5. Токовые отсечки

5.1. Принцип действия

Токовая отсечка – разновидность токовой защиты, позволяющая обеспечить быстрое отключение КЗ.

Токовые отсечки (ТО) подразделяются на

– отсечки мгновенного действия;

– отсечки с выдержкой времени (0,3...0,6 с).

Селективность токовых отсечек достигается ограничением их зоны работы.

Величина тока КЗ, протекающий по линии, зависит от места повреждения:

(5.1)

где E_C – ЭДС системы;

X_C – сопротивление системы;

X_WK – сопротивление линии до точки КЗ;

X_Y – удельное сопротивление линии;

L_K – длина от начала линии до места КЗ.

Рис. 5.1.1

Для обеспечения селективности ток срабатывания защиты I_C.З > I_КЗ1 – тока КЗ на шинах противоположной подстанции.

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

5.2. Схемы отсечек

В сети с глухозаземленной нейтралью применяют трехфазные схемы, от КЗ всех видов. Для защиты от междуфазных КЗ используется двухфазная схема «неполная звезда». Схемы ТО аналогичны схемам МТЗ за отсутствием реле времени у мгновенных отсечек.

В сети с изолированной нейтралью или заземленной через большое сопротивление применяются двухфазные схемы.

Как и МТЗ, ТО выполняется на постоянном и переменном оперативном токах.

5.3. Отсечки мгновенного действия на линиях с односторонним питанием

5.3.1. Ток срабатывания отсечки

По условию селективности защита не должна работать за пределами защищаемой линии АВ, в токе В (см. рис. 5.3.1):

I_СЗ=k_НI_{К(В)макс}, (5.2)

где I_{К(В)макс} – максимальный ток КЗ в фазе линии при КЗ на шинах подстанции В;

k_Н – коэффициент надежности, 1,2...1,3 – для отсечек ЛЭП с реле типа РТ.

Рис. 5.3.1

5.3.2. Зона действия отсечки

Зона действия ТО определяется графически (рис. 5.3.1) или по формуле:

(5.3)

где X_W – сопротивление линии;

X_C – сопротивление системы.

ПУЭ рекомендуют применять отсечку, если её зона действия охватывает не меньше 20% защищаемой линии.

Для устранения мертвой зоны направленных защит отсечка применяется и при меньшей зоне действия.

При схеме работы линии блоком с трансформатором отсечку отстраивают от тока КЗ за трансформатором (рис. 5.3.2). В этом случае отсечка защищает всю линию и весьма эффективна.

Рис. 5.3.2

5.3.3. Время действия отсечки

При применении быстродействующих промежуточных реле (с временем срабатывания 0,02 с) t_ТО=0,04...0,06.

В схемах с промежуточными реле в расчетах не учитывается апериодическая составляющая тока, поскольку она затухает очень быстро, за 0,02...0,03 с.

На линиях, защищенных от перенапряжений трубчатыми разрядниками, отсечка может срабатывать при их действии. Время срабатывания разрядника: t_P=0,01...0,02 с, а при их каскадном действии – 0,04...0,06 с. В этом случае применяют промежуточные реле с временем действия – 0,06...0,08 с.

5.4. Неселективные отсечки

Неселективная отсечка – это мгновенная отсечка, действующая за пределами своей линии.

Применяется в случаях, когда это необходимо для сохранения устойчивости. Неселективное действие исправляется при помощи АПВ, включающего обратно неселективно отключившуюся линию.

5.5. Отсечки на линиях с двусторонним питанием

Для определения тока срабатывания отсечек необходимо определить токи I_{КЗ(В)отG1} и I_{КЗ(А)отG2}.

Рис. 5.5.1

Ток срабатывания защиты вычисляется по наибольшему из этих токов:

I_СЗ=k_НI_К(макс). (5.4)

Во избежание неправильной работы отсечки при качаниях её ток срабатывания должен отстраиваться и от токов качания I_кач:

I_СЗk_НI_{кач.макс}, (5.5)

где k_Н – коэффициент надежности, k_Н = 1,2...1,3;

(5.6)

где Е – ЭДС генераторов А и В, Е_А=Е_В=Е=1,05U_ГЕН;

X_AB – суммарное сопротивление от генератора А до В: X_GA+X_GB+X_C;

– сверхпереходное сопротивление генераторов;

X_C – сумма сопротивлений всех остальных элементов, включенных между шинами генераторов.

Ток срабатывания выбирается по большему из двух значений (5.4) и (5.5).

5.6. Отсечки с выдержкой времени

5.6.1. Сеть с односторонним питанием

Мгновенная отсечка защищает только часть линии, чтобы выполнить защиту всей линии с минимальным временем действия применяется отсечка с выдержкой времени:

Рис. 5.6.1

t_ТО1=t_ТО2+t. Практически t_ТО10,3...0,6 зависит от точности реле времени,

I_СЗ1=k_НI_СЗ2, (5.7)

где k_Н=1,1...1,2.

5.6.2. Сеть с двусторонним питанием

Рис. 5.6.2

I_СЗ1=k_НI_К1, (5.8)

где I_К1 – ток от системы при КЗ в конце зоны отсечки 2.

5.7. Токовая трехступенчатая защита

Обычно МТЗ сочетают с мгновенной отсечкой (МО) и отсечкой с выдержкой времени (ОВВ), (рис. 5.7.1).

Рис. 5.7.1

5.8. Применение токовых отсечек

Токовые отсечки используются как основные (в сетях низкого напряжения) и резервные (сети высокого напряжения) защиты на линиях с односторонним питанием. На линиях с двусторонним питанием отсечки используются как резервные защиты.

Отсечки применяются как резервные защиты для мощных силовых трансформаторов и как основные для маломощных.

Промышленностью выпускаются:

• токовая отсечка в двухфазном, двухрелейном исполнении – комплекты КЗ9 и КЗ9/2;

• МТЗ с независимой выдержкой времени в двухфазном, двухрелейном исполнении – КЗ12;

• МТЗ в двухфазном двухрелейном исполнении и ТО – двухфазное, трехрелейное исполнение – комплект КЗ13;

• МТЗ с независимой выдержкой времени – двухфазное, трехрелейное исполнение – комплект КЗ17.

Достоинства

1. Конструктивно одна из самых простых защит.

2. Высокая быстрота действия.

Недостатки

1. Неполный охват зоной действия защищаемой линии.

2. Непостоянство зоны действия под влиянием сопротивлений в месте повреждения и изменений режима системы.