Часть 2 токовые защиты

2.1. Принцип действия

Одним из признаков возникновения КЗ является увеличение тока в ЛЭП. Этот признак используется для выполнения токовых защит, реагирующих на ток, проходящий по защищаемому элементу. Токовые защиты приходят в действие при увеличении тока в фазах ЛЭП сверх определенного значения.

Токовые защиты подразделяются на максимальные токовые защиты (МТЗ), в которых для обеспечения селективности используется выдержка времени, и токовые отсечки (ТО), где селективность достигается выбором тока срабатывания. Таким образом, главное отличие между разными типами токовых защит в способе обеспечения селективности.

Селективность действия МТЗ достигается с помощью выдержки времени. Селективность ТО обеспечивается соответствующим выбором тока срабатывания. Принципиальная схема МТЗ представлена на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Принципиальная схема токовых защит

2.2. Максимальная токовая защита

МТЗ является основным видом защиты для сетей с односторонним питанием. Защита устанавливается в начале каждой ЛЭП со стороны источника питания (рис. 2.2, а). Каждая ЛЭП имеет самостоятельную РЗ, отключающую ЛЭП в случае повреждения на ней самой или на шинах питающейся от нее подстанции, и резервирующую РЗ соседней (смежной) ЛЭП.

При КЗ в какой-либо точке сети, например в т. К1 (рис. 2.2, а), ток КЗ I_к проходит по всем участкам сети, расположенным между источником питания и местом повреждения, в результате чего приходят в действие все устройства РЗ (1, 2, 3). Однако по условию селективности сработать на отключение должна только РЗ МТЗ 1, установленная по поврежденной ЛЭП. Для обеспечения указанной селективности МТЗ выполняются с выдержками времени, нарастающими от потребителей к источнику питания (рис. 2.2, б). При соблюдении этого принципа в случае КЗ в т. К1 раньше других сработает защита МТЗ 1 и отключит поврежденную ЛЭП. Защиты МТЗ 2, МТЗ 3, имеющие большую выдержку времени, вернутся в начальное положение, не успев подействовать на отключение. Соответственно при КЗ в т. К2 быстрее всех сработает МТЗ 2, а МТЗ 3, имеющая большее время отключения, не успеет подействовать.

Рис. 2.2. Место установки (а) и временная диаграмма работы МТЗ (б)

По характеру зависимости времени действия от тока МТЗ подразделяются на защиты с независимой (рис. 2.2) и зависимой характеристикой срабатывания.

МТЗ оснащаются не только ЛЭП, но также и силовые трансформаторы, кабельные линии, генераторы, двигатели на напряжение 6, 10 кВ.

Схемы защиты

По способу питания оперативных цепей МТЗ делятся на РЗ с постоянным и переменным оперативным током.

На рис. 2.3 представлена структурная схема трехфазной МТЗ с независимой от тока выдержкой времени, характеризующая общие принципы выполнения МТЗ при любой используемой элементной базе.

Рис. 2.3. Структурная схема трехфазной МТЗ

Измерительная часть МТЗ 1 состоит из измерительных органов (ИО) – токовых реле KA мгновенного действия. В трехфазной схеме ИО предусматриваются на каждой фазе, они питаются вторичными токами соответствующих фаз трансформаторов тока (ТТ), соединенных по схеме полной звезды.

Логическая часть 2 состоит из логического элемента ИЛИ, органа времени KT, создающего выдержку времени Δt, указательного (сигнального) реле KH.

Исполнительный орган 3, выполняемый посредством выходного промежуточного реле KL, срабатывая, передает команду на отключение выключателя Q. Исполнительный орган должен обладать мощным выходным сигналом, достаточным для приведения в действия электромагнита отключения (ЭО) YAT привода выключателя.

При возникновении повреждения на защищаемой линии срабатывают токовые реле тех фаз, по которым проходит ток КЗ. При этом у реле замыкаются контакты. Сработавшие ИО воздействуют через логический элемент ИЛИ на орган времени KT, который по истечении заданной выдержки времени выдает сигнал, приводящий в действие исполнительный орган KL. Последний срабатывает и подает напряжение от источника оперативного тока в ЭО выключателя YAT. После отключения повреждения ток КЗ прекращается, ИО и все элементы РЗ возвращаются в исходное состояние. Для успешного размыкания тока, проходящего по ЭО (YAT), контактами промежуточного реле KL после отключения КЗ в цепи выключателя предусматривается блокировочный вспомогательный контакт SQ, положение которого совпадает с положением выключателя. При включенном выключателе контакт SQ замкнут и размыкается при отключении выключателя Q, разрывая цепь тока ЭО выключателя YAT.

На рис. 2.4 приведена принципиальная схема трехфазной МТЗ, выполненной на электромеханических реле. Построение схемы и все ее элементы соответствуют структурной схеме, представленной на рис. 2.3.

Защита, выполненная по предложенной схеме, действует при всех видах КЗ. В случае недостаточного значения тока при К⁽¹⁾ в нулевой провод включается реле тока КА₀, чувствительность которого выше, челе у реле КА в фазах. Контакты реле КА соединяются по схеме ИЛИ. Питание оперативных цепей защиты осуществляется постоянным током с шин управления (ШУ) через свои предохранители, а ЭО от других предохранителей.

Рис. 2.4. Принципиальная схема защиты трехфазной МТЗ:

а) – токовые цепи, б) – оперативные цепи защиты

В случае, когда МТЗ должна действовать только при междуфазных КЗ, применяются двухфазные схемы с двумя или одним токовым реле. В этом случае, токовые цепи МТЗ выполняются по схеме неполной звезды (рис. 2.5). Достоинством двухрелейной схемы является то, что она, реагируя на все междуфазные КЗ, экономичнее трехфазной схемы (два ТТ и два реле вместо трех).

К недостаткам двухфазной схемы с двумя реле можно отнести ее меньшую чувствительность (по сравнению с трехфазной схемой) при двухфазных КЗ за трансформатором с соединением обмоток Y/Δ. При необходимости чувствительность двухфазной схемы можно повысить, установив третье токовое реле в общем проводе токовых цепей. В этом проводе будет протекать геометрическая сумма токов двух фаз, питающих схему, равная току третье (отсутствующей на схеме) фазы В. С дополнительным реле двухфазная схема становится по чувствительности равноценной трехфазной.

Рис. 2.5. Двухфазная схема МТЗ: а) токовые цепи, б) – оперативные цепи защиты

МТЗ можно организовать и с помощью одного реле тока, которое включается на разность токов двух фаз I_р = I_а – I_с и реагирует на все случаи междуфазных КЗ (рис. 2.6).

К недостаткам однорелейной схемы МТЗ следует отнести меньшую чувствительность по сравнению с двухрелейной схемой при КЗ между фазами АВ и ВС, и недействие МТЗ при одном из трех возможных случаев двухфазного КЗ за трансформатором с соединением обмоток Y/Δ, когда I_р = I_а – I_с = 0.

Рис. 2.6. Однорелейная схема МТЗ: а) токовые цепи, б) – оперативные цепи защиты