7.2. Струмові захисти ліній з одностороннім живленням

Струмові захисти – це захисти з відносною селективністю, які реагують на струм – тому і назва “струмові”. Залежно від способу забезпечення селективності є три види струмових захистів:

– максимальний струмовий захист (МСЗ);

– струмова відсічка (СВ);

– струмова відсічка з витримкою часу.

У максимальному струмовому захисті селективність забезпечується вибором часу спрацювання, в струмовій відсічці селективність забезпечується вибором струму спрацювання, у струмовій відсічці з витримкою часу – вибором струму та часу спрацювання.

Струмові захисти застосовуються для захисту ліній до 35 кВ включно від міжфазних к.з., для мереж 6 та 10 кВ вони є основними. Для мереж вищого класу напруг струмові захисти використовуються в основному для захисту ліній від однофазних к.з. на землю, а також резервують дію основних захистів від міжфазних к.з.

7.2.1. Максимальний струмовий захист

Принципова схема МСЗ показана на рис. 7.1. Вимірним органом МСЗ є максимальне струмове реле КА, яке спрацьовує у випадку збільшення струму у первинному колі (і відповідно у вторинному) до рівня струму спрацювання реле – уставки реле. Реле КА спрацьовує, замикає свої контакти і подає живлення на обмотку реле часу КТ, яке слугує для внесення затримки у спрацюванні захисту. Це необхідно для забезпечення селективної роботи МСЗ. Реле часу спрацьовує та з витримкою часу подає живлення на обмотки вказівного реле КН та проміжного реле КL. Вказівне реле КH слугує для сигналізації про спрацювання даного захисту. Це реле залишається у спрацьованому стані навіть після припинення живлення його обмотки, тобто після повернення схеми у попередній стан після спрацювання. Якір реле може бути повернений у вихідне положення тільки вручну. Це необхідно для того, щоб обслуговуючий персонал міг встановити, який саме захист спрацював, тому що вся схема після вимкнення пошкодження повернеться у вихідний стан. Реле КL призначене для розмноження контактів (якщо потрібно комутувати одночасно декілька кіл) та для комутації кіл із значними струмами. Наприклад, для спрацювання електромагніту вимкнення вимикача 10 кВ потрібне протікання струму 1–4 А. Тому реле КL виконуються з потужними контактами. Після спрацювання проміжного реле КL подається живлення на електромагніт вимкнення вимикача YАТ, електромагніт спрацьовує, вимикач Q вимикається. Щоб запобігти згорянню котушки електромагніту вимкнення YAT за рахунок протікання по ній струму після вимкнення к.з., що може відбуватись у випадку залипання контактів проміжного реле KL, послідовно в колі живлення електромагніту YAT передбачені блок-контакти вимикача Q. Ці блок-контакти розмикаються під час вимкнення вимикача.

Рис. 7.1. Принципова схема МСЗ

Розрахунок МСЗ зводиться до:

– розрахунку первинного струму спрацювання;

– розрахунку вторинного струму спрацювання залежно від прийнятої схеми захисту та типу реле;

– розрахунку часу спрацювання. Для захистів із залежною витримкою часу – вибору характеристики спрацювання.

Крім розрахунку основних параметрів спрацювання МСЗ здійснюється перевірка трансформаторів струму, а також перевірка термічної стійкості лінії під час протікання струму к.з. протягом вибраного часу спрацювання МСЗ.

Параметрами спрацювання МСЗ є струм та час спрацювання.

Вибір часу спрацювання МСЗ

МСЗ можна виконувати з незалежною або залежною від величини струму витримкою часу.

Селективність МСЗ А1 та А2 (рис. 7.2) забезпечується у випадку, коли час спрацювання МСЗ, розташованого ближче до джерела живлення, у цьому випадку захисту А1, буде більшим від часу спрацювання захисту більш віддаленого від джерела живлення – захисту А2, на величину t, яка називається ступенем селективності. Ця умова буде забезпечуватись, коли

(7.1)

де , – час спрацювання відповідно захистів А1 та А2.

У випадку к.з. на лінії Л2 (рис. 7.2) спрацьовують вимірні органи двох захистів – А1 та А2, але за рахунок того, що час спрацювання захисту А2 є меншим від часу спрацювання захисту А1, швидше спрацює захист А2 і подіє на вимкнення пошкодженої лінії Л2. Після вимкнення к.з. вимірний орган захисту А1 повертається у вихідний стан і не пошкоджена лінія Л1 не вимкнеться.

Ступінь селективності залежить від таких факторів:

(7.2)

де – час спрацювання вимикача Q2 (0,05–0,3 с); , – похибки у часі дії захистів А1 та А2 відповідно ( для реле серії РТ-80 похибка становить 0,05–0,1 с, для реле РТВ – 0,3 с для незалежної частини характеристики та 0,8–1 с для залежної частини характеристики); – інерційна похибка в дії захисту А1, якщо він виконаний на основі індукційного реле, яке внаслідок сили інерції деякий час продовжує працювати навіть після вимкнення к.з. захистом А2 на попередньому елементі (лінія Л2). Значення t знаходиться в межах 0,4–1 с у випадку застосування електромеханічних та напівпровідникових реле. У випадку застосування цифрових захистів ступінь селективності можна зменшити до 0,3 с.

Якщо захист попереднього елемента (для лінії Л1 попереднім елементом є лінія Л2, рис. 7.2) виконаний без витримки часу, то t приймається 0,4 с. Це ж значення t можна приймати у випадку застосування в схемі захисту реле часу типу ЭВ-120 (шкала 3,5 с) та ЭВ-110 (шкала до 1,3 с). Якщо в захистах, які узгоджуються, застосовуються реле часу типу ЭВ-130, t приймається 0,6 с. Для захистів з реле типу РВМ-12 та РВМ-13 t=0,5–0,6 с.

Рис. 7.2. Вибір витримок часу спрацювання МСЗ

Отже, вибір часу спрацювання максимальних струмових захистів послідовних ділянок мережі (рис. 7.2) здійснюється за ступінчастим принципом. Починається вибір із найвіддаленішої від джерела живлення ділянки. Час спрацювання МСЗ цієї ділянки вибирається на ступінь селективності більшим від максимального часу спрацювання захисту елементів, які живляться від підстанції, яку своєю чергою живить дана лінія. Час спрацювання МСЗ наступної ділянки вибирають на ступінь селективності більшим від часу спрацювання захисту попередньої ділянки. Тобто час спрацювання МСЗ елементів збільшується в міру наближення до джерела живлення.

Отже, для вибору часу спрацювання МСЗ необхідно користуватись таким правилом: час спрацювання наступного елемента (ближчого до джерела живлення) вибирається на ступінь селективності більшим від часу спрацювання попереднього елемента (більш віддаленого від джерела живлення).

Крім МСЗ з незалежною витримкою часу на практиці застосовують МСЗ із залежною витримкою часу. На відміну від МСЗ з незалежною витримкою часу в МСЗ із залежною витримкою часу час спрацювання залежить від величини струму. Так, під час к.з. в різних місцях лінії, яка захищається, час спрацювання МСЗ з залежною витримкою часу буде різний. Для цього використовують спеціальні реле, наприклад, реле серії РТ-80, цифрові реле з залежною характеристикою, в яких, чим більший струм, тим менший час спрацювання.

Вибір витримок часу із залежною від струму характеристикою здійснюється так (рис. 7.3). Будують залежну характеристику часу спрацювання від струму в реле для більш віддаленої ділянки, в даному випадку МСЗ А2. На цій характеристиці по осі абсцис відкладають значення струму в реле під час к.з. на початку лінії Л2 (точка К2) . Для цього струму знаходять час спрацювання реле МСЗ А2 (на кривій рис. 7.3 точка А). До цього часу додають час, що дорівнює ступеню селективності t, отримують точку Б. Після цього вибирають характеристику реле МСЗ А1, яка повинна проходити через точку Б.

Під час вибору значення ступеня селективності t необхідно користуватися такими правилами. Якщо захисти з залежною витримкою часу виконані на реле РТ-80 чи РТ-90, t приймається 0,6 с, якщо на реле РТВ – t=0,7 с.

Рис. 7.3. Вибір витримки часу МСЗ із залежною характеристикою

У випадку, коли узгодження захистів за часом здійснюється за струмами у залежній частині часових характеристик реле, то t для реле РТВ приймається 1 с.

Рис. 7.4. Характеристики витримок часу МСЗ із залежною від струму витримкою часу

У МСЗ із залежною витримкою часу час спрацювання залежить від струму. Тому в міру наближення до джерела живлення із збільшенням струму к.з. час спрацювання є дещо меншим, ніж у випадку застосування МСЗ із незалежною характеристикою витримки часу. Це ілюструється на рис. 7.4.