16. Реле сопротивления на сравнении фаз двух электрических величин. Выполняемые на имс

Принцип построения и способы сравнения фаз. На сравнении фаз двух величин можно получать PC с характеристиками срабатывания в виде окружности, прямой линии и в виде эллипса [47].

В качестве сравниваемых величин используются напряжения U1 и U2, образованные по (11.14) и связанные с сопротивлением на зажимах реле Zp уравнениями (11.14а):

U1= Uр+ *Iр= *Iр(Zр-Z1)

U2= Uр+ *Iр= *Iр(Zр-Z2)

Векторы сопротивлений

Z1= / и Z2= / являются постоянными величинами, определяющими положение и форму характеристики срабатывания на комплексной плоскости Z, часто называемыми векторами особых точек. Активные и реактивные составляющие этих векторов являются координатами двух "особых точек", через которые должна проходить характеристика реле. Схема PC, построенного на сравнении фаз, должна осуществлять измерение угла φ между U1, и U2 и сравнение его значения с заданными углами ψ1 и ψ2, определяющими границы угла φ (рис.11.21, а), в пределах которых реле должно срабатывать:

Ψ1≤φ≤ψ2

Функциональная схема устройства сравнения фаз (УС), построенного на времяимпульсном принципе, и диаграммы, характеризующие его работу, приведены на рис.11.22 и 11.23. Устройство сравнения УС (рис.11.22) содержит блок 1 ФИН, формирующий импульсы

напряжения, характеризующие продолжительность времени tнс и tc сравниваемых величин, и блок 2 РО, сравнивающий длительность импульсов с заданным ty или друг с другом. Блок 2 действует на выходной элемент 3, формирующий сигнал срабатывания реле. Блок 1 фиксирует совпадение и несовпадение знаков мгновенных значений входных напряжений U1 и U2 и образует выходные сигналы в виде прямоугольных импульсов напряжения разных полярностей, показанных на рис.11.23, а. В течение времени, когда знаки мгновенных значений U1 и U2 совпадают, выходной сигнал блока 1 имеет положительный знак + Uc, а во время их несовпадения — отрицательный знак –Uнс. Продолжительность сигнала + Uc равна времени совпадения tc, а сигнала –Uнс — времени tнс. Эти сигналы (+Uc = tc и –Uнс = tнс.) поступают на вход блока 2, который сопоставляет длительность входных сигналов, определяя таким образом соотношение времен tc и tнс, а затем сравнивает tнс с заданным временем ty либо с Ktс. Блок 2, действующий по первому варианту, принято называть РО1, а по второму — РО2. Блоки 2 и 3 рассматриваются иногда как единый орган сравнения, включающий в себя измерительный и выходной элементы.

18. Область применения мтз

МТЗ применяется в качестве основной защиты для радиальных сетей до 10 кВ. Как резервная применяется в сетях всех напряжений.

Достоинства

1. Простота. 2. Надежность. 3. Небольшая стоимость. 4. Обеспечивает селективность в радиальных сетях с односторонним питанием.

Недостатки

1. Большие выдержки времени, особенно вблизи источников питания, в то время как именно здесь нужно быстро отключать КЗ.

2. Недостаточная чувствительность при КЗ в разветвленных сетях с большим числом параллельных цепей и значительными токами нагрузки.

Принцип действия МТЗ. Одним из наиболее характерных признаков возникновения КЗ, а также нарушений нормального режима работы электроустановок является резкое увеличение тока (появление сверхтока), который становится значительно больше тока нагрузки.

К реле МТЗ через трансформатор тока ТА подводится ток, проходящий по защищаемому элементу (линии W). При нормальных значениях тока нагрузки защита не действует, но когда ток увеличивается и достигает заранее установленных значений, защита сработает и отключит выключатель Q. Значение тока, при котором происходит срабатывание защиты, называется током срабатывания.

Первым требованием МТЗ является правильное выявление момента возникновения повреждения в защищаемой цепи.

Появление сверхтока в каком – либо элементе не всегда является признаком повреждения именно этого элемента, так как сверхток проходит не только по повреждённому элементу, но и по связанным с ним неповреждённым элементам. На рис. №2 показана схема электросети, состоящая из трёх последовательно соединённых участков.

При КЗ в точке К сверхток Iк проходит от источника питания Е к месту повреждения как по повреждённому участку I, так и по неповреждённым участкам II и III. Если сверхток превысит ток срабатывания, то сработают МТЗ всех трёх участков. В результате такого действия будут отключены не только повреждённый, но и не повреждённые участки электросети, что недопустимо. Правильная ликвидация аварии будет иметь место лишь в том случае, если сработает МТЗ первого участка и отключит выключатель ближайший к месту повреждения Q1.

Вторым требованием МТЗ является избирательность или селективность. МТЗ должны участков электросети должны иметь различное время срабатывания, возрастающее в направлении к источнику питания. Время срабатывания защиты от момента возникновения сверхтока до воздействия на выключатель – выдержка времени. В рассмотренном примере МТЗ состоит из двух органов: пускового, который выявляет момент КЗ и производит пуск защиты, и замедляющего органа (орган выдержки времени), который замедляет действие защиты для обеспечения селективности.

В качестве пусковых органов МТЗ используются реле увеличения тока (максимальные токовые реле), а в качестве замедляющего органа – реле времени. Токовые реле типов РТВ, РТ – 80, РТ – 90 содержат в себе оба органа. Поэтому МТЗ, выполняемая с помощью этих реле, называется МТЗ с зависимой характеристикой времени срабатывания. При использовании в качестве пусковых органов МТЗ токовых реле мгновенного действия типа РТ – 40 или ЭТ – 520 выдержка времени создаётся отдельными реле времени типа ЭВ или РВМ. Время срабатывания МТЗ, выполненной с помощью этих реле, не зависит от тока КЗ, так как реле времени срабатывают с одним и тем же установленным на них временем срабатывания. Защита такого типа называется МТЗ с независимой характеристикой времени срабатывания.

МТЗ является наиболее простой и дешёвой защитой и поэтому широко применяется для защиты генераторов, трансформаторов, электродвигателей и линий электропередачи с односторонним, а в ряде случаев и с двухсторонним питанием.

Размещение МТЗ. Ток КЗ проходит от источника питания к месту КЗ. Поэтому, чем ближе к источнику питания расположена защита, тем больше зона, при повреждении в которой защита приходит в действие.

Н а рис. №3 показана схема размещения МТЗ для защиты понижающего трансформатора.Если для защиты трансформатора ТА и защиту МТЗ установить со стороны обмотки ВН, т.е. со стороны источника питания Е, то в зону защиты войдут: кабели, вводы и обмотки трансформатора, выключатель Q2, шины низкого напряжения А2. Если ТА и МТЗ установить со стороны обмотки НН, то в зоне защиты окажутся только Q2 и шины А2. Поэтому МТЗ следует устанавливать со стороны источника питания и по возможности ближе к нему.

Место установки МТЗ зависит также от схемы соединения электроустановки или электросети. На рис.№4 показана схема размещения МТЗ питающих линий и электрооборудования приёмных подстанций.

На рис.№9 показана двухфазная однорелейная схема с соединением ТТ на разность токов двух фаз. Эта схема наиболее экономична, так как требует установки двух ТТ и только одного реле. Первичные обмотки ТА включаются в две фазы защищаемого элемента, а вторичные обмотки соединяются на разность токов. К точкам соединения вторичных обмоток подключается обмотка токового реле. Ток равен геометрической разности вторичных токов.

Коэффициент схемы на рис.№9 составляет:

Одним из недостатков однорелейной схемы является её различная чувствительность при разных видах КЗ:

Трёхфазное КЗ – Ip(3) = 1,73I2;

Двухфазное КЗ – Ip(2) = 2I2.

Другим весьма существенным недостатком схемы является отказ в действии при одном из трёх возможных видов трёхфазного КЗ за трансформатором с соединением обмоток звезда – треугольник. При двухфазном КЗ между фазами со стороны треугольника токи в этих же фазах со стороны звезды равны по значению и имеют одинаковое направление. Поэтому ток в реле равен нулю. Эта схема применяется в основном для защиты электродвигателей.

Ток срабатывания пусковых токовых реле МТЗ выбирается таким, чтобы обеспечить выполнение следующих условий:

-Защита не должна приходить в действие при прохождении по защищаемому элементу максимального тока нагрузки;

-Защита должна надёжно действовать при КЗ на защищаемом участке и иметь коэффициент чувствительности не менее 1,5;

-Защита, как правило, должна действовать и при КЗ на смежном (резервируемом) участке и иметь коэффициент чувствительности в конце этого участка не менее 1,2.

Для выполнения первого условия ток срабатывания должен быть больше максимального тока нагрузки. Однако выполнения одного этого требования недостаточно для того, чтобы надёжно отстроиться от максимального тока нагрузки. Для выяснения условий отстройки пусковых органов МТЗ от максимального тока нагрузки рассмотрим поведение защиты I, установленной на подстанции П1 на линии W1(рис.№10.), когда ток нагрузки, проходящий по линии W1 и равный сумме токов нагрузок подстанций П2 и П3, имеет максимальное значение. При возникновении КЗ в точке К на линии W2 ток КЗ проходит от источника питания к месту КЗ как по повреждённой линии, так и по линии W1. При этом придут в действие защита II, установленная на повреждённой линии, и защита I на линии W1, поведение которой рассматривается. После отключения повреждённой линии W2 ток КЗ прекратится и по линии W1 будет вновь проходить максимальный ток нагрузки. При этом новое значение максимального тока нагрузки может значительно превышать ток в доаварийном режиме за счёт того, что при восстановлении напряжения после отключения КЗ происходит самозапуск электродвигателей, которые при этом потребляют повышенные (пусковые) токи. В этих условиях пусковые токовые реле защиты I, сработавшие в момент возникновения КЗ, должны вернуться в исходное положение до того, как истечёт выдержка времени защиты, что обеспечивается только в том случае, если ток возврата пусковых токовых реле будет больше максимального тока нагрузки послеаварийного режима. Увеличение тока нагрузки в результате самозапуска электродвигателей учитывается коэффициентом самозапуска kЗ.

Таким образом, для выполнения первого условия необходимо, чтобы

IВ.З. = kHkзIH,max, где – kH коэффициент надёжности отстройки.

Известно, что ток возврата и ток срабатывания связаны между собой коэффициентом возврата следующим образом

kB = Iв.з./Iс.з.

Отсюда ток возврата выразим

Iв.з. = kBIc.з.

Тогда получим

kBIс.з. = kHkЗIH,max.

Теперь получим окончательную формулу для расчёта тока срабатывания пусковых токовых реле МТЗ:

где kH принимаем равным 1,1 – 1,25: kЗ составляет 2 -3.

Вторичный ток срабатывания, т.е. уставка пусковых токовых реле, определим по формуле

где К1 – коэффициент трансформации ТТ; kСХ – коэффициент схемы, равный 1 для схем соединения в полную и неполную звезду и 1,73 для схем соединения ТТ в треугольник и на разность токов двух фаз.

При определении максимального тока нагрузки необходимо исходить из наиболее тяжёлых, но реальных режимов работы оборудования. Для защиты параллельных линий в качестве максимального тока нагрузки на каждую линию принимают суммарную максимальную нагрузку обеих линий с тем, чтобы при аварийном отключении одной из них вторая не отключалась от перегрузки.

Для защиты параллельно работающих трансформаторов максимальный ток определяют с учётом максимального количества работающих параллельно трансформаторов.

При выборе тока срабатывания необходимо учитывать коэффициент самозапуска, если он неизвестен, то принимают равным 4 номинальным токам защищаемого оборудования.

После определения тока срабатывания защиты проверяется выполнение второго и третьего условий, которые определяются коэффициентами чувствительности действия защиты в режиме, когда токи КЗ имеют минимальные значения (Ik,min).

kЧ=Ik,min./IС.З.

При расчёте kч защиты, включенной на разность токов двух фаз, минимальный ток КЗ определяется при двухфазном КЗ между фазами, на одной из которых нет ТТ, так как в этом случае через реле защиты проходит меньший ток КЗ. При расчёте kч для случая КЗ за трансформатором с соединением обмоток звезда – треугольник минимальный ток КЗ определяется при двухфазном КЗ, когда в фазах с ТТ проходит ток, в 2 раза меньший, чем в фазе без ТТ.

То́ковая отсе́чка — вид релейной защиты, действие которой связано с повышением значения силы тока на защищаемом участке электрической сети.

Применение

Электрический ток, протекающий в электрической сети, вызывает нагрев её элементов. При проектировании все элементы электрической цепи выбирают так, чтобы они могли сколь угодно долго выдерживать действие тока в нормальном режиме. Однако, в случае короткого замыкания значение силы тока в сети значительно возрастает, что может привести к разрушениям элементов, возгораниям и другим серьёзным последствиям. Кроме того, с возрастанием силы тока увеличиваются электродинамические силы, воздействующие на элементы цепи, что так же может привести к их разрушениям. Изготовлять элементы электрических цепей такими, чтобы они могли долго выдерживать токи короткого замыкания, нецелесообразно с экономической точки зрения. Скорость, с которой возрастает значение электрического тока в повреждённой цепи, такова, что человек не может успеть среагировать должным образом и вмешаться. В связи с этим, практически повсеместно для защиты электрических сетей используется автоматическая защита от коротких замыканий. Одной из основных является токовая отсечка.

Принцип действия

Устройства данной защиты контролируют величину силы тока на защищаемом участке. В случае увеличения силы тока выше определённого значения защита срабатывает на отключение этого участка. Значение величины силы тока, при котором срабатывает защита, называется уставка. Уставку обычно выбирают таким образом, чтобы цепь обесточилась быстрее, чем в ней произойдут серьёзные разрушения. Реализуют токовую отсечку разными способами. Чаще всего для отключения применяют электромагнитные реле тока, в которых под воздействием электромагнитной силы замыкаются контакты, выдавая сигнал на отключение выключателя защищаемого элемента. По тому же принципу действуют различные автоматические выключатели. Температура, повышающаяся за счет электрического тока, является воздействующей величиной для других защитных электрических аппаратов: предохранителей. При достижении определённого значения температуры плавкая вставка в предохранителе разрушается, обрывая электрическую цепь.

Особенности

Величина электрического тока, протекающего через цепь во время короткого замыкания, зависит от того, в каком месте это замыкание произошло. Чем это место ближе к источнику тока, тем больше величина силы тока. Это свойство позволяет обеспечивать данной защитой требование селективности. Для того, чтобы защита срабатывала непосредственно на том участке, на котором она установлена, её уставку принимают большей, чем значение силы тока короткого замыкания вне защищаемого участка. В этом случае защита не сработает, если короткое замыкание произойдёт на вне защищаемого участка. Благодаря этому, токовую отсечку называют защитой с абсолютной селективностью.

В отдельных случаях токовая отсечка может быть выполнена неселективной. В этом случае она защищает не отдельный участок линии, а всю линию целиком. Выполнение такой защиты оправдано тем, что сразу после её действия начинает работать устройство АПВ. Если АПВ оказывается неуспешным, то срабатывает дифференциальная защита шин.