7.4.2. Розрахунок уставок спрацювання захистів від однофазних к.З. На землю

Розглянемо для прикладу, як розраховуються параметри спрацювання чотириступеневого захисту від коротких замикань на землю для одиночних ліній 110–750 кВ із двостороннім живленням без відгалужень.

I ступінь. Перша ступінь захисту – це струмова відсічка без витримки часу. Струм її спрацювання вибирається з умов відлагодження від потроєного значення струму нульової послідовності, який протікає в місці встановлення захисту, в таких режимах:

– під час замикань на землю на шинах протилежної підстанції (для захисту А1 лінії Л1 (рис. 7.27) точка К2);

– під час короткочасного неповнофазного режиму, який може виникати під час неодночасного ввімкнення фаз вимикача;

– у неповнофазному режимі, який може виникнути в режимі ОАПВ.

Згідно з першою умовою струм спрацювання першої ступені захисту визначається з виразу

,

(7.22)

де – максимальне потроєне значення періодичної складової струму нульової послідовності, який протікає в місці встановлення захисту під час к.з. на землю в кінці лінії (в точці К2); – коефіцієнт відлагодження, враховує похибку реле, похибку розрахунку та вплив аперіодичної складової. = 1,3 для ліній 110–220 кВ і =1,4–1,5 для ліній 330–750 кВ у випадку використання як вимірного органа реле типу РТ-40. Збільшення для ліній 330–750 кВ зумовлено більшим впливом аперіодичної складової порівняно з лініями нижчого класу напруг. Для зменшення значення до 1,3 у випадку виконання захисту для ліній 330–750 кВ використовують реле типу РНТ-560.

Згідно з другою умовою струм спрацювання першої ступені визначається з виразу

(7.23)

де – максимальне потроєне значення струму нульової послідовності, що протікає в місці встановлення захисту в неповнофазному режимі, який зумовлений неодночасним ввімкненням фаз вимикача; – коефіцієнт відлагодження такий самий, як і в виразі (7.22).

Друга умова не враховується у випадку, коли час спрацювання першої ступені є більшим від часу неодночасного ввімкнення фаз вимикача. Це в основному залежить від типу вимикача та його приводу. Наприклад, для захисту, виконаного на електромеханічних реле за наявності вимикача з трифазним приводом, ця умова не враховується. Для олійних вимикачів з пофазним приводом час неодночасного ввімкнення фаз вимикача становить 0,2 с, для повітряних вимикачів із пофазним приводом цей час становить 0,1 с. У цьому випадку умова (7.23) є обов’язковою.

Згідно з третьою умовою струм спрацювання першої ступені визначається за тим самим виразом (7.23). Неповнофазний режим в циклі ОАПВ є легший, оскільки під час ОАПВ розглядається двофазний режим, а під час неодночасного ввімкнення фаз вимикача розглядається однофазний режим. Тому третю умову потрібно розглядати тільки у випадку, коли не розглядалась друга умова.

Значення можна розрахувати згідно з розрахунковою схемою та схемами заміщення (рис. 7.29).

Чутливість першої ступені є, як правило, достатньою і не перевіряється.

Рис. 7.29. Розрахунок струму нульової послідовності для неповофазних режимів (обрив лінії): а) розрахункова схема; б) схема заміщення під час обриву двох фаз; в) схема заміщення під час обриву однієї фази

II ступінь. Це струмова відсічка з витримкою часу. Тому селективність її роботи забезпечується вибором струму та часу спрацювання.

Струм спрацювання ІІ ступені вибирається з таких трьох умов:

– відлагодження від потроєного значення струму нульової послідовності, який протікає в місці встановлення захисту під час однофазного к.з. за авто­трансформатором, який живиться від даної лінії, на стороні з ефективноземленою нейтраллю (рис. 7.30)

(7.24)

де – коефіцієнт відлагодження, який для захисту ліній 330–750 кВ дорівнює 1,3 у випадку використання в якості вимірного органа струвого реле РТ-40 і дорівнює 1,2 для реле РНТ-560; – максимальне потроєне значення періодичної складової струму нульової послідовності в місці встановлення захисту під час к.з. на землю за автотрансформатором на стороні з ефективнозаземленою нейтраллю (рис. 7.30).

Рис. 7.30. Визначення струму спрацювання другої ступені

– узгодження з першою ступінню захисту попередньої лінії або авто­трансформатора, який приєднаний до шин протилежної підстанції,

,

(7.25)

де – коефіцієнт відлагодження, який враховує похибку реле та необхідний запас = 1,1; – розрахункове потроєне значення струму нульової послідовності, який протікає в місці встановлення захисту під час к.з. на землю в кінці зони, яка охоплюється захистом попереднього елемента;

– відлагодження від потроєного значення струму нульової послідовності, який протікає в місці встановлення захисту в неповнофазному режимі, який виникає в циклі ОАПВ на даній лінії або на попередній лінії. Ця умова не враховується у випадку, коли час спрацювання II ступеня більший від часу циклу ОАПВ.

Розрахунок струму спрацювання за третьою умовою здійснюється згідно з виразом (7.23).

У випадку, коли необхідно підвищити чутливість II ступені, її узгоджують не з I, а з II ступенем захисту попереднього елемента.

Час спрацювання другої ступені вибирається на ступінь селективності більшим від часу спрацювання захисту, з яким здійснюється узгодження

,

(7.26)

де – час спрацювання першої (другої) ступені захисту попереднього елемента (лінії або автотрансформатора); – ступінь селективності.

Чутливість II ступені перевіряється під час однофазного к.з. в кінці лінії (точка К2, рис. 7.27)

,

(7.27)

де – струм в місці встановлення захисту під час однофазного к.з. в кінці лінії, яка захищається.

III ступінь. Це струмова відсічка з витримкою часу.

Струм спрацювання III ступені вибирається з таких умов:

– узгодження з II ступіню захисту від к.з. на землю попереднього елемента – лінії чи автотрансформатора, які під’єднані до шин протилежної підстанції. Уставка спрацювання розраховується за виразом (7.22);

– відлагодження від потроєного значення струму нульової послідовності, який протікає в місці встановлення захисту в неповнофазному режимі в режимі ОАПВ на даній лінії або на суміжній лінії. Розрахунок уставки здійснюється за виразом (7.23).

Витримка часу вибирається на ступінь селективності більшою від часу спрацювання захисту ІІ ступені, з яким проводиться узгодження.

Чутливість III ступені перевіряється аналогічно до II ступені, згідно з (7.27). Оскільки третій ступінь виконує функції резервного захисту, коефіцієнт чутливості може мати менше значення .

IV ступінь. Струм спрацювання четвертої ступені вибирається з умови відлагодження від струму небалансу в нульовому провіднику трансформаторів струму під час зовнішнього міжфазного к.з.

,

(7.28)

де – струм небалансу в нульовому провіднику під час зовнішнього міжфазного к.з.; – коефіцієнт відлагодження, який враховує похибку реле, розрахунку та необхідний запас, = 1,25; – коефіцієнт, який враховує збільшення струму небалансу в перехідному режимі і залежить від часу спрацювання IV ступеня, = 2, коли с, ( = 1,5 для с) ( = 1 для с.

обчислюється за виразом

,

(7.29)

де – максимальне значення фазного струму, який протікає в місці встановлення захисту під час зовнішнього трифазного к.з.; – коефіцієнт небалансу, величина якого залежить від кратності .

Чутливість IV ступені перевіряється під час замикань на землю в кінці суміжного елемента (для захисту А1 точка К3, рис. 7.27)

,

(7.30)

де – потроєне значення періодичної складової струму нульової послідовності під час однофазного к.з. на землю в кінці суміжного елемента (на рис. 7.27 точка К3) в мінімальному режимі.

Витримка часу IV ступені захисту вибирається на ступінь селективності більшою від часу спрацювання III ступені захисту від замикань на землю суміжного елемента.

У випадку, коли чутливість IV ступені недостатня, струм спрацювання вибирається з умови забезпечення необхідної чутливості. Орієнтовно струм спрацювання IV ступені вибирається з умови , але не менше 60 А.

Питання для самоперевірки

1. Призначення спрямованого струмового захисту нульової послідовності.

2. Скільки ступеней має спрямований струмовий захист нульової послідовності і яке призначення кожноїз ступеней?

3. До яких кіл приєднується орган спрямування потужності спрямованого струмового захисту нульової послідовності?

4. З яких умов вибирається струм спрацювання I – ї ступені спрямованого струмового захисту нульової послідовності?

5. З яких умов вибирається струм спрацювання IV – ї ступені спрямованого струмового захисту нульової послідовності?