Расчет уставок максимальной токовой защиты (МТЗ)

Максимальные токовые защиты являются основным видом защит для сетей с односторонним питанием и должны устанавливаться в начале каждой линии со стороны источника питания. При таком расположении защит каждая линия имеет самостоятельную защиту, отключающую линию в случае повреждения на ней самой или на шинах питающейся от нее подстанции. Принцип действия МТЗ основан на том, что при возникновении КЗ ток увеличивается и начинает превышать ток нагрузочного режима. Селективность действия при этом достигается выбором выдержек времени.Для того чтобы защита работала при КЗ и не работала в нормальных режимах необходимо определять ток срабатывания защиты

- это наименьший первичный ток, необходимый для действия защиты. При этом необходимо обеспечить несрабатывание МТЗ при максимальных токах и пусковых токов нагрузки. Для этого необходимо выполнение следующих условий:

1. - пусковые органы защит не должны приходить в действие при максимальном рабочем токе нагрузки;

2. Пусковые органы защиты, пришедшие в действие при внешнем КЗ, должны вернуться в исходное состояние после его отключения и снижения до .

Токи срабатывания защиты и возврата связаны коэффициентом возврата . Значения коэффициентов возврата для реле максимального тока РТ 40 и индукционных реле серии РТ 80 приведены в описаниях их технических характеристик.

Порядок расчета и выбора уставки максимальной токовой защиты следующий:

а. Рассчитывается максимальный рабочий ток на присоединении. При этом необходимо учесть максимальный коэффициент загрузки силовых трансформаторов КТП, подключенных на линии электропередачи . Как правило, .=0,7:

(8)

б. Рассчитывается уставка МТЗ. При расчете необходимо учитывать коэффицциент самозапуска нагрузки , отражающий увеличение рабочего тока за счет одновременного пуска всех тех электродвигателей, которые затормозились при снижении напряжения во время короткого замыкания. При отсутствии в составе нагрузки электродвигателей напряжением 6 кВ и 10 кВ и при времени срабатывания МТЗ более 0,3 с можно принимать значения kсзп = 1,1 - 1,3.

(9)

где:

- коэффициент надежности несрабатывания защиты;

- коэффициент возврата максимальных реле тока (указан в справочных данных для каждого типа реле);

- коэффициент самозапуска нагрузки.

, полученное в пункте а.

в. Полученное значение необходимо согласовать со значениями срабатывания нижестоящих защит. Для линий электропередачи, на которых установлены КТП, трансформаторы которых защищаются, как правило, высоковольтными предохранителями, необходимо согласование с защитными характеристиками плавких вставок предохранителей. Для согласования действия защит (первоначально должна срабатывать та защита, которая расположена ближе к месту короткого замыкания) необходимо построить карту селективности, о чем будет рассмотрено в п. 5.3.

г. По карте селективности окончательно выбрать значение . Выбранное значение необходимо проверить по чувствительности к минимальным токам короткого замыкания в линии, рассчитав коэффициент чувствительности:

(10), где:

– минимальное значение 2-фазного тока КЗ в линии («на конце линии»).

д. Определяется ток срабатывания реле:

(11)

е. Выбирается время срабатывания . Для отходящих линий 6 или 10 кВ в распределительных пунктах время срабатывания МТЗ обычно составляет величину , называемую ступенью селективности. Как правило, для защит на электромеханических реле с независимой характеристикой ступень селективности составляет 0,5 секунды, для МТЗ на микропроцессорных устройствах ступень селективности понижается до 0,3-0,4 секунд.

5.3. Построение карты селективности. Карта селективности – это совокупность времятоковых характеристик защит, построенных в одних осях.

Защитные аппараты должны быть расположены в электрической сети последовательно один за другим. Как правило, на одной карте селективности изображаются время-токовые характеристики защит двух-трех защитных аппаратов.

Карты селективности защит обычно строятся на графиках с логарифмическими шкалами. По горизонтальной оси откладывается ток (А), а по вертикальной оси – время (с).

Рисунок 7. Карта селективности

На рисунке 7 изображена карта селективности защит ЛЭП 6 кВ, на которой установлено КТП мощностью 250 кВА. Силовой трансформатор КТП защищается со стороны высшего напряжения плавкими вставками номинальным током 31,5 А (кривая а). В ячейке отходящей линии в РП установлена ячейка с защитами на базе реле РТ 40 с независимыми характеристиками срабатывания (кривая б). Уставка срабатывания токовой отсечки 1200 А, 0 с (второй вертикальный участок кривой б). Уставка срабатывания МТЗ 220 А, 0,4 с (горизонтальный участок кривой б). Кривая а построена согласно время-токовым характеристикам плавих вставок предохранителей типа ПКТ, которые представляются заводами-изготовителями и представлены в Приложении. Допустим, согласно (9) было получено значение уставки МТЗ (кривая б`). Кривая б` пересекает кривую а, следовательно, при некоторых значениях тока плавкая вставка может сработать (перегореть) позже, чем сработает МТЗ отходящей линии – вышестоящая защита. Поэтом окончательно принимается уставка МТЗ, изображенная на кривой б. Выбранная уставка затем проверяется по чувствительности к минимальным токам КЗ «на конце» линии, и если коэффициент чувствительности больше 1,5, уставка кривой б принимается окончательно. Если коэффициент чувствительности меньше 1,5, необходимо принять дополнительные меры для обеспечения селективности и чувствительности защиты:

Если возможно, выбрать предохранители с меньшим током срабатывания, применить реле, обладающие зависимыми характеристиками (например, реле серии РС-80).

Построить карту селективности можно несколькими способами:

Вручную по точкам, используя стандартный графический редактор (Автокад, Визио, Компас),

Этот метод очень трудозатратен и неудобен, но позволяет отобразить всю необходимую информацию.

При помощи MS Excel (или MathCad), задавая характеристику в виде таблицы данных (ток-время). При использовании данного способа возникают проблемы с построением некоторых элементов, например, вертикальных меток для обозначения токов короткого замыкания.

При помощи специализированных программ, например, Гридис-КС (перейти по ссылке https://pro-rza.ru/raschety-ustavok-rza/postroenie-karty-selektivnosti-pri-pomoshhi-programmy-gridis-ks/).

Рассмотрим построение карты селективности при помощи программы КСТЗ (Карта Селективности Токовых Защит, MS Excel 2007, 130kB. Данная программа распространяется бесплатно в свободном доступе или ее можно получить у преподавателя. Файл MS Excel состоит из нескольких листов. В листе «Данные» находим таблицу:

Название:					Общие параметры карты:
					6	4000
№	Название	Тип хар.	Iс.з., А	tс.з., с	Кл. н., кВ	Imax, А	tmax, с
1	ВВ	Н	600+1000	1	6	4000	4
2	ОЛ	СП	300+4800	0,4	6	4000	4
3	ТП-2	ПКТ	100		6	4000	4

В столбцах «общие параметры карты» заносим основные данные – в столбце «Кл. н., Кв» – номинальное напряжение, для которого строится карта, в столбце «Imax, А» вводится максимальное значение тока по оси абсцисс, на которое будет построена карта.

Далее, в столбце «название» вводятся обозначения элементов карты селективности, например, «Отходящая линия», «Ввод», «Ктп №1». В столбце «Тип характеристики» вводятся характеристики элементов РЗА, каждой букве соответствует свой тип характеристики:

Н - независимая, Р1, Р4 соответствуют характеристикам реле РТВ-1...3, РТВ-4...6, приведенных в их паспортных данных, и.т.п. Подробнее о каждой из характеристик указано в правой верхней части листа «Данные». В столбце «Iс.з., А» в соответствующей строке вводятся значения Iс.з. защит таким образом: . Если защита выполнена на предохранителях, например, ПКТ, в данный столбец вводится номинальный ток плавкой вставки предохранителя.

В столбце «tс.з., с» вводятся значения времени срабатывания каждой из защит: . Если уставка времени не вводится. Если в столбце «Тип характеристики» введена характеристика предохранителя, например, ПКТ, в столбце «tс.з., с» значения не вводятся. Далее, в столбце «Кл. н., Кв» необходимо ввести тот класс напряжения, на котором установленна данная защита. Например, если защита установлена в ячейке 6 кВ, а общая карта селективности строится в классе напряжения 35 кВ необходимо указать 6 кВ. В следующем столбце «Imax, А» вводится значение максимального тока, для которого будет построена данная характеристика. В столбце «tmax, с» соответственно указывается максимальное значение времени.

При правильном вводе значений карта селективности будет построена. Посмотреть ее можно на листах «Карта», «Карта на печать», «Карта log (1)». Для данных, приведенных в таблице, карта селективности будет выглядеть так: