Лекции по РЗА / 2. Токовая отсечка

Токовая отсечка

Основными видами повреждений линий электропередачи, требующими их немедленного отключения, являются однофазные или междуфазные КЗ. Защита линии должна выявить факт повреждений и подать сигнал на отключение поврежденной линии от источников питания.

Для защиты линий от КЗ широкое распространение получили защиты, реагирующие на превышение тока в месте их включения некоторого зaрaнее установленного значения. Такие зашиты называются токовыми. Током срабатывания защит Iс.з. обычно называют минимальный ток в фазах линии, при котором защита может срабатывать.

Током возврата зашиты Iв.з., соответственно, называется максимальный ток в фазах линий, при котором защита возвращается в исходное состояние. Самой простой токовой защитой является токовая отсечка, являющаяся быстродействующей защитой, не имеющей выдержки времени. Селективное действие токовой отсечки без выдержки времени достигается тем, что ее ток срабатывания принимается большим максимального тока короткого замыкания, проходящего через защиту при повреждении вне защищаемого элемента. Действиe защиты при коротком замыкании на защищаемом участке обеспечивается благодаря тому, что ток КЗ в сети, а следовательно, и в защите увеличивается по мере приближения места короткого замыкания к источнику питания (см. рисунок), причем кривые изменения тока короткого замыкания имеют различную крутизну в зависимости от режима работы системы и вида КЗ (кривые 1 и 2 на рисунке, соответственно для максимального и минимального режимов).

Рис.1.

При этом Iс.з.=Кзап Iк.вн.max

При определении Iс.з. необходимо иметь в виду, что отсечка не имеет выдержки времени, поэтому в приведенном выражении ток Iк.вн. принимается равным начальному (t=0) действующему значению периодической составляющей тока внешнего короткого замыкания. Влияние апериодической составляющей учитывается коэффициентом Кзап. Ток срабатывания не зависит от режима работы и места повреждения. Отсечка срабатывает, когда ток, проходящий по защищаемой линии АБ (см.рисунок) больше или равен току срабатывания защиты, т.е. Iк => Iс.з.

В токовых отсечках защищаемая зона охватывает только часть линии, и токовую отсечку без выдержки времени нельзя использовать в качестве единственной или основной защиты.

Однако в некоторых частных случаях, например на радиальных линиях, питающих один трансформатор, с помощью токовой отсечки можно защитить всю линию. Ток срабатывания при этом выбирается по максимальному току короткого замыкания за трансформатором.

Рис.1

При выбранном таким образом токе срабатывания мгновенная отсечка будет надежно защищать всю линию, шины высшего напряжения подстанции и часть обмотки трансформатора. Основным недостатком токовой отсечки без выдержки времени является то, что она защищает только часть линии. Защищаемую зону можно увеличить путем создания у отсечки выдержки времени. Такая защита получила название токовой отсечки с выдержкой времени. На рисунке показана схема сети с двумя последовательно соединенными участками АБ и БВ, для защиты которых со стороны подстанции А и подстанции Б можно установить токовые отсечки без выдержки времени с токами срабатывания Iс.з.А и Iс.з.Б. Отсечки имеют защищаемые зоны соответственно LА1 и LБ1, которые охватывают только часть линии.

Однако защищаемую зону, например токовой отсечки со стороны подстанции А, можно удлинить, если в действии этой отсечки ввести замедление с таким расчетом, чтобы время ее срабатывания было больше времени действия токовой отсечки без выдержки времени, установленной у шин подстанции Б на некоторое время dt, называемое ступенью селективности

Рис.3

В общем случае от шин подстанции Б отходят несколько линий и, кроме того, к шинам могут быть подключены понижающие трансформаторы. При этом отсечка с выдержкой времени на подстанции А должна быть отстроена по времени от отсечек всех отходящих линий и от быстродействующих защит трансформаторов, а ее ток срабатывания должен быть выбран по наибольшему из токов КЗ, проходящих по линии АБ при повреждении в конце защищаемых зон отсечек отходящих линий и при коротком замыкании на шинах низшего напряжения трансформаторов.

Рис.4

Чувствительность токовой отсечки с выдержкой времени определяется коэффициентом чувствительности Кч, равным отношению минимального тока КЗ к току срабатывания отсечки

Кч=Iк.з мин / I с.о.

В рассматриваемом примере чувствительность ТО с выдержкой времени проверяется по металлическому короткому замыканию в конце защищаемой линии АБ, при этом коэффициенты чувствительности должны быть Кч  1,3-1,5. Зона защиты отсечки с выдержкой времени превышает длину защищаемой линии. Оценивать нужно чувствительность в пределах защищаемой линии, для этой цели и ввели понятие коэффициента чувствительности. Расширить зону действия токовой отсечки можно, если дополнить ее измерительными реле напряжения - это токовая отсечка с блокировкой по напряжению. На рисунке показана линия с односторонним питанием, работающая в блоке с трансформатором, т.к. по мере приближения точки трехфазного короткого замыкания к шинам подстанции А остаточное напряжение Uост на шинах уменьшается согласно кривой 1 (имеется в виду действующее значение периодической составляющей напряжения для момента времени t=0). При других многофазных коротких замыканиях аналогично изменяется остаточное напряжение между поврежденными фазами. Обычно в схеме токовой отсечки используют три минимальных реле напряжения, включенных на соответствующие междуфазные напряжения. Параметрами отсечки без выдержки времени с блокировкой по напряжению является ток срабатывания Iс.з. и напряжение срабатывания Uс.з. Путем особого согласования их между собой удается расширить зону действия защиты, обеспечивая селективность при внешних коротких замыканиях и любых режимах работы питающей системы.

Ток срабатывания защиты Iс.з. определяют, исходя из требования достаточной чувствительности защиты по току при металлическом двухфазном коротком замыкании в конце защищаемой линии (точка К2):

Iс.з. = Iк.мин / Кч1,

где Кч1 - требуемый коэффициент чувствительности по току.

На рисунке ток Iк при перемещении точки повреждения изменяется согласно кривой 3, а ток Iс.з. определяется прямой 4. Для предотвращения неправильного действия защиты при нарушении цепей напряжения ток Iс.з. должен быть отстроен от максимального рабочего тока по условию

Iс.з. = Кзап. * Iраб.max /Кв,

Окончательно ток срабатывания Iс.з. выбирают по большему из двух значений, полученных по приведенным условиям.

Рис.5.