Быстродействие

Быстродействие – свойство РЗ обеспечивать наименьшее возможное время отключения КЗ в целях сохранения бесперебойной работы неповрежденной части системы (обеспечение восстановления работы через АПВ и АВР, самозапуск двигателей) и ограничения области и степени повреждения элемента. Время отключения повреждения t складывается из времени срабатывания защиты t_з и времени отключения выключателя t_в:

В общем случае требования к быстродействию определяются несколькими факторами, в частности, допустимой термической стойкостью защищаемых элементов и условиями динамической устойчивости межсистемных линий электропередач. В системах сверхвысоких напряжений иногда требуется иметь t≤0,06…0,08с, при t_в≈0,04с на долю РЗ в этих случаях остается t_з=0,02…0,04с. В табл. 2.1 для сравнения приведены требуемые времена отключения аварийных токов.

Таблица 2.1

Требуемое быстродействие отключения аварийного тока, с

Для сравнения укажем, что время срабатывания выключателя в тяговой сети постоянного тока составляет 0,02-0,075 с, а для сети 27,5 кВ порядка 0,1 с. Время действия выключателей сверхвысокого напряжения составляет порядка 0,04 с.

Очевидно, что чем меньше время отключения, тем:

- меньше разрушения изоляции;

- меньше продолжительность снижения напряжения;

- выше эффект АПВ и АВР;

- выше устойчивость параллельной работы системы ЭС.

Если обеспечить время срабатывания защиты виткового замыкания в мощном трансформаторе (S>25 МВА) – 30...40 мс, то в большинстве случаев последствием будет лишь перегорание от дуги проводника одного витка; если больше, то выйдет из строя вся обмотка, а стоимость ремонта составляет более 50% стоимости трансформатора. Для некоторых обмоток требуется еще большее быстродействие. В тяговой сети время пережога контактного провода МФ-100 составляет при дуге 2 кА – 0,15 с, следовательно, полное время отключения должно быть меньше.

Время срабатывания схемы защиты зависит как от быстродействия измерительных реле (реле тока, напряжения, сопротивления и т.п.), так и от промежуточных реле, применяемых в схемах релейной защиты. В табл. 2.2 приведены времена срабатывания распространенных промежуточных (логических) реле.

Таблица 2.2

Существенное значение быстродействие защиты оказывает на условие успешного самозапуска асинхронных двигателей (АД). Рассмотрим подробнее поведение асинхронных двигателей при самозапуске.

Токи самозапуска (в двигателях до 500 В) возникают обычно при АПВ. Самозапуск – пуск двигателя с промежуточной скоростью или из неподвижного состояния, происходит самостоятельно вследствие возобновления питания после перегрева. Для современных двигателей характерны следующие параметры пуска двигателя: кратность пускового тока

Напряжение срабатывания магнитных пускателей составляет (0,7...0,8)U_N, напряжение возврата (отпуска) магнитных пускателей (0,35...0,4)U_N. Снижение скорости вращения двигателя на 25% приводит к появлению тока приблизительно равного пусковому. При времени КЗ 0,03...0,05 с. – линейные контакторы и МП остаются во втянутом состоянии, при перерыве питания > 0,5 с, происходит отключение электродвигателя. Возможность самозапуска при длительном снижении или исчезновении напряжения сохраняют с помощью реле времени.

Сказанное поясняет рис. 2.8, на котором приведен пример участка электрической сети и временные диаграммы режима отключения от КЗ и послеаварийного АПВ. Кроме того, на рис. 2.9 приведена зависимость времени отключения магнитных пускателей от напряжения в сети.

Рассмотрим состояние сети при использовании АПВ и АВР. Эффект АВР и АПВ характерен для нагрузки К₂Н, которая при КЗ в точке К₁ после отключения КЗ остается без напряжения, двигатели снижают скорость. Чем меньше время восстановления напряжения тем меньше снижение скорости. Иногда быстродействие осуществляется в ущерб селективности. В этом случае применяют ускорение защит нормально работающих с выдержками времени, с последующим исправлением АПВ и АВР.

Например, при КЗ в точке К₄ сначала срабатывает устройство АК1, измеряющее величину тока через трансформатор тока ТА, и подает команду на отключение выключателя Q3, затем на отключение отделителя QR, и ввод в действие устройства АПВ АР.

Предельное быстродействие защиты линии должно быть согласовано с быстродействием срабатывания разрядника FV (³ 0,06...0,08 с для трубчатого разрядника). Поскольку срабатывание разрядника приводит к закорачиванию сети на землю, то ток в сети повышается, и устройства релейной защиты могут среагировать на работу разрядника как на появление короткого замыкания. Для получения требуемой задержки в схеме защиты достаточно установить одно из промежуточных реле, приведенных в таблице 2.2.