Контрольные вопросы к задачам 1.1, 1.2, 1.3

2 3 4 5 6 7 8

1. Назначение измерительных трансформаторов тока.

2. Схема замещения и векторная диаграмма трансформатора тока.

3. Как влияет изменение сопротивления нагрузки на режим работы

трансформатора тока?

4. Что такое токовая, полная и угловая погрешности трансформатора тока?

5. Какие условия определяют погрешности трансформатора тока?

6. Понятие о предельной кратности К₁₀ трансформатора тока.

7. Выбор сопротивления нагрузки Z_Н трансформатора тока по кривой

предельной кратности К₁₀ = f(Z_Н).

8. Назвать схемы включения трансформаторов тока. Что такое

коэффициент схемы?

9. Особенности схемы соединения трансформаторов тока в полную

звезду.

10. Особенности схемы соединения трансформаторов тока в неполную

звезду.

11. Особенности схемы соединения трансформаторов тока в треугольник.

12. Особенности схемы соединения трансформаторов тока на разность

токов двух фаз.

13. Схема соединения трансформаторов тока в фильтр тока нулевой

последовательности.

14. Пояснить, почему схема соединения трансформаторов тока на разность

токов двух фаз неприемлема для защиты, установленной перед

трансформатором с соединением обмоток Y/Δ.

15. Чем определяется ток короткого замыкания при двухфазном КЗ?

16. Что такое угол сопротивления линии и угол сопротивления системы,

как они определяются?

17. Чем определяются напряжения поврежденных фаз в месте

повреждения при двухфазном КЗ?

18. Чем определяются напряжения поврежденных фаз в месте в месте

установки защиты при двухфазном КЗ?

19. Чему равна составляющая нулевой последовательности тока при

двухфазном КЗ?

20. Каким выражением определяется мощность на зажимах реле

направления мощности?

21. Укажите, на какие токи и напряжения включается реле направления

мощности при 90º схеме включения.

22. Что такое угол максимальной чувствительности и угол внутреннего

сдвига реле направления мощности?

23. Как ведет себя треугольник линейных напряжений при двухфазном КЗ

в зависимости от удаленности точки КЗ от места установки защиты?

24. Укажите, в равных ли условиях оказываются реле РБМ, включенные на

токи фаз A, B и C при двухфазном КЗ.

25. Как ведет себя угол φ_P между рабочим током и рабочим напряжением,

подводимым к реле направления мощности, в зависимости от

удаленности точки двухфазного КЗ от места установки защиты?

26. Чему равен угол максимальной чувствительности для реле направления

мощности РБМ-171, РБМ-177?

КОНТРОЛЬНАЯРАБОТА № 2

Задача 2.1

Определить токи срабатывания трехступенчатой токовой защиты на линиях W1 и W2 сети с односторонним питанием и чувствительность защит (рис. 2.1.1). Определить время срабатывания защит. Нарисовать карту селективности защит.

К3

Рис. 2.1.1. Схема участка сети с трехступенчатой токовой защитой.

Состав защит:

на линии W1 – мгновенная отсечка (МО), отсечка с выдержкой времени (ОВВ), максимальная токовая защита (МТЗ), на линии W2 - мгновенная отсечка, максимальная токовая защита.

Исходные данные:

- коэффициент токораспределения К_Т = 1;

- коэффициент отстройки К_Н = 1,2;

- коэффициент возврата К_В = 0,8;

- коэффициент самозапуска двигателей К_СЗП = 2.

Таблица 2.1.1

№ варианта	Точка К1 I⁽³⁾_{К1 макс}/I⁽²⁾_{К1 мин} A	Точка К2 I⁽³⁾_{К2 макс}/I⁽²⁾_{К2 мин} A	Точка К3 I⁽³⁾_{К3 макс}/I⁽²⁾_{К3 мин} A	Максимальные рабочие токи
№ варианта	Точка К1 I⁽³⁾_{К1 макс}/I⁽²⁾_{К1 мин} A	Точка К2 I⁽³⁾_{К2 макс}/I⁽²⁾_{К2 мин} A	Точка К3 I⁽³⁾_{К3 макс}/I⁽²⁾_{К3 мин} A	Линия W1 I_{РАБ МАКС}, A	Линия W2 I_{РАБ МАКС}, A
1, 18	14250/8200	3840/2930	1490/1220	280	250
2, 19	14000/8600	4050/3200	1670/1200	250	200
3, 20	13600/9140	4200/3480	1700/1360	370	260
4, 21	13020/8710	4000/3320	1610/1300	350	250
5, 22	12020/8800	4300/3510	1600/1400	380	300
6, 23	1200/6900	3240/2470	1250/1030	240	210
7, 24	11020/8010	4100/3612	1505/1300	290	200
8, 25	10500/6450	3040/2400	1250/900	190	150
9, 26	10500/6070	2830/2160	1100/900	210	180
10, 27	10020/7810	4060/3520	1406/1220	250	185
11, 28	9030/7700	4000/3500	1310/1200	240	170
12, 29	9000/5220	2400/1800	940/780	180	155
13, 30	8607/7400	4100/3300	1100/934	210	140
14, 31	7500/4330	2020/1540	785/645	150	130
15, 32	6880/5900	3280/2640	880/750	170	110
16, 33	6000/3470	1620/1240	630/520	120	100
17, 34	5600/2150	1620/1280	670/480	100	80

2.1.1. Краткие теоретические сведения по токовым защитам.

Принцип действия токовой защиты основан на фиксации увеличения тока при возникновении короткого замыкания. Токовые релейные защиты приходят в действие при увеличении тока в фазах ЛЭП сверх определенного значения. В качестве реле, реагирующих на возрастание тока, служат максимальные токовые реле (вторичные косвенного действия).

Токовые РЗ подразделяются на максимальные токовые РЗ и токовые отсечки. Главное различие между этими РЗ заключается в способе обеспечения селективности. Селективность действия максимальных токовых защит достигается с помощью выдержки времени. Селективность токовых отсечек обеспечивается соответствующим выбором тока срабатывания.

Максимальная токовая защита.

Максимальная токовая защита (МТЗ) является одной из основных защит для сетей с односторонним питанием. Она должна устанавливаться в начале каждой линии со стороны источника питания (рис. 2.1.2). При таком расположении защит каждая линия имеет самостоятельную РЗ, отключающую линию в случае повреждения на ней самой или на шинах питающейся от нее подстанции.

Первым требованием, которому должна удовлетворять МТЗ, является одновременное выявление момента возникновения повреждения в защищаемой цепи, что достигается установкой определенной величины тока срабатывания.

Вторым требованием, которому должна удовлетворять МТЗ, является правильный выбор поврежденного участка. Для выполнения этого требования (называемого селективностью), МТЗ участков электросети должны иметь различное время срабатывания. Например, в электросети, состоящей из трех последовательно соединенных участков (рис 2.1.2), при коротком замыкании на линии W1 в точке K по условиям селективности должна быть подана команда на отключение выключателя Q1. Короткое замыкание приводит к протеканию тока повреждения по всем линиям, что вызывает срабатывание пусковых органов всех трех защит. Требование селективности обеспечивается путем создания задержки на срабатывание, выбираемой по следующему правилу. Защита, наиболее удаленная от источника питания, должна иметь минимальное время срабатывания.

Рис. 2.1.2. Пример выбора выдержек времени максимальных

токовых защит.

По мере приближения к источнику питания выдержки времени защит увеличиваются на величину Δt, называемую ступенью селективности. Для приведенного примера

t₁ ≈ 0; t₂ = t₁ + Δt; t₃ = t₂ + Δt.

Ступень селективности учитывает время отключения выключателей, погрешности элемента задержки на срабатывание. Обычно Δt принимается равным (0,4 ÷ 0,6) секунд.

По характеру зависимости времени действия от тока срабатывания МТЗ подразделяются на РЗ с независимой и зависимой характеристикой

(рис. 2.1.3).

t_c

I_c

Рис. 2.1.3. Характеристики времени срабатывания МТЗ:

а) – зависимая; б) – независимая.

Максимальные токовые защиты выполняются на электромеханических реле прямого и косвенного действия и статических реле по трех- и двухфазным схемам.

Для выбора тока срабатывания МТЗ от короткого замыкания исходным является требование, чтобы она надежно работала при повреждениях, но в то же время не действовала при максимальных токах нагрузки, кратковременном увеличении тока, вызванного пуском и самозапуском двигателей, колебанием нагрузки.

Ток срабатывания МТЗ выбирается таким, чтобы обеспечить выполнение следующих условий:

1. Защита не должна работать от максимально возможного рабочего

тока с учетом послеаварийных перегрузок.

2. Действия последующих защит должны быть согласованы по току и по времени с действиями предыдущих защит.

3. Должна быть обеспечена необходимая чувствительность при всех видах КЗ в основной защищаемой зоне и в зоне резервирования.

Для определения тока срабатывания защиты рассматривается ее поведение в двух случаях: при КЗ на резервируемом участке и при КЗ на защищаемом участке (рис. 2.1.4).

В первом случае (при КЗ в точке К2)ток срабатывания МТЗ1 определяется выражением:

, (2.1.1)

где

- коэффициент надежности, обеспечивающий надежное несрабатывание защиты путем учета погрешности реле с необходимым запасом; в зависимости от типа реле

может принимать значения

- для полупроводниковых реле;

- для электромагнитных реле;

- для индукционных реле;

- коэффициент возврата реле; в зависимости от типа реле может принимать значения

- для реле РТ-40, РТ-80, РТ-90;

- для реле РТВ;

- для полупроводниковых максимальных реле тока.

- коэффициент самозапуска асинхронных двигателей, значение которого зависит от вида нагрузки и ее параметров, обычно значение находится в пределах (1÷5).

Во втором случае (при КЗ на защищаемом участке в точке К1) ток короткого замыкания определяется выражением:

. (2.1.2)

При определении максимального тока нагрузки необходимо исходить из наиболее тяжелых, но реальных режимов работы оборудования.

Условие согласования по току защит последующих и предыдущих элементов заключается в выборе таких токов срабатывания, при которых последующая защита, расположенная ближе к источнику питания, имела бы больший ток срабатывания, т.е. была бы менее чувствительна, чем предыдущая защита, расположенная дальше от источника. Соблюдение этого условия обеспечивает селективную работу последующей защиты при КЗ в зоне действия предыдущей защиты, когда токи КЗ близки по значению к токам срабатывания защит.

По второму условию каждая последующая защита должна иметь ток срабатывания больший, чем предыдущая:

, (2.1.3)

где – ток срабатывания последующей (более приближенной к источнику питания) защиты;

- ток срабатывания предыдущей (более удаленной от источника питания) защиты;

- коэффициент отстройки, в расчетах часто принимают .

Ток срабатывания защиты выбирается большим из трех выражений (2.1.1), (2.1.2), (2.1.3).

Чувствительность защиты оценивается значением коэффициента чувствительности:

, (2.1.4)

где - минимальное значение тока двухфазного короткого замыкания.

Чувствительность проверяется для двух режимов – основного и режима резервирования (рис. 2.1.4).

Рис. 2.1.4. Оценка чувствительности защиты.

Если защита МТЗ1 работает как основная, то чувствительность проверяется по короткому замыканию в конце защищаемой линии, точка К₁. Значение коэффициента чувствительности должно быть больше или равно 1,5:

. (2.1.5)

Если защита МТЗ1 работает в режиме резервирования, то чувствительность проверяется по короткому замыканию в конце резервируемой линии, точка К₂. Значение коэффициента чувствительности должно быть больше или равно 1,2:

. (2.1.6)

Токовые отсечки.

Токовая отсечка является разновидностью токовых защит, позволяющей обеспечить быстрое отключение короткого замыкания. Токовые отсечки подразделяются на отсечки мгновенного действия и отсечки с выдержкой времени.

Рассмотрим участок сети, состоящий из двух линий с односторонним питанием (рис. 2.1.5).

Величина тока трехфазногоКЗ, протекающего по линии, зависит от места повреждения:

, (2.1.7)

где - фазная ЭДС системы;

- сопротивление системы;

- удельное сопротивление 1 км. линии;

- расстояние до места короткого замыкания.

На рис. 2.1.5 изображена кривая, показывающая изменение тока трехфазного короткого замыкания в зависимости от расстояния до точки КЗ.

Рис. 2.1.5. Принцип действия токовой отсечки на линии с

односторонним питанием

Токовая отсечка является разновидностью МТЗ, позволяющей обеспечить быстрое отключение короткого замыкания. Токовые отсечки подразделяются на отсечки мгновенного действия и отсечки с выдержкой времени.

Мгновенные токовые отсечки (без выдержки времени) по условию селективности не должны действовать за пределами защищаемых линий при любых видах КЗ и любых режимах работы системы. Для этого ток срабатывания отсечки выбирается большим максимального значения тока при трехфазном КЗ в конце защищаемого участка:

. (2.1.8)

Приняв во внимание погрешности трансформаторов тока, реле и расчета, получим:

, (2.1.9)

где - коэффициент надежности.

Таким образом, по принципу действия токовая отсечка не требует выдержки времени, селективность работы достигается за счет ограничения ее зоны действия. Графическая иллюстрация зоны действия отсечки показана на рис. 2.1.5. Из-за того, что зона работы отсечки не охватывает всю линию, отсечка не может быть использована в качестве единственной защиты.

Время срабатывания мгновенной отсечки складывается из времени срабатывания токовых и промежуточного реле. При быстродействующих промежуточных реле (0,02 с) отсечка срабатывает в течение времени

t = 0,04 ÷ 0,06 c. На ЛЭП, защищенных от перенапряжений трубчатыми разрядниками, отсечка не должна 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. Для отстройки от работы разрядников необходимо применить промежуточное реле с временем действия 0,06 ÷ 0,08 с.

Отсечка с выдержкой времени применяется для устранения недостатка мгновенной токовой отсечки: зона ее действия охватывает всю защищаемую линию.

На рис. 2.1.6 представлен участок сети, состоящий из двух последовательно соединенных линий W1 и W2. На линии W1 установлена защита ТО1 – токовая отсечка с выдержкой времени, на линииW2 установлена защита ТО2 – мгновенная токовая отсечка.

Рис. 2.1.6. Принцип действия отсечки с выдержкой времени.

Зона действия токовой отсечки с выдержкой времени ТО1 согласуется с зоной и временем мгновенной отсечки ТО2 исходя из требования обеспечения селективности. Для выполнения этого время действия отсечки ТО1 выбирается на ступень больше времени срабатывания отсечки ТО2:

, (2.1.10)

где с – ступень селективности.

Ток срабатывания токовой отсечки с выдержкой времени выбирается по условию:

, (2.1.11)

где - коэффициент надежности;

- ток срабатывания токовой отсечки ТО2.

При таком выборе тока срабатывания защиты ТО1 в зону ее действия входит линия W1 и начальный участок линии W2.

Токовые ступенчатые защиты.

Токовые ступенчатые защиты представляют собой сочетание токовых отсечек и максимальных токовых защит. Обычно токовые ступенчатые защиты выполняются виде трех ступеней:

первая ступень – отсечка мгновенного действия, защищает начальный участок линии;

вторая ступень – отсечка с выдержкой времени, предназначена для надежной защиты оставшегося участка линии;

третья ступень – максимальная токовая защита, выполняет функции ближнего и дальнего резервирования.

На рис. 2.1.7 представлен участок сети с токовой ступенчатой защитой. На линии АБ установлена трехступенчатая токовая защита, на линии БС – двухступенчатая.