4.3.2. Схемы двухфазной защиты на постоянном оперативном токе

В случае, когда МТЗ должна действовать только при междуфазных КЗ, применяются двухфазные схемы с двумя или одним токовым реле.

Двухрелейная схема с независимой характеристикой (рис.4.5, а, б). Токовые цепи МТЗ выполняются по схеме неполной звезды. Достоинством двухрелейной схемы является то, что она, реагируя на все междуфазные КЗ, экономичнее трехфазной схемы (два ТТ и реле вместо трех).

К недостаткам двухфазной схемы с двумя реле нужно отнести ее меньшую чувствительность (по сравнению с трехфазной схемой) при двухфазных КЗ за трансформатором с соединением обмоток ^y/_Δ (см. рис.3.18). При необходимости чувствительность двухфазной схемы можно повысить, установив третье токовое реле в общем проводе токовых цепей. В этом проводе (см. §3.6) протекает геометрическая сумма токов двух фаз, питающих схему, равная току третьей (отсутствующей в схеме) фазы В. С дополнительным реле двухфазная схема становится по чувствительности равноценной трехфазной. Двухфазные схемы широко применяются в сетях с изолированной нейтралью, где возможны только междуфазные КЗ. Двухфазные схемы применяются в качестве МТЗ от междуфазных КЗ и в сетях с глухозаземленной нейтралью. При этом для отключения однофазных КЗ устанавливается дополнительная МТЗ, реагирующая на ток НП.

4.3.3. Однорелейная схема

Защита состоит из тех же элементов (рис.4.5, в, г), что и предыдущая схема, но выполняется одним токовым реле КА, которое включается на разность токов двух фаз I_p = I_a – I_c и реагирует на все случаи междуфазных КЗ.

К недостаткам, ограничивающим применение схемы, нужно отнести меньшую чувствительность по сравнению с двухрелейной схемой при КЗ между фазами АВ и ВС; недействие МТЗ при одном из трех возможных случаев двухфазного КЗ за трансформатором с соединением обмоток ^Y/_Δ когда I_p = I_a – I_c = 0.

Однорелейная схема находит применение в распределительных сетях 6-10 кВ, питающих трансформаторы с соединением обмоток ^y/_y и для РЗ электродвигателей.

Двухфазная защита с зависимой характеристикой. Токовые цепи этой МТЗ выполняются так же, как и РЗ с независимой характеристикой (рис.4.5, а, в). В качестве реле тока с зависимой характеристикой выдержки времени в отечественных схемах используются реле типов РТ-80 и РТ-90. Схемы оперативных цепей МТЗ аналогичны схемам на рис.4.5, б, г за исключением того, что в них отсутствуют реле времени (КТ).

Лекция 5

5.1. Выбор тока срабатывания МТЗ

5.2. Чувствительность МТЗ

5.3. Выдержки времени защиты

5.3.1. Ступень времени

5.3.2. Выбор времени действия МТЗ

5.3.3. Согласование МТЗ с зависимыми характеристиками

5.1. Выбор тока срабатывания мтз

Исходным для выбора тока срабатывания МТЗ является требование, чтобы она надежно работала при повреждениях на защищаемом участке, но в то же время не действовала при максимальном рабочем токе нагрузки I_н mах и кратковременных перегрузках, вызванных пуском и самозапуском электродвигателей, а также нарушением нормального режима электрической сети.

Э лектродвигатели имеются в составе большей части электрических нагрузок. При понижении или исчезновении напряжения, вызванном КЗ либо кратковременным перерывом электроснабжения потребителей при действии АПВ или АВР, электромагнитный момент вращения электродвигателей уменьшается, и они начинают тормозиться. При этом наиболее важные для производства электродвигатели оказываются полностью или частично заторможенными, оставаясь подключенными к сети. При восстановлении напряжения они начинают разворачиваться (самозапускаются), потребляя из сети повышенные пусковые токи. Суммарный ток во время самозапуска может существенно превосходить суммарный максимальный рабочий ток нагрузки I_р mах установившегося режима.

Увеличение тока нагрузки из-за самозапуска электродвигателей принято оценивать коэффициентом самозапуска k_сзп, показывающим, во сколько раз возрастает ток I_р mах. Для отстройки МТЗ от I_н mах необходимо выполнить два условия.

По первому условию МТЗ, пришедшая в действие при КЗ в сети (вне защищаемой ЛЭП), должна надежно возвращаться в исходное состояние после отключения КЗ при наличии в защищаемой ЛЭП тока нагрузки I_н mах (рис.5.2, а). Так, например, при КЗ в точке К1 (рис.5.1) токовые реле МТЗ1 и МТЗ2 приходят в действие. После отключения действием МТЗ2 поврежденной ЛЭП W2 ток КЗ прекращается и в неповрежденной ЛЭП W1 остается ток I_н mах, питающий нагрузку Н_В. При этом ИО МТЗ1, пришедшие в действие при КЗ, должны возвратиться в исходное положение.

Для обеспечения возврата МТЗ1 (рис.5.1) ее ток возврата I_воз должен быть больше максимального тока нагрузки I_н mах. проходящего по ЛЭП W1 и ее МТЗ1 после отключения КЗ (I_воз > I_н mах):

(5.1)

где k_отс - коэффициент отстройки, учитывающий погрешность токового реле МТЗ; I_н mах в общем случае равен k_сзп I_р mах. Подставив это значение вместо I_н mах (5.1), найдем

(5.la)

Коэффициент отстройки k_отс для реле типов РТ-40, РТ-80 и статических реле принимается равным 1,1-1,2. Учитывая, что соотношение I_воз/I_с.з определяется k_в, подставляем в это соотношение I_воз из (5.1 а). Зная значение k_в для рассматриваемых реле, находим первичный ток срабатывания, обеспечивающий возврат МТЗ при I_н mах по первому условию:

(5.2)

По второму условию ИО тока, находящиеся в состоянии недействия МТЗ, не должны срабатывать при появлении I_н mах:

(5.3)

Наибольшее значение I_н mах имеет обычно в трех послеаварийных режимах:

а) при отключении одной из параллельных линий нагрузка на оставшейся удваивается (рис.5.2, а);

б) при успешном включении от АПВ (или вручную) поврежденной ЛЭП с подключенной к ней нагрузкой (например, на рис.5.2, в при включении от АПВ W1);

в) если к ЛЭП с рассматриваемой МТЗ, находящейся в работе и питающей нагрузку с током I_раб1, при действии АВР подключается дополнительная нагрузка, оставшаяся без напряжения из-за отключения питавшей ее ЛЭП (W2 на рис.5.2, б).

Характер изменения токов в режиме б) и в) аналогичен показанному на рис.5.3, а. В режиме б) в защищаемой ЛЭП W1 и МТЗ появляется ток I'_н mах = k_сзпI_p max. Ток срабатывания МТЗ выбирается по выражению

(5.4)

В третьем режиме после отключения W2 АВР подает напряжение на нагрузку Н_С от W1. Начинается самозапуск. Полный ток нагрузки W1 после действия АВР

Ч тобы исключить срабатывание МТЗ на W1, ток срабатывания РЗ согласно условию (5.3) рассчитывается по выражению

(5.5)

Из двух значений I_с.з, полученных по (5.2) и (5.4) или (5.5), принимается большее.

Вторичный ток срабатывания реле I_с.р находится с учетом коэффициента трансформации ТТ и схемы включения реле, характеризуемой коэффициентом схемы k_сх:

(5.6)

Для схемы соединения в звезду (полную и неполную) k_сх = 1. При включении реле на разность токов двух фаз k_сх = .

Из выражений (5.2), (5.4), (5.5) следует, что значение I_с.з зависит не только от I_{р mах}, но также от k_в и k_сзп. В целях уменьшения I_с.з для повышения чувствительности МТЗ при КЗ стремятся применять токовые реле с высоким k_в.

Значения k_сзп принимаются равными 3-6 для нагрузки с преобладанием электродвигателей; 1,5-2 – при малом удельном значении электродвигателей. Когда электродвигатели составляют почти 100% нагрузки, ток самозапуска можно рассчитывать как трехфазное КЗ за сопротивлением полностью заторможенных электродвигателей.

Выбрав ток срабатывания МТЗ, следует проверить согласование ее по чувствительности с МТЗ следующего смежного участка радиальной сети. В общем случае МТЗ п, ближе расположенная к источнику питания, должна быть грубее, чем МТЗ п + 1, расположенная дальше.

Для этого необходимо выполнить условие

(5.6а)

где k_отс – коэффициент отстройки, учитывающий погрешность реле по току срабатывания, равный 1,1-1,5.

Поскольку I_с.з выбирается по току нагрузки, то практически условие согласования чувствительности смежных МТЗ всегда выполняется, так как чем ближе ЛЭП (и МТЗ) к источнику питания, тем больше ее нагрузка, а следовательно, и ток I_с.з.