Основным недостатком токовой отсечки без выдержки времени является то, что она защищает только часть линии. Защищаемую зону можно расширить путем создания у отсечки выдержки времени. Такая защита, как отмечалось выше, получила название токовой отсечки с выдержкой времени. На рис. 6.16 показана схема сети с двумя последовательно соединенными участками АБ и БВ, для защиты которых со стороны подстанции А и подстанции Б можно установить токовые отсечки без выдержки времени (первая ступень защиты) с токами срабатывания Iс.з аI и Iс.з БI, выбираемыми в соответствии с (6.17). Отсечки имеют защищаемые зоны соответственно l IA и l IБ, которые охватывают только часть линий. Однако защищаемую зону, например токовой отсечки со стороны подстанции А, можно удлинить, если в действие этой отсечки ввести замедление с таким расчетом, чтобы время ее срабатывания было на ступень селективности больше времени действия токовой отсечки без выдержки времени, установленной на линии БВ у шин подстанции Б (получается вторая ступень защиты).
При этом представляется возможным ток срабатывания отсечки с выдержкой времени (подстанция А) уменьшить. Для сохранения селективности достаточно, чтобы ток Iс.з аII был больше максимального тока к. з., протекающего по линии АБ при повреждении в конце защищаемой зоны отсечки линии БВ со стороны подстанции Б (в конце зоны I1В ), который равен току срабатывания защиты Б. Поэтому
Iс.з аII= k зап Iс.з БI (6.18)
где k зап = 1,1÷1,05.
При таком выборе тока срабатывания и выдержки времени защищаемая зона отсечки l IA в рассматриваемом случае полностью охватывает линию АБ. Кроме того, защита действует как резервная в случае отказа отсечки Б при коротких замыканиях на линии БВ вблизи шин подстанции Б (участок l "А).
В общем случае от шин подстанции Б отходят несколько линий и, кроме того, к шинам могут быть подключены понижающие трансформаторы. При этом отсечка с выдержкой времени на подстанции А должна быть отстроена по времени от отсечек всех отходящих линий и от быстродействующих защит трансформаторов, а ее ток срабатывания должен быть выбран по наибольшему из токов к. з., проходящих по линии АБ при повреждении в конце защищаемых зон отсечек отходящих линий и при коротком замыкании на шинах низшего напряжения трансформаторов.
Токовая отсечка с выдержкой времени обычно применяется в сочетании с токовой отсечкой без выдержки времени и максимальной токовой защитой. При этом получается токовая защита со ступенчатой характеристикой выдержки времени.
Третьей ступенью защиты является максимальная токовая защита с током срабатывания IIIIc.з А отстроенным от максимального рабочего тока, и с выдержкой времени tIII А, выбранной по ступенчатому принципу. Третья зона lIII А защищаемая максимальной токовой защитой, охватывает всю линию АБ и распространяется за пределы смежной линии БВ.
Чувствительность защиты со ступенчатой характеристикой определяется коэффициентами чувствительности второй kIIч и третьей kII1ч ступеней. Чувствительность второй ступени проверяется по металлическому короткому замыканию в конце защищаемой линии АБ, а третьей — по короткому замыканию в конце предыдущего участка (короткое замыкание на шинах подстанции В). При этом коэффициенты чувствительности должны быть kIIч ³ 1,3÷1,5,
kIIIч ³ 1,2.
Расширить зону действия токовой отсечки можно, если дополнить ее измерительными реле напряжения — это токовая отсечка с блокировкой по напряжению. На рис. 6.17 показана линия с односторонним питанием, работающая в блоке с трансформатором Т. По мере приближения точки трехфазного короткого замыкания к шинам подстанции А остаточное напряжение U(3) ост на шинах уменьшается согласно кривой 1 (имеется в виду действующее значение периодической составляющей напряжения для момента времени t=0). При других многофазных коротких замыканиях аналогично изменяется остаточное напряжение между поврежденными фазами.
Обычно в схеме токовой отсечки используют три минимальных реле напряжения, включенных на соответствующие междуфазные напряжения. Параметрами отсечки без выдержки времени с блокировкой по напряжению являются ток срабатывания Iс.з и напряжение срабатывания Uс.з. Путем особого согласования их между собой удается расширить зону действия защиты, обеспечивая селективность при внешних коротких замыканиях и любых режимах работы питающей системы.
Ток срабатывания защиты Iс. з определяют, исходя из требования достаточной чувствительности защиты по току при металлическом двухфазном коротком замыкании в конце защищаемой линии
(точка К2)
Iс. з=I(2)к. min 2 / k чI (6.19)
где k ЧI — требуемый коэффициент чувствительности по току.
На рис. 6.17 ток I(2)K при перемещении точки повреждения изменяется согласно кривой 3, а ток Iс.з определяется прямой 4. Для предотвращения неправильного действия защиты при нарушении цепей напряжения ток Iс. з должен быть отстроен от максимального рабочего тока по условию
Iс. з= k зап Iраб max/kВ (6.20)
Окончательно ток срабатывания Iс.з выбирают по большему из двух значений, полученных по условиям (6.19) и (6.20). Обычно расчетным является выражение (6.19). При этом не исключена возможность срабатывания реле тока защиты при коротких замыканиях за трансформатором, т. е. вне защищаемой зоны.
Для исключения неселективной работы защиты в целом при внешних коротких замыканиях напряжение срабатывания защиты Uс.з выбирают меньшим остаточного напряжения Uост(3) в месте включения защиты (на шинах A) при трехфазном коротком замыкании за трансформатором (точка K1). Предполагают, что при этом по защищаемой линии проходит ток Ik1 = Iс.з, т. е.
Uc.з<Uост(3)= Iс.з(x 1 удl + XT)/kзап
или с учетом коэффициента запаса kзап = 1,2.
Uc.з= Iс.з(x 1 удl + XT)/kзап
Такой выбор напряжения срабатывания исключает возможность срабатывания защиты при любых токах повреждения, проходящих по линии при внешних коротких замыканиях. Действительно, при токе Iк1 < Iс.з селективность защиты достигается недействием ре-
ле тока, а при Iк1 > Iс.з — недействием реле напряжения, так как при этом Uост1 > Uс.з.
Реле напряжения не должны срабатывать в нормальном режиме, поэтому вторым условием выбора Uc.з является отстройка от минимального рабочего напряжения по условию
Uc.з =Uраб min / kзап ≈ 0,7 Uном (6.22)
При коротком замыкании в конце защищаемой линии (точка К2) защита должна обладать достаточной чувствительностью по напряжению. Допускается минимальный коэффициент чувствительности k ч U=Uc.з /Uост max 2=1,4÷1,5.
Необходимо иметь в виду, что если по условию чувствительности значение Uc.з необходимо принять большим расчетного, то нужно увеличить и ток Iс.з, чтобы сохранялось условие (6.21). В противном случае селективность защиты при внешних коротких замыканиях нарушается. Токовую отсечку с блокировкой по напряжению можно выполнить и с выдержкой времени.