3.2. Максимальний струмовий захист з блокува­нням від напруги

Якщо максимальний струмовий захист від надструмів зовнішніх к. з. не задовольняє вимог чутливості, застосовують максимальний струмовий захист з блокуванням від напруги.

Цей захист має два вимірні органи: максимальний струмовий та міні­мальний напруговий. Максимальний струмовий орган під’єднується аналогічно як вимірний струмовий орган максимального струмового захисту від надструмів зовнішніх к. з. (рис. 8, рис. 9).

Пусковий орган напруги можна виконати з використанням трьох реле міні­мальної напруги, увімкнених на три лінійні напруги (рис. 13, б). Але така схема має низьку чутливість. Тому її застосування на практиці обмежене.

Вищу чутливість має схема з комбінованим органом напруги. Комбіно­ваний орган напруги виконують з використанням фільтра-реле напруги обер­неної послідовності KV₂ та реле мінімальної напруги KV (рис. 13, а). Фільтр-реле напруги оберненої послідовності спрацьовує від несиметрії напруг, що існує під час несиметричних к. з. Через розмикаючий контакт реле знімає напругу живлення з обмотки реле мінімальної напруги , яке під’єд­нане на одну з лінійних напруг. Якір реле мінімальної напруги відпадає, зами­каючи контакти. У разі симетричного к.з. якір реле також відпаде за раху­нок пониження напруги в мережі, що існує під час к. з. Якщо реле

KV₂

Рис.13. Схеми під’єднань вимірних органів напруги а, б

та схема кіл оперативного струму МСЗ з блокуванням за напругою в

спрацює короткочасно, то якір реле відпаде, а притягання якоря відбудеться від більшої залишкової напруги.

Напругу спрацювання фільтра-реле напруги оберненої послідовності, наприклад, реле РНФ-1М, вибирають з умови відлагодження від напруги небалансу фільтра напруги оберненої послідовності в режимі симетричного навантаження. Фільтр напруги оберненої послідовності є складовою частиною цього реле. Умова відлагодження має такий вигляд:

(30)

де – номінальна напруга на вторинній обмотці трансформатора напруги, від якого живиться фільтр-реле напруги оберненої послідовності. Як правило, =100 В.

Напругу спрацювання реле мінімальної напруги (рис. 13, а) вибира­ють з умови забезпечення притягання якоря реле після вимикання зовнішнього к. з. захистом суміжного елемента, тобто повинен враховуватись коефіцієнт повернення реле

(31)

де – мінімальна залишкова напруга, яку вимірює трансформатор напруги, до якого під’єднане реле . Ця напруга відповідає напрузі під час самоза­пуску двигунів після вимикання зовнішнього к. з., ; - коефіцієнт відлагодження реле; - коефіцієнт повернення реле мінімальної напруги.

Коефіцієнт чутливості фільтра-реле напруги оберненої послідовності визначають за такою формулою:

(32)

де – міжфазна напруга оберненої послідовності в місці встановлення трансформатора напруги, від якого живиться фільтр-реле напруги оберненої послідовності під час двофазного к. з. у розрахунковій точці (в кінці суміжного елемента або безпосередньо на шинах підстанції, де встановлено такий захист); – уставка спрацювання фільтра-реле напруги оберненої послідовності, визначена за (30).

Коефіцієнт чутливості реле мінімальної напруги визначають за виразом

(33)

де – напруга спрацювання реле мінімальної напруги, визначена за (31) – коефіцієнт повернення реле; – залишкова напруга в місці вста­новлення трансформатора напруги, від якого живиться це реле під час металіч­ного трифазного к. з. у розрахунковій точці.

Коефіцієнт чутливості для резервних захистів .

Для схеми рис. 13, б коефіцієнт чутливості визначають за виразом

(34)

Тут для визначення не враховують коефіцієнт повернення , який для мінімальних реле є більшим від 1. Тому пусковий орган напруги, вико­наний за схемою рис. 13, б, є менш чутливим, ніж комбінований пусковий орган, виконаний за схемою рис. 13, а.

Для струмового вимірного органа – максимального струмового реле струм спрацювання визначають згідно з (24), але не враховують самозапуск двигунів, тобто .

(35)

Коефіцієнт чутливості струмового органа визначають згідно з (28), (29).

3.3. Струмовий захист оберненої послідовності

Струмовий захист оберненої послідовності використовують для авто­трансформаторів тоді, коли МСЗ з блокуванням від напруги не задовольняє умови селективності. Захист виконують неспрямованим або спрямованим. Його встановлюють зі сторони високої напруги автотрансформатора. Цей захист реагує на струми оберненої послідовності, які виникають під час неси­метричного к. з. як на суміжному елементі, так і в автотрансформаторі. Вимір­ним органом захисту є фільтрове реле струму оберненої послідовності.

Струм спрацювання вимірного органа вибирають з двох умов:

 неспрацювання від струму небалансу фільтра струму оберненої послідовності для максимального навантаження автотрансформатора

(36)

З досвіду експлуатації струм спрацювання органа оберненої послідов­ності з достатньою точністю визначають за виразом

(37)

 узгодження за чутливістю із захистами приєднань, які живляться від цього автотрансформатора

,

(38)

де – розрахунковий струм оберненої послідовності за умови, що захист, з яким проводиться узгодження, знаходиться на межі спрацювання і значення струму для режиму к. з. є найбільшим; – коефіцієнт відлагодження.

Узгодження цього захисту необхідно здійснювати з такими захистами:

 із захистом нульової послідовності в мережах з ефективно уземленою нейтраллю;

 із захистом від міжфазних к. з. (дистанційним або МСЗ у мережі з ізольованою нейтраллю);

 із захистом оберненої послідовності суміжних ліній, якщо такі захисти використовують для цих ліній. За наявності захисту оберненої послідов­ності на суміжній лінії остання умова узгодження є визначальною.

Для узгодження з захистами нульової послідовності в мережах з ефек­тивно уземленою нейтраллю визначають для двох режимів:

 замикання однієї фази на землю

(39)

 замикання двох фаз на землю

(40)

де – струм спрацювання захисту нульової послідовності, з яким прово­диться узгодження; – коефіцієнт струморозподілу в розрахунковій схемі оберненої послідовності, визначають як відношення струму оберненої послідовності в місці встановлення захисту до струму оберненої послідовності в місці к. з.; – коефіцієнт струморозподілу в схемі нульової послі­довності визначають як відношення струму нульової послідовності в лінії, з якою проводять узгодження до струму нульової послідовності в місці к. з.; – сумарні опори нульової та оберненої послідовностей відносно точки к. з.; - коефіцієнт, який враховує вплив аперіодичної складо­вої в струмі к. з.

Розрахунковий вид к. з. визначають із співвідношення . Якщо це співвідношення є більшим від 1, то розрахунковим є режим короткого замикання двох фаз на землю. В іншому випадку розрахунковим є режим однофазного к. з. на землю.

Для узгодження з дистанційним захистом суміжного елемента в мережі з ізольованою нейтраллю розрахунковий струм визначають з виразу

(41)

де – значення еквівалентної фазної ЕРС в розрахунковій схемі прямої послідовності; – сумарний опір оберненої послідовності відносно точки к. з. (приймають, що опір прямої послідовності дорівнює опору оберненої послідовності); – коефіцієнт струморозподілу, подібно як у (39), (40).

Для узгодження з максимальним струмовим захистом суміжних ліній у мережах з ізольованою нейтраллю визначають з виразу

(42)

де – струм спрацювання максимального струмового захисту, з яким здійснюють узгодженння.

Для узгодження зі струмовим захистом оберненої послідовності суміжної лінії обчислення здійснюють за виразом

;

(43)

де – коефіцієнт струморозподілу в розрахунковій схемі оберненої послідовності, що дорівнює відношенню струму оберненої послідовності в місці встановлення захисту до струму, який протікає в місці встановлення захисту оберненої послідовності, з яким проводиться узгодження; – струм спрацювання захисту оберненої послідовності суміжної лінії.

Час спрацювання струмового захисту оберненої послідовності виби­рають на ступінь селективності більшим від часу спрацювання захистів суміжних елементів, з якими проводилось узгодження за чутливістю:

 дистанційним або МСЗ на тій стороні автотрансформатора, яка живить мережу, що працює з ізольованою нейтраллю;

 із захистом нульової послідовності або із захистом оберненої послідов­ності.

Чутливість захисту перевіряють за виразом

(44)

де _. – струм оберненої послідовності, який протікає в місці встанов­лення захисту під час замикання між двома фазами в кінці зони резервування в режимі найменших струмів к. з.

Приклад

Вибрати типи захистів, визначити їх струми спрацювання, вибрати типи реле, перевірити їх чутливість для цехового трансформатора типу ТМ, основні параметри якого наступні:

• номінальна потужність S_ном=630 кВА;

• номінальні напруги U_ВНном /U_ННном =6,3/0,4 кВ;

• напруга короткого замикання U_к=5,5%;

• група з’єднань обмоток – трикутник/зірка їз уземленим нулем;

• номінальні струми I_ВНном/I_ННном=57,8/910 А;

• реактанс системи, від якої живиться трансформатор прийняти рівним 0.1 Ом як для максимального, так і для мінімального режимів;

• коефіцієнт трансформації трансформаторів струму, встановлених на стороні високої напруги трансформатора становить 150/5 А/А;

• час спрацювання МСЗ на приєднаннях до сторони низької напруги трансформатора складає 1 с.

Розвязок задачі

Для захисту трансформатора необхідно встановити наступні захисти:

• захист від міжфазних к.з.;

• захист від пошкоджень в середині бака трансформатора;

• захист від однофазних к.з. на стороні низької напруги;

• захист від перевантажень.

Для захисту трансформатора від міжфазних к.з. в частині обмоток та на вводах високої напруги встановлюємо струмову відсічку без витримки часу, вимірний орган якої виконаний на реле типу РТ-40. Трансформатори струму для під’єднання вимірних органів захисту встановлені на стороні високої напруги, схема з’єднань трансформаторів струму – неповна зірка, рис.1.

Визначаємо струм, який протікає через трансформатори струму під час трифазного к.з. на сторні низької напруги трансформатора

Згідно (1) визначаємо струм спрацювання струмової відсічки

За (2) визначаємо струм спрацювання вимірного органу струмової відсічки

Вибираємо реле струму РТ-40/100.

Перевіряємо чутливість струмової відсічки. Для цього знайдемо струм трифазного к.з. на стороні високої напруги трансформатора

.

Згідно (5) перевіряємо чутливість струмової відсічки

Для захисту трансформатора від міжфазних к.з. на стороні низької напруги встановлюємо максимальний струмовий захист. Приймаємо двофазну трирелейну схему під'єднання вимірних органів МСЗ, рис. 2. Струм спрацювання МСЗ обчислюємо за (6). Коефіцієнт, який враховує самозапуск двигунів, розраховуємо наступним чином

де x_нав* – усереднене навантаження, величина якого у відносних одиницях рівна 0,35. Струм спрацювання МСЗ визначаємо як

Перевіряємо чутливість МСЗ згідно (8) ¸ (10)

Приймаємо реле РТ-40/10,

Час спрацювання МСЗ визначаємо згідно (7)

За (11) розраховуємо струм, який протікає під час однофазного к.з. на стороні низької напруги, рис. 5 (струм приведений до сторони високої напруги).

На стороні високої напруги трансформатора струм при однофазному к.з., який протікає через первинні обмотки трансформаторів струму, згідно рис. 5 визначається як

Перевіряємо, чи буде чутливим МСЗ, встановлений на стороні високої напруги трансформатора до однофазних к.з. на стороні низької напруги

МСЗ є чутливим, тому додаткового захисту від однофазних к.з. на землю на стороні низької напруги трансформатора встановлювати не потрібно.

Для захисту трансформатора від пошкоджень в середині бака трансформатора встановлюємо газовий захист на основі газового реле Бухгольца.

Захист від перевантажень трансформатора виконуємо на одному струмовому реле типу РТ-40, увімкненому до одного з трансформатрів струму на стороні високої напруги трансформатора

Приймаємо реле РТ-40/6.