38. Максимальная токовая защита. Назначение, принцип действия, условия настройки.

Признак возникновения КЗ – резкое увеличение тока – сверхток. Для его отключения применяется максимальная токовая защита (МТЗ). Ток, проходящий по защищаемому эл-ту системы, через ТТ подводится к МТЗ, которая в нормальном режиме на него не реагирует. При возникновении КЗ ток резко возрастает, защита срабатывает и подает сигнал на отключение выключателя. Значение тока при котором защита срабатывает, называется током срабатывания защиты.

М ТЗ должна удовлетворять 2 требованиям: 1) четко выявлять момент возникновения аварии, что достигается определенной уставкой срабатывания защиты; 2) правильно выбирать поврежденный участок.

Д ля выполнения этих требований МТЗ оснащается как правило 2 органами: пусковым, определяющим момент возникновения КЗ или другого анормального режима, и органом выдержки времени, обеспечивающим селективность. В качестве исполнительных реле используют реле тока, реле времени, комбинированные реле (типа СТВ) и ряд вспомогательных реле (промежуточные и указательные). Промежуточные облегчают работу контактов основных органов защиты, а так же, вводя некоторое замедление, предотвращают действие токовой отсечки при срабатывании трубчатых разрядников. Указательные реле сигнализируют о срабатывании защиты.

В связи с применением различных реле для МТЗ очень важным является зависимость между током и временем срабатывания, поэтому различают максимальную токовую защиту с зависимой-1 и независимой-2 характеристикой времени срабатывания.

МТЗ широко применяется для защиты генераторов, трансформаторов, электродвигателей, а также линий с односторонним, реже с двусторонним, питанием.

Схемы максимальной токовой защиты.

Т .к ток КЗ проходит от источника питания к месту КЗ, то чем ближе к источнику питания установлена защита, тем больше зона ее защиты. (если установить защиту со стороны обмотки высшего напряжения силового трансформатора Т, то в зону защиты попадают: линия питания, кабельные вводы, обмотки трансформатора Т, выключатель QF2 и шины низкого напряжения, поэтому МТЗ целесообразно устанавливать ближе к источнику питания.

Место установки МТЗ зависит также от схемы соединения электроустановок и их количества. Например от шин подстанции II питаются 2 РУ, с разным кол-вом электроустановок. На электродвигателе отдельную защиту можно не устанавливать, т.к. он входит в зону защиты МТЗ1 . для РУ2 это решение неприемлимо, т.к. отключение линии Л2 приводит к отключению электродвигателя М2 и трансформатора Т независимо от того, где произошла авария. Поэтому в данном случае защиту необходимо установить у электродвигателя и у трансформатора.

Схемы включения пусковых органов МТЗ приведены на рис.

А нализ схемы а) показывает, что при всех видах КЗ токи повреждения проходят по всем реле, поэтому защита реагирует на все виды КЗ с одинаковой чувствительностью коэффициент схемы

При не полной звезде схема реагирует на все виды КЗ, исключая КЗ на землю фазы, где не установлен ТТ, поэтому такая схема применяется для защиты от междуфазных замыканий в симметричных режимах коэффициент схемы ; ток в обратном проводе проходит не только при между фазных КЗ и некоторых замыканиях на землю, поэтому прокладка нулевого провода необходима.

Схема г) наиболее экономична, т.к. требует установки двух ТТ и только одного реле. Схема реагирует на все виды КЗ, за исключением КЗ фазы, где ТТ не установлен, поэтому применяется большей части для защит от междуфазных повреждений; в нормальном режиме и при трехфазном КЗ, ток в обмотке реле в √3 раз больше фазного, поэтому ; защита имеет разную чувствительность в зависимости от вида повреждения и сочетания поврежденных фаз (наименьшая чувствительность при замыкании между фазами А и В, В и С).

МТЗ широко применяется для защиты воздушных и кабельных линий напряжением 6-35 кВт, особенно в сетях с изолированной нейтралью, из-за отсутствия однофазных КЗ. При этом для междуфазных КЗ используются двухфазные схемы. Эти же схемы могут применяться и в сетях с заземленной нейтралью, если для защиты от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) применяется максимальная токовая защита, включенная на ток нулевой последовательности.

С хема МТЗ с независимой характеристикой времени срабатывания на оперативном постоянном токе представлена на рис 10.11. Особенность – использование блокировочного контакта (БК) контактора отключения выключателя, который замыкается при включении КМ и размыкается при его отключении. При отключении выключателя прохождение тока КЗ прекращается, вследствие чего происходит возврат реле в исходное положение (вначале токовых, потом времени). Т.к. контакты КТ не рассчитаны на размыкание цепи КМ, то размыкание этой цепи производится БК до размыкания контактов КТ. С другой стороны БК, размыкая цепь отключения, защищают отключающую катушку от повреждения.

Схема двухфазной МТЗ с зависимой характеристикой времени срабатывания на переменном оперативном токе представлена на рис.10.11. б)

Выбор параметров максимальной токовой защиты.

МТЗ, предназначенная для отключения КЗ, не может служить одновременно для защиты от перезагрузки, допускающей большую выдержку времени. При определении тока срабатывания защиты должны соблюдаться следующие условия: 1) защита не должна срабатывать при прохождении максимального тока нагрузки; 2) при КЗ защита должна надежно работать на защищаемом участке с коэффициентом чувствительности – 1,5; 3) защита, как правило, должна надёжно работать и при КЗ на смежном участке, имея в конце его коэффициент чувствительности не менее 1,2.

Для выполнения первого условия должно выполняться неравенство , где - ток срабатывания; - максимальный ток нагрузки.

С другой стороны при выборе тока срабатывания защиты необходимо исходить из условия возврата пускового органа в начальное положение после отключения внешнего КЗ. При КЗ в точке К2 срабатывает защита 2, расположенная ближе к месту повреждения, и защита 1. Защита 2 срабатывает только на отключение, так как имеет меньшую выдержку времени. Так будет в случае, если после срабатывания защиты 2 пусковой орган защиты 1 вернётся в исходное положение.

Максимальный ток, при котором пусковой орган защиты возвращается в исходное положение, называется током возврата защиты I в.з. Возврат защиты должен происходить только после отключения внешнего КЗ, для чего I в.з должен быть больше максимального возможного тока в линии, т.е.

При определении максимального тока необходимо учитывать увеличение тока в защищаемой линии вследствие самозапуска электродвигателей при восстановлении напряжения напряжения после отключении КЗ, что учитывается коэффициентом самозапуска, k с.з = 2,5-3,0. Селективное действие защиты будет обеспеченно, если ,

где - коэффициент запаса, учитывающий погрешности работы реле, неточности расчета и т.д. (1,1 – 1,2).

Ток возврата и ток срабатывания связаны между собой коэффициентом возврата , откуда

Тогда

Установка пусковых токовых реле, т.е. вторичный ток срабатывания, определяется по формуле:

, Где kт – коэффициент трансформации трансформаторов тока; k сх –коэффициент схемы, k сх = 1 (полная, неполная звезда), .(схема на разность токов 2 фаз).

Определив ток срабатывания защиты, определяют коэффициент чувствительности, позволяющий судить о выполнении второго и третьего условий:

Для МТЗ с шунтированием отключающих катушек выключателей, выполненных с реле типа РТ или РП, необходимо дополнительно проверить: 1) надежность срабатывания отключающих катушек (ОК) выключателя после их шунтирования ; 2) отсутствие возврата реле РТ (РП) после дешунтирования ОК вследствие снижения вторичного тока ТТ; 3) допустимость максимального тока КЗ для контактов указанных типов реле.

Для проверки надежности срабатывания ОК необходимо:

а) определить вторичный ток ОК, необходимый для надежной работы,

, где k н – коэффициент надёжности (1,25) ; I с.ок – ток срабатывания отключающей катушки;

б) определить ЭДС Е2 трансформатора тока, при прохождении вторичного тока I2,

, где Z н – сопротивление нагрузки, подключенной ко вторичной обмотке ТТ после дешунтирования ОК; Z 2 – сопротивление вторичной обмотки ТТ;

в) по кривой намагничивания ТТ определить его ток намагничивания I нам при ЭДС Е2;

г) определить первичный ток I 1ко, при котором во вторичной обмотке проходит ток I2:

, где k т – коэффициент трансформации ТТ;

д) проверить условие, необходимое для надежного действия ОК после дешунтирования,

, где I с.з – первичный ток срабатывания наиболее чувствительной защиты, действующей на дешунтирования ОК.

Для проверки отсутствия возврата реле из-за снижения вторичного тока ТТ необходимо, чтобы ток возврата реле был больше нового вторичного тока. Это выполняется при условии: , где I2 – вторичный ток после дешунтирования ОК; I в.р – ток возврата реле.

Заменив значение тока возврата реле через (10,14) с учетем (10,20), получим:

, где I с.р – первичный ток срабатывания защиты.

Проверка допустимого максимального тока КЗ для контактов реле, которыми производится дешунтирования ОК, производится по формуле

, где 150 А –предельно допустимый ток на контакты реле при нагрузке не более 4 Ом.

Выдержки времени защиты с независимой характеристикой выбираются по ступенчатому принципу, заключающемуся в том, что каждая последующая защита в направлении от потребителей электроэнергии к источнику питания имеет выдержку времени больше предыдущей на некоторую величину дельта t, называемую ступенью селективности.

Д ля схемы на рис. 10.12 время срабатывания защиты:

Величина ступени селективности дельта t должна быть такой, чтобы успели срабатывать защита и отключится выключатель поврежденного участка, прежде чем истечет выдержка времени вышестоящего участка. Для МТЗ с независимой характеристикой ступень селективности определяется как: , где t вык – время срабатывания выключателя ( в зависимости от типов выключателей t вык = (0,05 – 0,3) с); дельта t КА1, дельта t КА2 – погрешности во времени действия защиты 1 и 2, которые могут иметь как положительное так и отрицательное значение; t зап – время запаса, учитывающие неточность настройки реле времени 0,1 – 0,15 с.

У максимальных токовых реле с независимой характеристикой выдержка времени обусловлена погрешностью реле времени, а у защит с ограниченной зависимой характеристикой – погрешностью индукционного токового реле, совмещающего в себе пусковой орган и орган выдержки времени. Эта погрешность может быть принята 0,05 – 0,1 с.В расчетах ступень селективности принимается равной 0,6 – 1 с для защит с ограниченно зависимой характеристикой, а для защиты с независимой характеристикой 0,3 – 0,6 с. Максимальная токовая защита обладает достаточной селективностью, определенной чувствительностью; широко применяется в радиальных сетях всех уровней напряжения с одним источником питания, а в системах электроснабжения промышленных предприятий напряжением 10 кВ и ниже они являются основной защитой.