Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Релейная защита и автоматические системы управления устройствами электроснабжения. Учебное пособие для СПО
.pdf
31
2. ТОКОВЫЕ ЗАЩИТЫ ЛЭП
Способы выполнения релейной защиты ЛЭП от коротких замыканий весьма разнообразны. Наиболее распространенными являются защиты, у которых в качестве пускового органа используется реле, реагирующие на увели-
чение тока. Такими защитами являются: максимальная то-
ковая защита, токовая отсечка, дифференциальные токовые защиты. При этом реле тока могут включаться по разным схемам и реагировать на ток фазы, на сумму или разность токов, на ток обратной или нулевой последователь-
ности и т.п. При КЗ на линии напряжение прямой последо-
вательности снижается. При несимметричных КЗ возникают напряжения обратной и нулевой последовательностей. Защиты, реагирующие на снижение или повышение
напряжений, называются защитами минимального или
максимального напряжений, соответственно. При двухстороннем питании линии токовую защиту дополняют реле
направления мощности, с целью обеспечения селективности действия защиты. Дифференциальная защита реагирует только на повреждения в защищаемом участке линии и
действует без выдержки времени.
2.1. Максимальная токовая защита
Одним из признаков появления КЗ является увеличе-
ние тока в линии. Токовые защиты приходят в действие,
при увеличении тока в фазах линии сверх определенного
значения, в качестве реле, реагирующих на возрастание
тока, служат максимальные токовые реле.
Максимальная токовая защита (МТЗ) является основной защитой для сетей с односторонним питанием, при
этом защита устанавливается вначале каждой линии со
стороны источника питания (радиальная сеть с односто-
ронним питанием).
32
В нормальном режиме работы сети ни одна из защит
не должна срабатывать, для этого ток срабатывания защиты (I
с.з
), принимается больше, чем ток, проходящий по за-
щищаемому участку. Под током I
с.з
, понимают минималь-
ный первичный ток защищаемого элемента, при котором
защита срабатывает, ток проходящий при этом по обмотке
реле называется током срабатывания реле (I
с.р
).
Каждая из трех защит на рис. 2.1 действует на отключение соответствующей линии, при повреждении на
ней или на линиях противоположной подстанции.
Рис. 2.1. Согласование характеристик максимальных
токовых защит с независимой выдержкой времени
При КЗ, например, в точке К1, ток КЗ проходит по
всем участкам сети, расположенным между источником
питания и местом повреждения, таким образом приходят в
действие все защиты, однако по условиям селективности
должна сработать на отключение только 3 защита. Для
обеспечения такой селективности МТЗ, выполняются с
выдержками времени, нарастающими от потребителя к источнику питания. Соответственно при КЗ в точке К
2
, быстрее всех срабатывает защита 2, а защита 1, имеющая большее время, не подействует. Рассмотренный принцип под-
бора выдержек времени называются ступенчатым.
33
МТЗ могут выполняться с выдержками времени, не
зависящими от тока в защищаемом участке (зависимость 1,
рис. 2.2), такие защиты при повреждении в любой точке
защищаемого участка действуют с постоянной не зависимой от тока выдержкой времени. В таких защитах выдержка времени создается специальным реле времени (защита с
независимой характеристикой времени срабатывания).
Также МТЗ могут выполняться с выдержками времени, зависящими от величины тока в защищаемом участке, то
есть по мере увеличения тока время срабатывания уменьшается (кривая 2, рис. 2.2). Такой характер выдержек вре-
мени имеет МТЗ, выполненная, например, индукционным
реле тока или плавкими предохранителями — защита с за-
висимой или с ограниченно зависимой характеристикой
времени срабатывания.
Рис. 2.2. Характеристики выдержек времени МТЗ
На рис. 2.2 t1 и t2 — времена действия двух смежных
защит (1 и 2), разность ∆t = t1 + t2 — называется ступенью
времени или ступенью селективности. Величина ∆t долж-
на быть такой, чтобы при КЗ на каком-нибудь участке сети
(например, в точке К2) защита предыдущего участка
34
(т.е. защита 1), не успевала сработать. Для защит с незави-
симой характеристикой ∆t выбирается согласно следующему выражению:
зап)1(п)2(в)2(п
ttttt +++=
, (2.1)
где t
п(2)
, t
п(1)
— погрешности в сторону замедления реле
времени защит 2 и 1; t
в(2)
— время отключения выключате-
ля 2, с момента подачи импульса в катушку отключения до
разрыва тока КЗ контактами выключателя; t
зап
— запас по
времени.
Защиты с зависимой характеристикой, выполненные
с использованием индукционных реле, могут продолжать
работать по инерции после отключения тока КЗ, поэтому
ступень времени ∆t у таких защит должна быть увеличена
на время инерционной ошибки реле tи, т.е.:
)1(из ап)1(п)2(в)2(п
tttttt ++++=
. (2.2)
выдержка времени для защиты 1, с независимой характе-
ристикой определяется исходя из ∆t и t2, т.е.:
t1 = t2 + ∆t. (2.3)
Выдержки времени защит с зависимой характеристикой также должны удовлетворять условию (2.3), но поскольку время действия этих реле зависит от тока, то необходимо задавать пределы тока, при которых это условие
должно выполняться. Так, защита 1 должна иметь время на
ступень ∆t больше защиты 2 (рис. 2.1), при всех КЗ в пре-
делах зоны совместного действия защит 1 и 2 (т.е. на
участке линии от 2 до 3 выключателей).
35
Если при КЗ в точке К2 (начало зоны защиты 2) ток
КЗ проходящий через защиты 1 и 2, равен I
к2max
, то при
всех КЗ за точкой К2, т.е. в зоне работы защиты 2, токи КЗ
будут меньше. Следовательно, условие селективности
должно выполняться при токе I
к2max
и всех токах меньше
его. В случае КЗ на участке между выключателями 1 и 2,
(ток КЗ больше I
к2max
) время действия защиты 1, не должно
согласовываться с защитой 2 и может быть сколь угодно
малым. Иллюстрация выбора выдержек времени защит с
зависимыми характеристиками приведена на рис. 2.3.
Рис. 2.3. Согласование выдержек времени защит
с зависимыми характеристиками
Выбор тока срабатывания защиты
При выборе тока срабатывания МТЗ, необходимо
выполнение двух требований:
1) защита должна надежно работать при повреждениях;
2) в то же время не должна действовать при макси-
мальных токах нагрузки и ее кратковременных толчках, вы-
званных пуском и самозапуском электродвигателей и т.д.
36
Таким образом, задача, связанная с удовлетворением
второго требования, состоит в надежной отстройке защиты
от токов нагрузки. Для этого необходимо выполнять два
условия:
• токовое реле защиты не должно приходить в дей-
ствие при максимальном рабочем токе нагрузки (I
р.max
),
при этом:
I
с.з
> I
р. max
. (2.4)
• токовое реле защиты, сработавшей при внешнем
КЗ, должно возвращаться в исходное положение, после отключения КЗ смежной защитой (той защитой, которая
непосредственно защищает участок, на котором произошло КЗ), при оставшемся в линии рабочем токе. Данное
условие должно выполняться для комплекта защиты 1 при
КЗ в точке К (рис. 2.4).
Рис. 2.4. Защита ЛЭП с помощью двух комплектов МТЗ
Максимальный ток, при котором пусковой орган за-
щиты возвращается в начальное положение, называется
током возврата защиты (I
воз
). Возврат пускового органа
должен происходить после отключения внешнего КЗ, для
37
этого необходимо чтоб I
воз
был больше, максимально воз-
можного тока в линии I
з.max
в первый момент времени по-
сле отключения внешнего КЗ. Ток в линии в первый момент времени после отключения КЗ имеет повышенное
значение из-за пусковых токов электродвигателей
(т.к. происходит самозапуск АД, после периода времени со
сниженным напряжением во время КЗ), см. рис. 2.5.
Рис. 2.5. Законы изменения тока
и напряжения в различных режимах
Такое увеличение тока оценивается коэффициентом
самозапуска К
с.з
(К
с.з
= 2,5 ÷ 3). Тогда с учетом коэффици-
ента запаса К
зап.
, ток:
мах.рз.сз апвоз
IККI =
(2.5)
Коэффициент К
зап
учитывает возможную погреш-
ность в величине тока возврата реле и принимается равным 1,1–1,2. При выполнении условия (2.5), выполняется
38
также условие (2.4), т.к. ток возврата максимальных токовых реле, всегда меньше тока срабатывания. Поэтому для
отстройки защиты от нагрузки за исходное берут условие
(2.5). Отношение:
воз
з.с
воз
К
I
I
=
, (2.6)
есть коэффициент возврата, тогда ток срабатывания защиты:
мах.р
воз
з.сзап
воз
воз
з.с
I
К
КК
К
I
I
==
. (2.7)
В ряде случаев для обеспечения селективности защиты требуется, чтобы по мере приближения к источнику питания ток срабатывания защит увеличивался, т.е. для за-
щит, показанных на рисунке 2.1, должно выполняться неравенство:
I
с.з(1)
> I
с.з(2)
> I
с.з(3)
,
где I
с.з(1)
, I
с.з(2)
, I
с.з(3)
— токи срабатывания первой, второй
и третьей защит, причем I
с.з(3)
, рассчитан по выраже-
нию (2.7).
Токи I
с.з(1)
, I
с.з(2)
отличаются от I
с.з(3)
на величину ко-
эффициента надежности согласования защит (К
н.с.
), кото-
рый зависит от типа реле и от параметров защищаемой
ЛЭП. Так, для реле типа РТ-80, РТ-90, установленных на
ЛЭП 10 и 35 кВ, К
н.с
= 1,3 – 1,4; для реле РТ-40 и РТВ
К
н.с
= 1,25 и 1,5; для рeле РТ-40, установленных на линиях
110кВ и выше К
н.с
= 1,1 – 1,2.
Вторичный ток срабатывания реле I
с.р
, находят с уче-
том коэффициента трансформации трансформаторов тока
(n
т
) и схемы включения реле, характеризуемой коэффици-
39
ентом схемы Ксх (для схемы соединения в звезду полную
или неполную Ксх = 1, для реле включенных на разность
токов двух фаз Ксх =3):
т
з.c
схр.с
n
I
КI =
. (2.8)
Как видно из (2.7) I
с.з
зависит от К
воз
и I
р. мах
, поэтому
в целях снижения I
с.з
(что в свою очередь приведет к по-
вышению чувствительности защиты), стремятся применять
токовые реле с высоким коэффициентом возврата (0,85
и выше). Для надежной отстройки защиты от токов
нагрузки имеет значение правильная оценка величины
I
р.мах
, т.к. необходимо учитывать: возможное увеличение
тока нагрузки вследствие нарушения нормальной схемы
сети; в случае параллельной работы 2-х линий; при срабатывании АВР и так далее.
Чувствительность защиты
После выбора I
с.з
по условию отстройки от токов
нагрузки (то есть соблюдения второго требования), необходимо проверить I
с.з
по условию чувствительности защи-
ты, т.е. на соблюдение первого требования. Проверка ведется по минимальному значению тока КЗ I
к.з.min
при по-
вреждении в конце зоны защиты. Чувствительность харак-
теризуется коэффициентом чувствительности:
з.с
min.з.к
ч
I
I
К =
(2.9)
Зона действия МТЗ должна охватывать защищаемую
линию и следующий второй участок. При этом для защищаемой линии Кч ≥ 1,5, а на резервируемом участке Кч ≥ 1,2.
40
Схемы защиты
МТЗ выполняются трехфазными и двухфазными
прямого и косвенного действия. По способу питания оперативных цепей МТЗ косвенного действия делятся на защиты с постоянным и переменным оперативным током.
Также защиты подразделяются на защиты с независимой и
зависимой характеристиками времени действия. В системах электроснабжения токовые защиты от междуфазных
КЗ, обычно выполняют по двухфазным двухрелейным
схемам соединения трансформаторов тока и обмоток реле.
Порядок функционирования или структура данной защиты
может быть показана на принципиальной (полной) совме-
щенной — рис. 2.6, а или разнесенной — рис. 2.6, б, в;
структурной и функциональной — рис. 2.6, г схемах.
На принципиальной совмещенной схеме контакты и
выводы обмоток реле даны в совмещенном виде так, что
видна их взаимная принадлежность. Обычно наряду со
схемой релейной защиты изображают схему первичных
соединений защищаемого присоединения. По мере усложнения схем релейной защиты появляется большое количество реле, контактов и пересекающихся цепей, поэтому такие схемы теряют наглядность и становятся сложными.
Схему можно упростить путем раздельного построения
цепей переменного тока, напряжения, цепей управления.
В частности, (рис. 2.6 б, в) контакты и обмотки реле тока
размещаются в разных местах (контакты — в цепях управления, обмотки — в цепях тока). Их взаимная принадлеж-
ность определяется соответствующими буквенными и
цифровыми обозначениями. Такой способ изображения
схем называется разнесенный. В структурных схемах
устройства защиты и автоматики разбиваются на отдельные части, которые изображаются в виде прямоугольников
с соответствующими обозначениями. Схема не выявляет
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]