Основные органы токовых защит

В общем случае токовые защиты содержат три ступени, являются относительно селективными и могут осуществлять как ближнее, так и дальнее резервирование. Быстродействующая первая ступень защиты - токовая отсечка без выдержки времени - имеет только измерительный орган, а вторая и третья ступени - токовая отсечка с выдержкой времени и максимальная токовая защита - содержат два органа: измерительный и выдержки времени. Вторую ступень выполняют с независимой от тока выдержкой времени, а третью - с независимой и с зависимой.

В качестве примера на рис. 5.1 приведена в однофазном изображении принципиальная совмещенная схема аппаратной (релейно-контактной) максимальной токовой защиты на оперативном постоянном токе.

Функции измерительного органа выполняют реле тока КА, входящие в измерительную часть схемы. Они реагируют на повреждения или нарушения нормального режима работы и вводят и действие орган выдержки времени, если он имеется. Реле могут включаться как на полные фазные токи, так и на их симметричные составляющие. Для повышения чувствительности защиты иногда используют комбинированный измерительный орган, в котором наряду с реле тока имеются реле напряжения. В качестве органа выдержки времени можно использовать отдельное реле времени КТ. Наряду с этим в одном реле тока могут быть объединены оба органа защиты.

В схемах токовых защит имеются также вспомогательные реле, например промежуточные KL и указательные КН. Вместе с реле времени они образуют логическую часть схемы. Промежуточное реле облегчает работу контактов основных органов защиты и, вводя некоторое замедление, предотвращает действие токовой отсечки без выдержки времени при работе трубчатых разрядников. Указательное реле позволяет контролировать срабатывание защиты. Защита действует на электромагнит отключения YAT привода выключателя Q.

Коммутационная способность контакта реле KL обычно не достаточна для размыкания цепи электромагнита отключения YAT. Поэтому в эту цепь последовательно с контактом KL включают вспомогательный контакт выключателя Q, способный коммутировать ток электромагнита отключения.

5.2. Схемы соединения измерительных преобразователей тока
и цепей тока вторичных измерительных органов

В зависимости от назначения защиты и предъявляемых к ней требований применяются следующие схемы соединения измерительных преобразователей и цепей тока измерительных органов:

- трехфазная схема соединения в полную звезду;

- двухфазная двух- и трехрелейная схема соединения в неполную звезду;

- трехфазная схема соединения ТА в полный треугольник, а измерительных органов - в полную звезду;

- двухфазная однорелейная схема соединения в неполный треугольник (на разность токов двух фаз).

Во всех этих схемах измерительные органы включают на полные токи фаз. Распространение получили также схемы включения на составляющие токов нулевой и обратной последовательности. В этих схемах реле подключается к фильтрам тока нулевой и обратной последовательностей. В схемах с включена реле на полные токи фаз токи в реле Iр в общем случае отличаются вторичных фазных токов I_2ф измерительных преобразователей.

Это отличие характеризуется коэффициентом схемы kсх(m) = Iр/I_2ф, который может зависеть от режима работы защищаемого элемента. Если ток I_2ф выразить через первичный ток I_1ф и коэффициент трансформация измерительного преобразователя, то kсх(m) = IрКi/I_1ф. Это соотношение справедливо также для тока срабатывания реле Iс.р и тока срабатывания защиты Iс.з, т.е. kсх(m) = Iс.р Ki/Iс.з. При определении токов срабатывания обычно рассматривается симметричный режим. В этом случае и коэффициент схемы обозначают как kсх(3). Чувствительность токовых защит характеризует коэффициент чувствительности kч(m), под которым понимают отношение тока в реле при металлическом коротком замыкании в конце защищаемой зоны к току срабатывания реле, причем рассматривается K3 вида m, при котором ток в реле имеет минимальное значение:

kч(m) = Iр.min(m)/Iс.р. Здесь Iр.min(m) = kсх(m) Iк.min(m) /Ki, а Iс.р = kсх(3) Iс.з / Кi.

Поэтому коэффициент чувствительности kч(m) можно выразить через минимальный ток повреждения Iк.min(m), ток срабатывания защиты Iс.з и соответствующие коэффициенты схем kсх(m) и kсх(3):

kч(m) = kсх(m)Iк.min(m)/(kсх(3)Iс.з).

Двухфазная двух- и трехрелейная схема с соединением трансформаторов тока и реле в неполную звезду

Двухфазную двухрелейную схему (рис. 5.4, а) можно получить из схемы полной звезды, если исключить один из трансформаторов тока (TA2) и реле КА2. Обычно для выполнения схемы неполной звезды используются трансформаторы тока, установленные в фазах А и С.

Из анализа этой схемы следует, что:

- схема реагирует на все виды коротких замыканий, за исключением короткого замыкания на землю фазы, в которой трансформатор тока не установлен, поэтому схема применяется только для защит, действующих при многофазных повреждениях; во всех случаях в реле проходят вторичные фазные токи, поэтому для схемы неполной звезды kсх(m) = 1;

- ток в обратном проводе проходит не только при некоторых повреждениях на землю, но и при многофазных коротких замыканиях, а также при нормальном режиме, поэтому обратный провод необходим для правильной работы схемы, т. е. выполнять схему без обратного провода недопустимо;

- в сетях с изолированной или заземленной через дугогасящий реактор нейтралью (рис. 5.4, б) при двойных замыканиях на землю, когда точки повреждения находятся на двух линиях, отходящих от общих шин, причем одна из точек расположена на фазе без трансформатора тока (точки К1 и К3), действует на отключение только защита 1 и отключается линия с местом повреждения в точке К1; при установке трансформаторов тока в одноименных фазах на всех соединенных данного напряжения в большинстве (2/3) случаев двойных замыканий на землю отключается только одно место повреждения;

- в сетях с изолированной или заземленной через дугогасящий реактор нейтралью при двойных замыканиях на землю защита может действовать неселективно, если точки повреждения К1 и К2 располагаются на смежных участках, причем на более удаленном участке повреждается фаза без трансформатора тока (на отключение действует защита I, а не II);

- чувствительность защиты может оказаться в два раза меньшей по сравнению со схемой полной звезды при некоторых двухфазных коротких замыканиях за трансформатором с соединением обмоток Y/Δ или Δ/Y (точка К4, защита III).

На рис. 5.4, в приведены векторные диаграммы токов в фазах со стороны обмоток силового трансформатора Т, соединенных в Δ и Y (соответственно IAΔ, IBΔ и IAY, IBY, ICY) при двухфазном коротком замыкании за трансформатором между фазами А и В. Векторные диаграммы токов построены с использованием метода симметричных составляющих.

Чувствительность защиты, выполняемой по схеме неполной звезды, в данном случае определяется токами IAY и ICY:

kч(2) = Iк2 / (1,73 Iс.з.nт),

а защиты, осуществляемой по схеме полной звезды, - током IBY: kч(2) = 2Iк2 / (1,73 Iс.з.nт),

т. е. kч'(2) = 2kч(2).

Здесь в первом случае kсх(2) = 1/1,73, а во втором случае kсх(2) = 2/1,73.

Если чувствительность двухрелейной схемы неполной звезды недостаточна, то в обратный провод схемы дополнительно включается реле КА2, по обмотке которого, как в обратном проводе, проходит сумма токов фаз А и С (трехрелейная схема неполной звезды). По чувствительности эта схема равноценна схеме полной звезды.