Схемы максимальной токовой защиты

Для осуществления измерительной части токовой защиты можно использовать любую схему соединения измерительных трансформаторов тока и вторичных измерительных органов /реле/. Выбор схемы определяется назначением защиты и предъявляемыми к ней требованиями. Измерительная часть у всех ступеней одинакова, поэтому если защита содержит несколько ступеней, то их измерительные органы соединяются между собой последовательно. При наличии отдельного органа выдержки времени логическая часть второй ступени и логическая часть третьей ступени защиты тоже одинаковы. В этом случае одна и та же схема защиты может быть использована как для выполнения токовой отсечки с выдержкой времени, так и для выполнения максимальной токовой защиты. Нет различия и между схемами максимальной токовой защиты и токовой отсечки без выдержки времени, выполненных на основе вторичных реле прямого действия типа РТВ и РТМ. В системах электроснабжения часто используют комбинированное реле РТ-80 или аналогичные полупроводниковые реле, которые позволяют выполнить токовую защиту двухступенчатой.

В системах электроснабжения с изолированной нейтралью токовые защиты от междуфазных КЗ обычно выполняют по двухфазным двухрелейным или трехрелейным схемам. Рассмотрим некоторые из них.

Схема токовой защиты с независимой выдержкой времени на постоянном оперативном токе выполняется по схеме неполной звезды (рис.7.5,а) с использованием двух трансформаторов тока ТАА и ТАС, установленных в фазах А и С за выключателем Q. Исходя из требований техники безопасности, вторичные обмотки трансформаторов тока заземляются. Измерительный орган защиты выполнен двумя максимальными реле тока КАА, КАС типа РТ-40, а орган выдержки времени представляет собой реле времени КТ типа ЭВ-134. В схему защиты включены промежуточное реле КL типа РП-23 и указательное реле КН типа РУ-1. Необходимость промежуточного реле обуславливается недостаточной коммутационной способностью контактов реле времени. При возникновении повреждения срабатывают реле тока КАА и КАС (или одно из них) и контактами КАА и КАА (или одним из них) замыкают цепь обмотки реле времени КТ, приводя его в действие. По истечении установленной выдержки времени реле замыкает контакт КТ в цепи обмотки промежуточного реле КL, которое, срабатывая, замыкает контакт КL и отключает выключатель. При этом указательное реле КН фиксирует действие защиты на отключение. Контакт промежуточного реле KL не рассчитан на отключение тока, потребляемого электромагнитом отключения YAT, поэтому в цепь электромагнита отключения последовательно с контактом реле KL включен вспомогательный контакт выключателя SQ, который размыкает цепь катушки YAT при отключении выключателя.

Схема МТЗ, изображенная на рис.7.5,б по принципу действия аналогична схеме рис.7.5,а, но содержит 3 ТТ и 3 токовых реле. Реле КТ своими контактами замыкает цепь катушки электромагнита отключения YAT выключателя.

Рис.7.5. Схема МТЗ на постоянном оперативном токе в двухфазном двухрелейном исполнении (а) и в трехфазном трехрелейном исполнении

Схема защиты с дешунтированием электромагнита отключения выключателя.В качестве автономной защиты без использования дополнительного источника оперативного тока в распределительных сетях широко используются схемы с дешунтированием (рис.7.6). Они выполняются на электромеханических реле с мощными контактами, позволяющими дешунтировать большие токи, протекающие при КЗ.

В нагрузочном режиме и при КЗ до срабатывания защиты ток протекает через нормально закрытый контакт реле защиты (КА), шунтирующий электромагнит отключения (YAT). При срабатывании защиты реле переключается, электромагнит отключения раскорачивается (дешунтируется) и в него поступает ток от трансформатора тока. Если тока достаточно для отключения, электромагнит срабатывает и выключатель отключается.

Электромагнит отключения – это токовое реле прямого действия (РТМ), встроенное в пружинный привод, например, типа ПП-67, ВМПП-10, ВК-10. Минимальный ток срабатывания токового реле равен 5 А.

Для схем с дешунтированием в основном применяются индукционные токовые реле типа РТ-80. Некоторые модификации цифровых реле оснащены схемой дешунтирования. В них взамен электромеханического реле для дешунтирования применен симистор ТС-132-50-10, позволяющий дешунтировать токи до 150 А и более. Нормально симистор открыт и ток течет через него, минуя электромагнит отключения; при срабатывании защиты симистор закрывается и электромагнит отключения срабатывает.

При выборе уставок защиты, выполненной со схемой дешунтирования, появляется еще одно дополнительное требование к обеспечению срабатывания защиты: обеспечение дешунтирования.

Для надежного действия электромагнита отключения после дешунтирования (при переключении контактов реле КА (рис.7.6) необходимо, чтобы I_сз максимальной защиты был больше, чем ток срабатывания YAT. При этом дополнительно учитывают увеличенную токовую погрешность ТТ после дешунтирования YAT,которая может возникнуть в связи с резким увеличением сопротивления его вторичной нагрузки за счет сопротивления YAT (Zэо= 3…4Ом), а при некоторых схемах соединения ТТ сопротивление увеличивается в 2…3 раза. При этом растет погрешность ТТ. Условием обеспечения дешунтирования является требование, чтобы после срабатывания защиты ток через электромагнит был достаточный для отключения выключателя.

Таким образом, условие согласования:

, (7.8)

где к_н – коэффициент надежности, равный 1,2–1,4;

I_сэо– ток срабатывания электромагнита отключения;

I_нам– ток намагничивания трансформатора тока после дешунтирования.

Рис. 7.6. Схема дешунтирования на электромеханическом реле тока: КА – токовое реле с усиленными контактами (например, реле РТ-85 или PT-95);

Ток намагничивания определяется при токе равном току срабатывания ЭО.

Первичный ток срабатывания защиты будет равен:

(7.9)

Если полная погрешность трансформаторов тока и в режиме после дешунтирования не превышает 10%, то в выражениях (7.8) и (7.9) принимается . Тогда при использовании стандартных электромагнитов отключения, у которых I_YAT = 5 А, ток срабатывания основных реле защиты должен быть I_ср ≥ 6,6 А. При использовании специальных электромагнитов отключения с током срабатывания I_YAT = 3А – I_ср= 4,5 А. Эти условия обычно выполняются при установке выносных ТТ, у которых при кратности тока 1,3…1,4 допустимая вторичная нагрузка превышает 4 Ом. При использовании встроенных ТТ(особенно типа ТВТ 35 кВ и ТВТ 110 кВ на маломощных трансформаторах) оказывается, что это условие не соблюдается. Поэтому, в таких схемах часто приходится включать 2ТТ последовательно или загрублять защиту. Если при этом не обеспечивается достаточная чувствительность защиты, то схемас дешунтированием YAT не применяется. В качестве источников оперативного тока в таких случаях используются предварительно заряженные конденсаторы (в схемах защиты трансформаторов 35, 110 и 220 кВ).

Кроме проверки выполнения условий (7.8) и (7.9) для этих схем (рис. 7.6), необходимо убедиться, что максимальный вторичный ток при КЗ в месте установки защиты (I_{2КЗмакс}) не превышает допустимого значения тока, дешунтируемого контактами реле РТ-85, РП-341, УЗА-10 равного 150 А (30 I_2ном):

(7.10)

Выражение (7.10) не учитывает погрешности ТТ.

Общая оценка МТЗ.

МТЗ обеспечивает селективное действие и отключение повреждения только в радиальных сетях с односторонним питанием. При этом в связи с выбором выдержек времени по ступенчатому принципу могут быть недопустимо большие времена отключения повреждений вблизи источников питания. Вместе с тем МТЗ является простой и достаточно надежной защитой и широко применяется в радиальных сетях всех напряжений с одним источником питания. В системах электроснабжения напряжением 10 кВ и ниже она является основной защитой.

МТЗ обычно дополняется с токовыми отсечками, образуя вместе с ними защиту со ступенчатой характеристикой выдержки времени. Такая защита дает возможность сравнительно быстро отключать повреждения в любой точке сети и во многих случаях отказаться от более сложных защит.

Релейная защита линий 6-35 кВ выполняется ступенчатыми токовыми защитами. Первая ступень - токовая отсечка без выдержки времени, вторая ступень - токовая отсечка с небольшим замедлением и третья самая чувствительная ступень – максимальная токовая защита с выдержкой времени. На коротких линиях выполнить трехступенчатую защиту часто бывает невозможно по условию недостаточной чувствительности первой или второй ступеней. Тогда применяют либо две ступени – отсечку без выдержки времени и МТЗ, либо одну ступень – только МТЗ.

Требуемая чувствительность МТЗ обеспечивается не всегда, особенно при дальнем резервировании, что имеет место прежде всего для сетей сельскохозяйственного электроснабжения.

Контрольные вопросы

1. Как выполняется ступенчатая токовая защита линий?

2. Как выбирается уставка по току срабатывания МТЗ?

3. Как выбирается уставка по времени срабатывания МТЗ?

4. Что такое ступенчатый принцип выбора уставок защит?

5. Как строится карта селективности с независимой характеристикой?

6. Как строится карта селективности с зависимой характеристикой?

7. Какие Вы знаете типы зависимых характеристик цифровых защит по стандарту МЭК?

8. Какая разница между зависимой и независимой выдержкой времени?

9. Изобразите схему МТЗ на постоянном токе в двухфазном трехрелейном исполнении

10. Изобразите схему МТЗ на постоянном токе в трехфазном четырехрелейном исполнении

11. Изобразите схему в двухфазном двухрелейном исполнении с дешунтированием отключающей катушки выключателя

12. Дайте общую оценку применения МТЗ.