Расчет тока срабатывания МТЗ от междуфазных КЗ

Ток срабатывания МТЗ (первичный) выбирается по трем условиям:

1. Несрабатывание защиты при сверхтоках после аварийных перегрузок, т.е. после отключения КЗ на предыдущем элементе;

2. Согласование чувствительности защит последующего и предыдущего элементов;

3. Обеспечение достаточной чувствительности при КЗ в конце защищаемого элемента (основная зона) и в конце каждого из предыдущих элементов (зона дальнего резервирования).

По первому из этих условий ток срабатывания МТЗ выбирается по выражению:

(7.1)

где К_н – коэффициент надежности защиты, учитывающий погрешность и необходимый запас. Величина К_н принимается:

К_н = 1.1-1.2 для цифровых реле;

К_н = 1.2 для реле РТ-40, РТ-80, РСТ;

К_н = 1.3 для реле прямого действия РТВ.

К_в – коэффициент возврата максимальных реле тока. Величина К_В принимается:

К_В = 0,95-0,96 для цифровых реле;

К_В = 0,8 для реле РТ-40, РТ-80;

К_В = 0,9 для реле РСТ;

К_В = 0,65 для реле прямого действия РТВ.

К_сзп – коэффициент самозапуска нагрузки, отражающий увеличение рабочего тока I_{раб. max} за счет одновременного пуска электродвигателей, которые затормозились при снижении напряжения во время КЗ.

Для бытовой нагрузки принимается К_сзп = 1,2-1,3, для сельскохозяйственных потребителей принимается К_сзп = 1,1-1,2, для общепромышленной нагрузки принимают К_сзп = 1,8…2.5. Промышленную нагрузку с большой долей (более 50 %) электродвигателей 0,4 кВ принято считать обобщенной нагрузкой, у которой сопротивление, отнесенное к максимальной рабочей нагрузке составляет Х_об* = 0,35. Например, коэффициент самозапуска обобщенной нагрузки, питающейся от трансформатора с напряжением короткого замыкания u_к = 10,5 % составит при бесконечной мощности питающей системы: К_сзп =1/(0,105+0,35) = 2,2. Если u_к = 4,5 % , то К_сзп =1/(0,045+0,35) = 2.53.

При наличии высоковольтных двигателей 6(10) кВ значение К_сзп определяется специальным расчетом, имея в виду, что к моменту самозапуска сопротивление двигателя считается равным сверхпереходному сопротивлению заторможенного двигателя, т.е. при скольжении s=1.

Максимальное значение рабочего тока защищаемого элемента I_{раб. max} определяется с учетом его допустимой перегрузки. Например, для трансформаторов с первичным напряжением 6 (10) кВ мощностью до 630 кВА допускается перегрузка до 1,6…1,8 номинального тока, для трансформаторов 110 кВ до 1,4…1,6.

Если максимальное значение рабочего тока нагрузки неизвестно, то его можно принять равным длительно допустимому току кабельной или воздушной линии, питающей эту нагрузку.

По второму условию согласования чувствительности защит последующего (защищаемого) и предыдущего элементов ток срабатывания последующей защиты выбирается по выражению:

(7.2)

где К_н.с – коэффициент надежности согласования, значение которого принимается равным в зависимости от типа токовых реле: 1,1 - для цифрового защит, 1,2 - для реле РТ-40, РТ-80 и 1,3…1,4 - для реле типа РТВ;

I_{с.з.пред.} – наибольшее значение тока срабатывания максимальных токовых защит предыдущих элементов, с которыми производятся согласования;

– арифметическая сумма значений рабочих токов нагрузки всех предыдущих элементов, за исключением того элемента, с защитой которого производится согласование.

Например, при согласовании защиты 3РЗ с защитой 2РЗ (рис.7.1), которая имеет ток срабатывания I_с.з.2 = 300 А, а суммарный ток нагрузки других линий I_н2=100 А должно выполняться условие:

За расчетный ток срабатывания защиты принимается значение наибольшего тока, из условий 1 и 2.

Таким образом, уставка по току МТЗ предыдущего элемента должна всегда быть больше уставки МТЗ последующего элемента, что некоторым образом обеспечивает так называемую токовую селективность.

Для выполнения третьего условия необходимо знать значение токов КЗ в конце защищаемого элемента, например для защиты АК3 необходимо знать ток I_к2 и ток I_к1 в конце зоны резервирования. Определение коэффициентов чувствительности защиты, например, АК3 (рис.7.1) производят по выражениям:

(7.3)

где - коэффициенты чувствительности защиты соответственно в основной и резервной зонах;

- минимальные токи КЗ (обычно - двухфазные при минимальном режиме питающей системы).

Согласно ПУЭ должны выполняться условия:

Величина К_ч, ниже рекомендованных ПУЭ, не допускается, т.к. действительный ток в реле при КЗ может оказаться меньше расчетного I_{к мин} вследствие неточности расчетов токов КЗ, влияния сопротивления дуги в точке повреждения и погрешностей ТТ.

После выполнения трех вышеназванных условий определяется ток срабатывания реле (вторичный) , который устанавливается на реле. Значение тока срабатывания реле рассчитывается по выражению:

(7.4)

где - ток срабатывания защиты (первичный);

К_I - коэффициент трансформации ТТ;

К_сх - коэффициент схемы соединения вторичных обмоток ТТ и реле.

По значению I_с.р выбирают тип электромеханического реле РТ-40 или его электронного аналога РСТ в зависимости от пределов регулирования уставок.

7.4.Выбор времени срабатывания МТЗ.Выдержка времени МТЗ вводится для замедления действия защиты с целью обеспечения временной селективности действия защиты последующего элемента по отношению к защитам предыдущих элементов. Для этого время срабатывания защиты последующей линии выбирается большей времени срабатывания защиты предыдущей линии (защита АК2 последующая по отношению к защите АК1, так же как и АК3 по отношению к АК2, рис.7.2):

(7.5)

где Dt – ступень селективности.

Величина Δt состоит из следующих слагаемых: времени отключения выключателя (0,05…0,1 с), времени возврата защиты (0,05 с), погрешности по времени последующей и предыдущей защит (3…5%) и необходимого запаса (0,05…0,1 с).

Недостатком МТЗ является накопление выдержек времени, особенно существенное для головных элементов в многоступенчатых электрических сетях. Так на карте селективности (рис.7.2,б) для МТЗ с независимой выдержкой времени выдержка времени защиты АК2 составит а для защиты АК3 Защиты с зависимыми характеристиками срабатывания не имеют указанного недостатка.

Для преодоления этого недостатка используются цифровые устройства защиты, позволяющие принимать ступени селективности Dt = 0,2 с при условии, что на смежных линиях используются такие же цифровые защиты и однотипные вакуумные или элегазовые выключатели. Для сравнения отметим, что для защит с электромагнитными токовыми реле типов РТ-40 и РТ-80 ступень селективности принимается Dt = 0,5…0,7 с, а для реле типа РТВ Dt = 0,7 с. Если согласование идет между цифровыми и электромеханическими защитами, то Dt = 0,3 с.

Другим способом уменьшения времени отключения КЗ является применение токовых защит с зависимыми от тока (инверсными) характеристиками срабатывания.

При приближении точки КЗ к источнику питания значения токов КЗ увеличиваются. При КЗ в точке К защиты АК2 и АК3 не успеют сработать, так как они имеют большую выдержку времени, чем защита АК1. При выборе времени срабатывания смежных защит с зависимыми характеристиками срабатывания, необходимо построить карту селективности в координатах t=f(К). а)

б)

Рисунок 7.4 – Расчетная схема для выбора уставок токовых защит (а) и карта селективности для МТЗ с зависимой выдержкой времени (б).

Тип зависимой характеристики выбирается пользователем программным способом. При этом в соответствии со стандартом МЭК обратнозависимые от тока (ОЗТ) характеристики срабатывания описываются выражением:

, (7.6)

где К – временной коэффициент;

- кратность тока КЗ (I_кз) по отношению к току срабатывания защиты;

t – время срабатывания защиты, с.

Постоянные коэффициенты a и b, определяющие крутизну ОЗТ характеристик, имеют следующие значения:

· "нормальная" (инверсная) a = 0,02, b = 0,14;

· "очень зависимая" a = 1, b = 13,5;

· "чрезвычайно (экстремально) зависимая" a = 2, b = 80;

· "ультра зависимая" a = 2,5, b = 315.

Для того чтобы на карте селективности построить ОЗТ характеристику заданного типа, необходимо знать координаты одной расчетной точки (I_* или К, t_с.з), через которую эта характеристика должна проходить. Из (7.6) следует:

(7.7)

При известных значениях I_* и t_с.з определяется коэффициент К и по выражению (7.6) для произвольных значений I_* определяются времена срабатывания t. Затем по полученным координатам на карте селективности строят обратнозависимую характеристику.