7.2.Максимальная направленная защита.

Максимальная токовая (ненаправленная) защита (МТЗ) используется главным образом для защиты радиальных линий с односторонним питанием. В кольцевой сети, в сети с двухсторонним питанием и особенно в сложных сетях с несколькими источниками питания МТЗ в большинстве случаев не может обеспечить селективного действия.

Действие МТЗ в кольцевой сети:

Пусть на линиях будут заданы выдержки времени МТЗ на линиях, отходящих к нагрузкам: t7=1сек и t8=0,5сек. При ступени селективности Δ t=0,5сек выдержки времени остальных защит определяются по ступенчатому принципу и составляют:

на выключателе 4 t4=1+0,5=1,5сек

3 t3=1,5+0,5=2сек

2 t2=2+0,5=2,5сек

1 t1=2,5+0,5=3сек

5 t5=2+0,5=2,5сек

6 t6=2,5+0,5=3сек.

При такой настройке МТЗ будет действовать селективно при к .з. на линиях, отходящих к нагрузке, и на шинах подстанции n1 и n2. Однако при к.з. на линиях Л1 и Л2 защита будет действовать неселективно. Изменением выдержек времени МТЗ в сети получить ее селективное действие невозможно. Для селективного отключения повреждений в такой сети необходимо, чтобы защита на выключателях 2,3,4,5 различала, на какой из линий произошло к.з. Таким свойством обладает максимальная направленная защита (МНЗ).

МНЗ состоит из пускового органа, осуществляемого токовым реле, органа направления мощности и органа выдержки времени.

Защита действует на отключение только в том случае, если срабатывает не только токовые реле, но и реле мощности, которое замыкает свои контакты, только при направлении мощности к.з. от шин в линию. Выбор выдержек времени МНЗ производится по ступенчатому принципу, но с учетом направленности их действия, т.е. производится согласование уставок защит, действующих в одном направлении. Так, например, вначале выбираются выдержки времени защит, имеющих нечетные номера начиная от наиболее удаленной от источника питания защиты 7, на которой следует установить t=0 сек.

Рассмотрим следующею схему сети (рис.7.2). Выдержка времени на выключателе 5 должна удовлетворять двум условиям:

1) t5=t7+ Δ t=0+0,5=0,5сек;

2) t5=t10+ Δ t=0,5+0,5=1сек.

В торое условие, дающее большую выдержку времени является определяющим.

Выдержка времени следующей защиты на В-3 должна удовлетворять также двум условиям:

1) t3=t5+ Δ t=1+0,5=1,5сек;

2) t3=t11+ Δ t=0,5+0,5=1сек.

Первое условие, дающее большую выдержку времени является определяющим.

Выдержка времени на В-1 равна:

t1=t3+ Δ t=1,5+0,5=2сек.

Затем аналогично выбираются выдержки защит в другую сторону:

t2=0сек, t4=1,5сек, t6=2сек, t8=2,5сек.

Рассматривая повреждения на любой из линий, нетрудно убедиться, что отключаться будет только поврежденная линия и, что будет сохраняться питание всех подстанций. Защиты 1,8,3,6 могут быть ненаправленными.

I. Ток срабатывания пусковых токовых реле мнз.

Ток срабатывания выбирается так же, как для МТЗ и так, чтобы обеспечить выполнение следующих условий:

1. защита не должна действовать при прохождении по защищаемой линии тока нагрузки;

2. защита должна действовать при к.з. на защищаемом участке и иметь коэффициент чувствительности не менее 1,5;

3. защита как правило должна действовать и при к.з. на смежном участке с коэффициентом чувствительности в конце смежного участка не менее 1,2.

Для выполнения первого условия ток срабатывания должен быть более максимального тока нагрузки. Однако выполнение одного этого требования недостаточно для отстройки от максимального тока нагрузки.

Рассмотрим поведение защиты I. После отключения поврежденной линии Л2, ток к.з. прекратится и по линии Л1 вновь проходит максимальный ток нагрузки. При этом новое значение максимального тока нагрузки может значительно превышать ток предварительного режима за счет самозапуска электродвигателей при восстановлении напряжения. В этих условиях пусковые токовые реле защиты I, сработавшие в момент возникновения к.з. должны вернуться в исходное положение, до того как истечет выдержки времени защиты, что обеспечивается только в том случае, если ток возврата токовых реле будет более тока нагрузки послеаварийного режима. Увеличение тока нагрузки в результате самозапуска электродвигателей учитывается коэффициентом самозапуска Кз. Таким образом, для выполнения первого условия необходимо, чтобы:

где к_н – коэффициент надежности отстройки (больше единицы).

Ток возврата связан с током срабатывания:

к_в=I_в.з/I_с.з

Отсюда ток возврата:

к_н принимается 1,1-1,25;

к_з принимается 2-3.

Вторичный ток срабатывания, т.е. уставка на реле:

где n_т – коэффициент трансформации ТТ;

к_сх – коэффициент схемы, равный 1 для схемы соединения ТТ в полную и неполную звезду и 1,73 при соединении в треугольник и на разность токов двух фаз.

При определении максимального тока нагрузки нужно исходить из наиболее тяжелых, но реальных режимов. При выборе уставок очень важно правильно учесть коэффициент самозапуска электродвигателей. В тех случаях, когда к_з неизвестен принимают I_с.з=4I_ном и тогда:

Из формулы (7.1) видно зависимость тока срабатывания от коэффициента к_в реле. Это необходимо учитывать при настройки реле, добиваясь чтобы к_в был не менее гарантированного заводом.

После определения тока срабатывания по условию отстройки от максимального тока нагрузки проверяется выполнение условий 2) и 3), которые определяются коэффициентом чувствительности действия защиты в режиме, когда токи к.з. имеют минимальные значения. Коэффициент чувствительности определяется по формуле:

При определении к_ч защиты, включенной на разность токов двух фаз, ток I_кз.min определяется при двухфазном к.з. между фазами, на одной из которой нет ТТ, так как в этом случае протекает меньший ток. Ток срабатывания МНЗ желательно отстраивать от максимального тока нагрузки как от шин в линию, так и к шинам. Для этого в формулы должно подставляться наибольшее значение тока I_н.max.

Если при отстройке от I_н.max , направленного к шинам подстанции, не обеспечивается необходимая чувствительность защиты, то отстройка производиться только от I_н.max в направлении от шин. Если и в этом случае к_ч получается ниже допустимого, то применяется блокировка минимального напряжения:

где U_кз.max – максимальное значение остаточного напряжения при к.з. в конце защищаемой зоны.

При трехфазном к.з. вблизи шин напряжение понижается до нуля. Мощность на реле может оказаться недостаточной для срабатывания. Этот участок линии называется “мертвой зоной”. Наличие мертвой зоны является недостатком МНЗ.