Глава пятая токовые отсечки

5.1. Принцип действия токовых отсечек

Отсечка является разновидностью МТЗ, позволяющей обеспечить быстрое отключение КЗ. Токовые отсечки подразделяются на отсечки мгновенного действия и отсечки с выдержкой времени.

Селективность токовых отсечек достигается ограничением их зоны действия так, чтобы отсечка не работала при КЗ за пределами этой зоны, на смежных участках сети, РЗ которых имеет выдержку времени, равную или большую, чем отсечка. Для этого ток срабатывания отсечки (I_с.з) должен быть больше максимального тока КЗ (I_K max), проходящего через нее при повреждении в конце участка (например, AM на рис.5.1), за пределами которого она не должна работать: I_с.з > I_к М.

Действительно, ток КЗ в какой-либо точке рассматриваемого участка сети

(5.1)

где Е_с – эквивалентная ЭДС генераторов энергосистемы; Х_с и Х_л.к – сопротивление ЭЭС и участка ЛЭП (AM) до точки КЗ; Х_у – удельное сопротивление, Ом/км; l_л.к – длина участка до точки КЗ.

З она действия мгновенной отсечки по условиям селективности не должна выходить за пределы защищаемой ЛЭП. Зона действия отсечки, работающей с выдержкой времени, выходит за пределы защищаемой ЛЭП и по условию селективности должна отстраиваться от конца зоны РЗ смежного участка по току и по времени.

Токовые отсечки применяются как в радиальной сети с односторонним питанием, так и в сети, имеющей двустороннее питание.

5.2. Схемы отсечек

С хемы цепей постоянного тока отсечек изображены на рис.5.2, а, б. Схемы отсечек, выполненные на электромеханических реле и на постоянном оперативном токе, аналогичны схемам МТЗ, приведенным на рис.4.2 и 4.4.

Т ак же как и МТЗ, отсечки выполняются на постоянном и переменном оперативном токе, а также с помощью реле прямого действия по схемам, приведенным на рис.4.19, 4.27, 4.29, 4.31.

Схемы отсечек с выдержкой времени полностью совпадают со схемами МТЗ с независимой выдержкой времени. Схемы отсечек без выдержки времени отличаются от схем МТЗ отсутствием реле времени.

5.3. Отсечки мгновенного действия на линиях с односторонним питанием

Ток срабатывания отсечки. Ток срабатывания мгновенной отсечки должен удовлетворять условию (5.2) при КЗ в конце защищаемой ЛЭП АВ, т. е. в точке М (рис.5.3):

(5.2)

где I_к(М)mах – максимальный ток КЗ в фазе ЛЭП при КЗ на шинах подстанции В (точка М на рис.5.3); k_отс – коэффициент отстройки.

Т ок КЗ I_к(М)mах рассчитывается для таких режимов работы ЭЭС и видов повреждений, при которых он оказывается наибольшим. Поскольку собственное время действия отсечки равно 0,02–0,01 с, то ток КЗ рассчитывается для начального момента времени (t = 0) и принимается равным действующему значению периодической составляющей. При расчете тока КЗ генераторы замещаются сверхпереходным сопротивлением Х''_d.

В схемах отсечки, где токовые реле действуют непосредственно на отключение без промежуточного реле или с быстродействующим промежуточным реле, время действия отсечки может достигать одного периода (т.е. 0,02 с). В этом случае следует учитывать апериодическую составляющую тока КЗ, умножая ток I_к(М)mах на коэффициент k_a = 1,6÷1.8.

У отсечек ЛЭП с токовыми реле типа РТ-40 k_отс = 1,2÷1,3; с реле типа РТ-80 и РТ-90 k_отс = 1,5 из-за большей погрешности реле.

На одиночных ЛЭП, питающих тупиковую ПС, и на ЛЭП, питающих подстанции, подключенные по схеме ответвления, необходимо дополнительно к условию (5.2) отстроить отсечку от суммарного броска тока намагничивания трансформаторов, установленных на этих подстанциях. Отстройка проверяется по выражению

(5.2а)

где I_hom.t – суммарный номинальный ток трансформаторов ПС.

Ток срабатывания отсечки принимается равным большему значению из определенных по (5.2) и (5.2а).

Ток срабатывания реле отсечки выбирается по выражению

(5.2б)

где k_сх – коэффициент схемы.

Зона действия отсечки определяется графически, как показано на рис.5.3. Обычно строятся кривые тока КЗ в зависимости от расстояния I_л.к до точки КЗ; I_К = f(l) для максимального и минимального режимов (кривые 1 и 2 на рис.5.3), и по точке пересечения их с прямой I_с.з находится конец зоны отсечки в максимальном и минимальном режимах (N₁ и N₂ соответственно).

Зону действия отсечки можно также определить по формуле

(5.3)

где Х_отс – зона действия отсечки, выраженная в процентах от сопротивления защищаемой ЛЭП; Х_л – сопротивление защищаемой ЛЭП; Х_с – сопротивление ЭЭС (см. рис.5.1); I_с.з – ток срабатывания отсечки, выбранной согласно (5.2) и (5.2а).

Правила устройства электроустановок рекомендуют применять отсечку, если ее зона действия охватывает не менее 20% защищаемой ЛЭП. Вследствие простоты отсечки она применяется в качестве дополнительной РЗ и при зоне действия, меньшей 20%, если основная РЗ ЛЭП имеет мертвую зону.

При схеме работы ЛЭП блоком с трансформатором (рис.5.4) отсечку отстраивают от тока при КЗ за трансформатором в точке К₁ В этом случае отсечка защищает всю ЛЭП и оказывается весьма эффективной.

Время действия отсечки. Время действия мгновенной отсечки складывается из времени срабатывания токовых и промежуточного реле (рис.5.2, а). При быстродействующих промежуточных реле (0,02 с) отсечка срабатывает в течение времени t_з = 0,04 ÷ 0,06 с. Наличие промежуточного реле облегчает работу контактов токовых реле и позволяет не учитывать апериодическую составляющую тока КЗ, поскольку последняя затухает очень быстро (за 0,02-0,03 с). На ЛЭП, защищенных от перенапряжений трубчатыми разрядниками, отсечка не должна срабатывать при их действии. Время работы разрядников составляет около 0,01-0,02 с. При каскадном действии разрядников оно увеличивается до 0,04-0,06 с. Применением промежуточного реле с временем действия t = 0,06 ÷ 0,08 с удается отстроить отсечку от работы разрядников.