Выбор параметров максимальной токовой защиты

 

Выбор выдержки времени. Как уже отмечалось, максимальные токовые защиты могут выполняться с независимой и с ограниченно зависимой характеристиками времени срабатывания. Как в том, так и в другом случае селективность защиты можно обеспечить, ес­ли время срабатывания t ₁ защиты А1 (рис. 6.2), расположенной у источника питания, при коротком замыкании в точке К2 на смеж­ном участке в зоне действия защиты А2 (линия БВ) больше макси­мальной выдержки времени t₂ защиты А2 на некоторое время Δt, называемое ступенью селективности, т. е. должно выполняться условие

t₁=t₂+Δt                              (6.1)

 

При выборе ступени селективности необходимо учитывать:

а) время отключения tо. в выключателя Q2, которое не входит в выдержку времени t2 защиты А2. В зависимости от типов выключателей время их действия изменяется в пределах t _o.в = 0,05÷0,3с;

б) погрешности во времени действия t _п1 защиты А1 и t _п2 защиты А2, ко­торые могут иметь как положительное, так и отрицательное значение; при опре­делении Dt необходимо исходить из более тяжелого случая, когда защита А1 имеет отрицательную погрешность (—t _п1), а защита А2— положительную по­грешность (+t_п2). При этом действительное время защиты А1

t’₁=t₁-t_П1                                                                                                         (6.2)

и соответственно защиты А2

t’₂=t₂+t_П2                                                                                                       (6.3)

У максимальных токовых защит с независимой характеристикой выдержки времени погрешности времени действия обусловлены погрешностью реле вре­мени, а у защит с ограниченно зависимой характеристикой выдержки времени— погрешностью комбинированного реле тока, которое совмещает в себе измери­тельный Орган тока и орган выдержки времени; погрешность для индукционного реле РТ-80 можно принять равной t_п = 0,05÷0,1 с. Для реле РТВ, по имеющим­ся данным, погрешность в независимой части характеристики t_п=±0,3с, а в зависимой части характеристики t п = 0,8÷1,0 с;

в) инерционную ошибку t ин1 в действии реле защиты А1, которая практи­чески имеется только при осуществлении защиты индукционными реле, способными под влиянием сил инерции продолжать некоторое время t_ин1 работать и после отключения короткого замыкания на смежном участке (точка K2 для защиты А1).

Таким образом, селективное действие защит А1 и А2 с ограниченно зави­симой характеристикой времени срабатывания обеспечивается при условии

t’₁> t’+ t_0В2+ t_ин1

или, принимая некоторое время запаса t _зап=0,1 с и учитывая (6.2) и (6.3)

t ’₁= t ₂+ t _0.B2+ t _п1+ t _п1+ t _п2+ t _ин1+ t _ЗАП

_{Откуда с учётом (6,1) получается}

Δt = t _0.B2+ t _п1+ t _п1+ t _п2+ t _ин1+ t _ЗАП

Ступень селективности в расчетах принимают равной Dt = 0,6÷1,0 с. Для защит с независимой характеристикой времени срабатывания инерционная ошибка t_ин = 0, что дает возмож­ность снизить ступень селективности до Dt = 0,3÷0,6 с.

Выдержки времени у максимальных токовых защит выбирают по ступенчатому принципу: начинают выбор с наиболее удаленного от источника питания элемента и по мере приближения к источнику питания увеличивают ее таким образом, что защита последующего участка имеет выдержку времени на ступень селективности больше, чем максимальная выдержка времени защиты предыдущего участка (рис. 6.3).

t₃=Dt+t₄ t₂=Dt+t₃ t₁=Dt+t₂ 

Выбор выдержек времени у максимальных токовых защит с ограниченно зависимой характеристикой должен производиться для определенного тока. Из рассмотрения рис. 6.2 очевидно, что наибольший ток к. з., а следовательно, и наибольший ток в реле за­щиты А1 и А2 при повреждении в зоне действия защиты А2 прохо­дят при коротком замыкании вблизи места установки защиты А2 (точка K2), т. е. у шин подстанции Б. При удалении точки коротко­го замыкания в направлении к К₁ ток повреждения уменьшается и время срабатывания защит А1 и А2 увеличивается. Для двух реле одного типа с разными уставками времени разность Dt выдержек времени при изменении тока не остается постоянной: она тем боль­ше, чем меньше ток в реле I_р (рис. 6.4, а). Поэтому необходимо, чтобы условие селективности (6.1) выполнялось для тока коротко­го замыкания в точке К₂.

Характеристику защиты А1 по заданной характеристике защи­ты А2 выбирают следующим образом: строят характеристику вы­держек времени защиты А2 в зависимости от абсолютного значе­ния тока в обмотке реле; по построенной характеристике определя­ет время срабатывания защиты А2 при токе к. з. I_К2 в расчетной точке (точка К₂); прибавив к этому времени ступень селективнос­ти, определяют время срабатывания защиты А1 и точку а (рис. 6.4, а), принадлежащую характеристике защиты; по току срабатывания и точке а выбирают характеристику реле по типо­вым характеристикам.

На рис. 6.4, б показано изменение тока повреждения при пере­мещении точки короткого замыкания от подстанции А к В (кривая 3) и построены характеристики 1, 2 защит А1 и А2 соответственно. Из графиков видно основное преимущество защиты с зависимой характеристикой — отключение близких повреждений с малой вы­держкой времени при обеспечении селективности в случаях корот­кого замыкания на соседней линии. Преимуществом рассматривае­мой защиты является также отсутствие отдельных реле времени (что упрощает схему) и удобное согласование с пусковой характе­ристикой электродвигателей. Наряду с этим она имеет ряд сущест­венных недостатков, которых нет у максимальной защиты с незави­симой характеристикой выдержки времени: большие выдержки времени в минимальных (точнее, не в максимальных) режимах ра­боты и при действии защиты в качестве резервной; зависимость уставки времени срабатывания от максимального тока к. з., что требует изменять уставки с развитием системы электроснабжения и держать их все время под наблюдением.

Выбор тока срабатывания. При выборе тока срабатывания за­щиты I_с.з необходимо исходить из условий возврата измерительно­го органа в начальное положение после его срабатывания при от­ключении внешнего короткого замыкания. Действительно, при ко­ротком замыкании в точке К₂ (см. рис. 6.2) срабатывают измери­тельные органы защиты А2, расположенной ближе к месту повреж­дения, и защиты А1. При этом на отключение действует только за­щита А2, так как она имеет меньшую выдержку времени. Однако такое действие защиты имеется только в том случае, если после срабатывания защиты А2 и отключения короткого замыкания из­мерительный орган защиты А1 возвращается в начальное состоя­ние. Возврат измерительного органа должен происходить после от­ключения внешнего короткого замыкания. Для этого необходимо, чтобы ток возврата защиты был больше максимально возможного тока в линии I_{з mах} после отключения внешнего короткого замыка­ния (рис. 6.5), т. е. I_в.з > I_{з mах}.

При определении тока I_{з mах} необходимо учитывать возмож­ность увеличения тока в защищаемой линии вследствие самозапус­ка электродвигателей при восстановлении напряжения после от­ключения короткого замыкания, а также длительные допустимые перегрузки при АВР, при отключении одной из параллельных ли­ний и т. п. Ток I_{з mах} обычно больше длительно существующего максимального рабочего тока I_{раб mах}, что учитывается коэффици­ентом самозапуска k _сз ≈2,5÷3. В связи с этим селективное дейст­вие защиты обеспечивается, если I_в.з > k_с.зI_{раб mах} или с учетом коэффициента запаса k_зап,

I_в.з = k_с.зI_{раб mах} k_зап                                                      (6.5)

Коэффициент запаса учитывает, например, погрешности реле, неточности расчета и принимается равным k _зап = 1,1÷1,2.

Для первичных реле ток срабатывания и ток возврата защиты являются одновременно и током срабатывания и возврата реле. При этом ток в обмотке реле является первичным фазным током защищаемого элемента I _р = I _1ф. По обмотке вторичного реле, ко­торое подключается к трансформаторам тока с коэффициентом трансформации K_I, проходит вторичный ток. Он зависит от схемы присоединения реле к трансформаторам тока.

В симметричном режиме соотношение между током в обмотке реле I_р и вторичным фазным током трансформаторов тока I_2ф мож­но выразить коэффициентом схемы k_сх⁽³⁾:

 

I_р= k_сх⁽³⁾ I_2ф или I_р=(k_сх⁽³⁾ I_1ф)/ K_I

и соответственно

I_ср= k_сх⁽³⁾ I_с.з/ K_I и I_в.р= k_сх⁽³⁾ I_в.з/ K_I

 

Согласно (2.5) с учётом коэффициента возврата из (6.5) получается следующее выражение для тока срабатывания защиты:

 

I_с.з=k_зап k_с.зI_{раб mах}/k_в                                                (6.6)

 

Таким образом, для вторичных реле общее расчётное выражение для определения тока срабатывания имеет вид

 

I_с.з = (k_зап k _сз/k_в) k_сх⁽³⁾ (I_{раб mах}/K_I)

Для обеспечения селективности в ряде случаев, например при использовании реле РТВ, требуется, чтобы по мере приближения к источнику питания ток срабатывания защит увеличивался. В дру­гих случаях ток срабатывания I_c.з1 защиты А1, расположенной вблизи источника питания, должен быть не меньше тока срабатывания I_с.з2 защиты А2 (см. рис. 6.2). Таким образом, должно вы­полняться условие I_{с. з1} > I _{с. з2}.

Чувствительность максимальной токовой защиты характеризу­ется коэффициентом чувствительности, который представляет со­бой отношение тока в обмотке реле I_р при металлическом корот­ком замыкании в конце защищаемой зоны (см. рис. 6.2; точка К_з для защиты А1) к. току срабатывания реле I_{с. р}

 

k_ч=I_р / I_{с. р}                                                                  (6.8)

 

Проверку чувствительности производят по минимальному току к. з. I_{к min.} Чувствительность максимальной токовой защиты счита­ется достаточной при k_ч > 1,5 [31]. В том случае, если максималь­ная токовая защита является резервной защитой, ее коэффициент чувствительности определяется по минимальному току к. з. в конце смежного участка (см. рис. 6.2, точка К _I или К₄ для защиты А1);

при этом необходимо, чтобы k_ч > 1,2 [31]. При наличии несколь­ких линий, отходящих от шин противоположной подстанции, коэф­фициент k_ч > 1,2 должен обеспечиваться при коротком замыкании в конце любой из них.

Особенности максимальной токовой защиты на оперативном пе­ременном токе. Источником питания оперативных цепей защиты являются трансформаторы тока (схема с дешунтированием элек­тромагнита отключения выключателя). В такой схеме трансфор­матор тока используется не только как измерительный, но и для питания электромагнита отключения выключателя. Схема выпол­няется так, что электромагнит отключения YAT подключается к трансформатору тока ТА только при сра­батывании защиты (рис. 6.6). При этом для предотвращения недопустимого размы­кания цепи трансформатора тока исполь­зуется реле К.А с переключающим без раз­мыкания цепи контактом, например реле РТ-85. В процессе переключения сначала электромагнит отключения YAT выключате­ля Q подключается к трансформатору тока (замыкается правый контакт КА), а затем он дешунтируется (размыкается левый кон­такт). Выключатель Q отключается, если ток в электромагните отключения окажет­ся достаточным для его действия.

Таким образом, в такой схеме транс­форматоры тока работают в двух режимах: до срабатывания реле — в режиме источ­ника тока; нагрузкой трансформатора тока является сопротивле­ние обмотки реле и сопротивление проводов, поэтому при срабаты­вании защиты от трансформаторов тока потребляется только мощ­ность, необходимая для действия реле; при этом полная погреш­ность трансформатора тока не должна превышать x ³10 % (см.§ 1.1);

после срабатывания реле — в режиме, близком к режиму отда­чи максимальной мощности; в результате дешунтирования элек­тромагнита отключения выключателя нагрузка трансформатора тока резко возрастает; его вторичный ток уменьшается; трансфор­матор тока должен обеспечить отдачу мощности, необходимой для действия электромагнита отключения выключателя; при этом уменьшившийся ток в реле должен обеспечить его удержание в состоянии после срабатывания, т. е. должен быть больше тока воз­врата реле. К контактной системе реле предъявляются требования надежно дешунтировать электромагнит отключения при возмож­ных токах к. з.

Таким образом, при расчете параметров (тока срабатывания и выдержки времени) максимальной токовой защиты с дешунтиро­ванием электромагнита отключения выключателя необходимо до­полнительно проверить: надежность действия электромагнитов от­ключения выключателя после их дешунтирования; отсутствие воз­врата реле после дешунтирования электромагнитов отключения;

коммутационную способность переключающих контактов реле.

Надежное действие электромагнита отключения обеспечивается, если ток срабатывания защиты I_с.з превышает некоторое значение первичного тока I_{1э. о}, при котором в электромагните отключения проходит ток, достаточный для его действия, т. е. если

 

I_с.з ≥ I_{1э. о}                                                                                                        (6.9)

 

Проверку условия (6,9) проводят в следущем порядке. При заданном токе действия (срабатывания) электромагнита отключения I_{с. э. о} определяют вторичный ток, необходимый для его надёжного действия: I₂= k_зап I_{с. э. о}, где коэффициент запаса k_зап=1,2÷1,4. С учётом погрешности трансформаторов тока I_{1э. о} = |İ₂+İ’_нам|K_I. Ток намагничивания I’_нам, в частности, можно определить по типовой характеристке B=f(H) при заданных сечении сердечника S, числе витков втроричной обмотки ω₂ и средней длине пути мегнитного потока l _ср. Сначала определяют вторичную ЭДС трансформатора тока при подключенном к нему электромагните отключения E₂=I₂| Z ₂ + Z _H|, затем определяют максимальную индукцию B _max=E₂10⁸/(4,44fω₂S) и по кривой намагничивания находят напряжённость магнитного поля H. Соответствующий ей ток намагничивания I’_нам =H l _ср/ω₂. Если при найденном тока намагничивания ток I_{1э. о} такой, что условие (6,9) не удовлетворяется, то возникает необходимость в последовательном соединении трансформаторов тока.

Для исключения возврата измерительных реле защиты после дешунтирования электромагнита отключения необходимо, что бы выполнилось условие

 

I₂≥ k_зап I_{в. р}                                                                                                    (6.10)

 

где k_зап=1,2

Возможность применения схемы с дешунтированием по условию работы контактов рле проверяют по формуле