2983

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Максимальная токовая направленная защита устанавливается в простых кольцевых сетях с одной точкой питания и на одиночных линиях с двухсторонним питанием. Необходимость использования данной защиты в перечисленных сетях вызвана следующим: не возможностью добиться селективного действия максимальной токовой защиты (МТЗ) путем ступенчатого выбора выдержки времени. Направленная МТЗ реагирует не только на появление тока КЗ, но и для обеспечения селективности учитывает направления мощности КЗ в защищаемой линии (иначе говоря, фазу тока в линии относительно напряжения на шинах). Для обеспечения данных требований токовая направленная защита конструктивно представляет собой МТЗ, дополненную реле направления мощности. Схема защиты упрощенно показана для одной фазы рис. 1.3.1. Состоит из трех основных элементов (называемых иногда органами защиты): токовое реле (KA), реагирующего на появление КЗ (пусковой орган защиты); реле направления мощности КЗ (KW) (избирательный орган), и реле времени (KT) (орган времени).

Рис. 1.3.1. Принципиальная схема максимальной токовой направленной защиты: KO – катушка отключения выключателя (В); KH – указательное реле

В качестве реле направления мощности могут служить электромеханические реле, работающие на индуктивном принципе (индукционные реле типа РБМ) или реле, выполненные с использованием полупроводников, работающие на принципе сравнения абсолютных значений двух электрических величин и на принципе сравнения фаз мгновенных значений двух электрических величин. Работа этих реле зависит от знака подведенной к их зажимам мощности:

где UP , IP – напряжение и ток подведенные к реле;

- 22 -

P – угол между UP и IP ;

– угол зависящий от конструкции реле (косинусное, синусное реле, реле смешанного типа).

Реле направления мощности должно включаться таким образом, чтобы сочетание токов и напряжений, подводимых к реле (схема включения реле), обеспечивало положительный и достаточный для срабатывания вращающий момент при различных видах КЗ на защищаемом элементе. Существуют следующие схемы включения реле: а) на полные токи и напряжения фаз; б) на симметричные составляющие тока и напряжения (в этом случае реле направления мощности включается на напряжения и токи нулевой или обратной последовательности, через соответствующие фильтры тока и напряжения). В случае включения реле на полные токи и напряжения фаз, наибольшее распространение получила 90-градусная схема. Название схемы носит условный характер и определяет угол P между напряжением UP и опережающим его током IP , подведенными к одному и тому же реле в симметричном трехфазном режиме.

Реле направления мощности не срабатывает: если при КЗ к реле подводится напряжение UP <U .U .- минимальное напряжение,

подводимое к катушке напряжения реле направления мощности, при котором происходит его срабатывание, в таких случаях говорят, что реле имеет мертвую зону. При правильно выбранной схеме включения реле на полный ток фазы и полное междуфазное напряжение мертвая зона практически имеет место только при металлических трехфазных КЗ на небольшом участке защищенной линии, расположенном у места включения реле, т.к. в этом случае все фазные и междуфазные напряжения могут снижаться до нуля. Наличие мертвой зоны является недостатком направленной защиты, хотя длина этой зоны, как правило, невелика.

На рис.1.3.2, в качестве примера, представлена схема сети с двухсторонним питанием, для защиты которой используется несколько комплектов токовой направленной защиты. Рассмотрим принцип действия комплекта защиты АК3, в случае КЗ в различных точках рассматриваемой ЛЭП.

Так, при КЗ на защищаемом участке ЛЭП ( для комплекта АК3 – это участок ЛЭП между АК3 и АК5) например в точке К1, токовое реле, а также реле направления мощности (т.к. мощность КЗ направлена от шин Б в линию) данной защиты замыкают свои контакты и приводят в действие реле времени. Через установленную выдержку времени его контакты замыкают цепь отключения выключателя. При КЗ на других присоединениях, отходящих от данной подстанции, например в точках К2 или К3 мощность КЗ направлена к шинам подстанции Б, поэтому контакты реле направления мощности останутся разомкнутыми, не позволяя защиты действовать на отключение. Таким образом, направление мощности КЗ, проходящей по

- 23 -

линии, характеризует, где возникло повреждение: на защищаемой линии или на других присоединениях, отходящих от шин данной подстанции.

Рис. 1.3.2. Схема сети с двусторонним питанием и диаграмма выдержек времени

Ток срабатывания пускового органа защиты ( Iс.з. ) выбирается исходя из двух условий. Согласно первому условию, ток Iс.з. необходимо отстроить от

p max

случаев, для повышения чувствительности защиты, можно не считаться с максимальной нагрузкой направленной к шинам подстанции, т.к. в этом случае реле направления мощности не позволит защите действовать на отключение. Таким образом, в этом случае пусковой орган защиты не будет отстроен от токов нагрузки при направлении мощности к шинам подстанции, однако при этом, необходим дополнительный контроль исправности цепей напряжения реле направления мощности. Это необходимо для предотвращения неправильного срабатывания защиты при обрыве цепей напряжения реле

- 24 -

направления мощности. В результате Iс.з. , с учетом всех перечисленных положений, должен удовлетворять следующему условию:

где Kзап =1,1 1,2 – коэффициент запаса;

Kс.з. =2 2,5 – коэффициент самозапуска;

Kвоз =0,8 0,85 – коэффициент возврата.

Iраб.max . – максимальный ток нагрузки, при направлении мощности от шин в линию.

По второму условию ток Iс.з. , должен быть отстроен от токов в

неповрежденных фазах при однофазных КЗ в сети с глухозаземленной нейтралью. Так как в этом случае, по неповрежденным фазам помимо тока нагрузки Iн будет протекать часть тока I k .з. , что учитывается коэффициентом K,

т.е. полный ток неповрежденной фазы ( Iн.ф. .) будет определяться следующим выражением:

защит в сети с глухозаземленной нейтралью, блокируемых при однофазных КЗ (т.е. действующих только при межфазных КЗ), ток Iс.з. выбирается только

исходя из первого условия. Блокировка при однофазных замыканиях для защиты выполненными вторичными реле может быть выполнена посредством токового реле, включенного в нулевой провод трансформаторов тока. Для защиты, выполненной первичными реле, такая блокировка может быть выполнена с помощью токового реле, включенного в нулевой провод защищаемой ЛЭП. Действие блокировки заключается в разрыве цепи оперативного тока при однофазных замыканиях.

В сетях с изолированной нейтралью направленная МТ3 устанавливается на двух фазах во всей сети. В сетях с глухозаземленной нейтралью защита устанавливается на трех фазах, если же защита служит для действия только при межфазных повреждениях, то она устанавливается на двух фазах.

- 25 -

В тех случаях, когда по условию чувствительности, токовое реле защиты не удается отстроить от максимальной нагрузки (тока Iраб.max . ), применяется

пуск защиты от реле минимального напряжения, которое замыкает свои контакты при понижении напряжения сети, вследствие повреждения на участке.

Расчет выдержек времени направленной защиты производится аналогично простой МТЗ – по ступенчатому принципу. Однако, согласовываются между собой защиты, реагирующие на один знак мощности. Так на рис.1.3.2, согласование должно обеспечиваться между комплектами АК5, АК3, АК1 и АК2, АК4, АК6. Должны быть также учтены выдержки времени защит радиальных линий, отходящих от шин подстанций ( t7 t10 ). Так

например для комплекта АК5, необходимо учитывать выдержки времени защит радиальных линий присоединенных к подстанции Д(т.е. t10 )

Врассматриваемом примере можно не использовать реле направления мощности в комплектах АК1, АК4, АК6, т.к. они характеризуются большими выдержками времени, чем комплекты, установленные на той же подстанции для защиты смежных линий, и, следовательно, КЗ на смежных участках не будут вызывать неселективное их действие. Комплекты защит АК2, АК3, АК5 должны быть выполнены с реле направления мощности, замыкающими контакты при направлении мощности для данного комплекта «от шин в линии».

Влабораторной работе реализована защита от межфазных КЗ для сети с глухозаземленной нейтралью. Защита может предусматривать использование отдельных реле или комплектного устройства типа КЗ-14, содержащего два максимальных реле тока КА1, КА2, два реле направления мощности KW1, KW2 смешанного типа, реле времени КТ и указательное реле КН. Контакты реле KT, с заданной выдержкой времени обеспечивает питание промежуточного реле К1 дополнительно установленного на стенде. Контакты K1 замыкают цепь питания катушки контактора переменного тока K2. На рис.1.3.3 представлена схема подключения комплекта типа КЗ-14 защиты линии с двухсторонним питанием. Нагрузочный режим линии имитируется лампочками накаливания (EL 1 – 6). КЗ в зоне защиты (для комплекта АКЗ точка K1), имитируется замыка-

нием пакетного выключателя SA1 на сопротивления R1 – R3. КЗ в точке K2 аналогично замыканию фаз ЛЭП на сопротивления R4 – R6. Сигнальные лампы

HLKW1.1, HLKW2.1, HLKA1.1, HLKA2.1, регистрируют состояние контактов соответственно реле мощности КW1, КW2 реле тока KA1, KA2. Сигнальная лампа

HL3 фиксирует момент срабатывания защиты (катушка контактора K2 обесточивается и его контакты размыкаются).

- 26 -

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Ознакомиться с комплектом токовой направленной защиты от межфазных КЗ (блок КЗ-14) и аппаратами, дополняющими блок КЗ-14, смонтированными на учебном лабораторном стенде.

2.Используя схему защиты, разобраться с принципом действия защиты в различных режимах (нагрузочные режимы, КЗ в точке К1, КЗ в точке К2).

3.Для заданного преподавателем варианта из табл.3.1. рассчитать ток срабатывания комплекта АКЗ и выдержки времени для всех комплектов защиты сети (АК1-АК6), при условии не действия защиты при однофазных КЗ.

4.По результатам расчета построить диаграмму выдержек времени и указать, какие комплекты защит могут быть выполнены без реле направления мощности.

5.Пользуясь схемой лабораторного стенда выяснить схему включения реле направления мощности.

6.Установить на реле полученные значения тока срабатывания и выдержки времени.

7.Включить линию в работу - нагрузочный режим. Для этого необходимо автоматическим выключателем QF1 подать напряжение на стенд.

8.Имитировать трехфазное КЗ в т. К1, для чего включить пакетный выключатель SA1. После срабатывания защиты выключить SА1. Затем перевести контакты указательного реле КН блока КЗ14, в исходное состояние, используя возвратный рычаг на корпусе КЗ-14.

9.Осуществить питание рассматриваемой линии с противоположного конца и имитировать нагрузочный режим . Для осуществления этого необходимо: отключить автоматический выключатель QF1, после этого включить QF2.

10.Имитировать трехфазное КЗ в т. К2. Для чего после включения автоматического выключателя QF2, включить пакетный выключатель SA2.

Внимание! Отключить выключатель SA2, через время t 1,3tс.з где tс.з -

время срабатывания защиты, установленная на блоке КЗ-14.

11.Результаты наблюдений, полученные в п. 7, 8, 9, занести в табл. 3.2.

12.По полученным данным оценить коэффициент чувствительности защиты, считая, что ток трехфазного КЗ в т. K1 соответствует минимальному току КЗ в конце защищаемой ЛЭП.

13.По данным табл. 3.2 сделать выводы о правильности работы рассматриваемого комплекта защиты в различных режимах. Работу защиты для каждого из режимов сети необходимо, пояснить с использованием схем защиты, реализованной в лабораторной работе. Объяснить причину и очередность загорания сигнальных лампочек для каждого из режимов работ сети.

- 27 -

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1.Цель работы, параметры сети и защит радиальных ЛЭП, согласно номеру варианта.

2.Расчет тока срабатывания пускового органа защиты и выдержек времени всех комплектов защиты, с построением соответствующий диаграммы. Какие комплекты защиты содержат орган направления мощности и почему?

3.Схема токовой направленной защиты, реализованная в лабораторной

работе.

4.Графическое пояснение к определению схемы включения реле направленной мощности (векторная диаграмма).

5.Экспериментальные данные сведенные в табл. 3.2, с рассчитанным коэффициентом чувствительности защиты.

6.Выводы по работе в виде анализа работы защиты в различных режимах сети (работоспособность защиты пояснить с использованием схемы, представленной в работе).

- 29 -

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ДОМАШНЕЙ ПОДГОТОВКИ

1.Из каких органов состоит максимальная токовая направленная защита

икаково их назначение? Область применения максимальной направленной защиты в сравнении с МТЗ?

2.Необходимость применения направленной МТЗ в двух и трёх фазном исполнении и как это отражается при выборе тока срабатывания защиты?

3.По какой схеме осуществляется включение обмоток реле направления мощности в комплектах защит от междуфазных КЗ? Пояснения иллюстрировать векторной диаграммой. Где располагается «мертвая зона» реле направления мощности и чем она обусловлена?

4.Как выполняется блокировка защиты при замыкании на землю. В каких случаях в схеме защиты используют реле минимального напряжения. Применительно к лабораторному стенду схемно реализовать блокировку при замыканиях на землю и пуск защиты от реле минимального напряжения?

5.Построение диаграммы выдержек времени и согласования времени срабатывания смежных комплектов защиты.

6.Защиту, представленную в лабораторной работе классифицировать по способу включения реле и по способу воздействия на выключатель. Объяснить, почему ток уставки токовых реле защиты выбираются по выражению для IС.З., а

не для IС.Р.

1.4. Лабораторная работа № 4. Защита ЛЭП 6-10 кВ от токов перегрузки и токов КЗ с однократным АПВ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

-Ознакомиться с электрическими аппаратами, смонтированными на стенде и изучить принцип действия схемы в различных режимах.

-Произвести настройку индукционного реле и аппаратов АПВ согласно номеру варианта.

-Убедиться в работоспособности стенда во всех режимах, предусмотренных лабораторной работой.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Для защиты линий от КЗ широкое распространение получили защиты, реагирующие на превышение тока сверх допустимого, установленного заранее значения. Такие защиты называются максимальными токовыми, они могут быть реализованы при помощи: предохранителей с плавкими вставками; автоматических выключателей; максимальных реле тока в совокупности с реле времени и с вспомогательными реле. В сетях напряжением до 1000 В, защита,

- 30 -