определяют как для обычной МТ3, а по мощности – не нормируют. Чув­ствительность реле направления мощности часто характеризуют «мертвой» зоной – долей длины защищаемого участка, в пределах которого при металлических трехфазных КЗ защита не работает из-за недостаточного напряжения, подводимого к реле. «Мертвую» зону можно устранить, применив в качестве дополни­тельной защиты токовую отсечку. Если последняя не устанавли­вается, например, из-за недостаточной чувствительности, то до­пускается неселективное отключение смежных участков при КЗ в «мертвой» зоне.

Схемы выполнения НМТЗ. В сельских сетях напряжением до 35 кВ защиту выполняют на переменном оперативном токе. В качестве пускового токового органа используют реле РТ-40 и РТ-80, а в качестве органа направления мощности – реле РМ-11 и РМ-12. Для выполнения НМТ3 с независимой выдержкой времени схему обычной МТ3 дополняют двумя реле направления мощности, включенными последовательно с реле тока. Пуск реле времени осуществляется пофазно последовательно соединенными контактами реле направления мощности и соответствующего реле тока. Реле направления мощности включают по так называемой 90-градусной схеме. На реле, включенное на ток фазы А, подается междуфазное напряжение U_BC, на реле в фазе С – напряжение U_AB.

Сельские секционированные линии напряжением 6 … 10 кВ с сетевым резервированием с точки зрения выполнения релейной защиты можно рассматривать как линии с двухсторонним питанием. Для их защиты используют два комплекта МТ3, один из кото­рых ненаправленный, а другой направленный. Первый применя­ют, когда линия питается от основного источника, а второй, более чувствительный и имеющий меньшую выдержку времени, - когда линия питается от резервного источника.

Для сельских сетей с сетевым резервированием к более совершенной относят полупроводниковую направленную токовую защиту двухстороннего действия типа ЛТЗ. Структурная схема защиты ЛТЗ приведена на рис. 11.3.

Первая ступень защиты представляет собой токовую отсечку с выдержкой времени t_с.р = 0,3 с. При КЗ в зоне ее действия срабатывают токовые измерительные органы релейного действия первой КА1 и второй КА2 ступеней, которые воздействуют на орган выдержки времени КТ, а последний – на выходной исполнительный орган KL. Сигнальным элементом КН1 фиксируется срабатывание первой ступени защиты. Вторая ступень защиты представляет собой обычную МТЗ, дополненную органом направления мощности KW. Последний изменяет параметры защиты (ток и время срабатывания) при изменении направления мощности.

Оценка НМТЗ. Защита обеспечивает селективное отключение поврежденного элемента в сетях с двухсторонним питанием и кольцевых сетях с одним источником питания. Защита не является быстродействующей. Ее чувствительность определяют токовым пусковым органом и органом направления мощности, и в целом она может быть ниже, чем у обычной МТЗ. При этом защита отказывает в действии при трехфазном КЗ в «мертвой» зоне. Защита достаточно проста и надежна в работе. Ее применяют в качестве основной в сетях с двухсторонним питанием напряжением до 35 кВ, в качестве резервной – в сетях более высокого напряжения.