5.3. Максимальные токовые защиты.

Принцип действия МТЗ (максимальной токовой защиты) основан на том, что при возникновении КЗ или ненормального режима работы ток увеличивается и начинает превышать ток нагрузочного режима. Селективность действия достигается выбором выдержек времени.

При КЗ К1 ток протекает не только по поврежденному элементу, но и по неповрежденным (Л1 и Л2)  рис. 5.7. Для обеспечения селективного отключения поврежденного участка сети (Л3) защиты, установленные на линиях, должны работать с разными выдержками времени, причем . Выдержки времени увеличиваются от потребителя к источнику питания (рис. 5.7). В пределах каждого элемента МТЗ устанавливается как можно ближе к источнику питания.

Схемы МТЗ можно классифицировать по ряду признаков:

1. Способу питания оперативных цепей - МТЗ на переменном или постоянном оперативном токе.

2. Способу воздействия на привод выключателя - прямого или косвенного действия.

3. Характеру зависимости выдержки времени от тока - защиты с независимой и зависимой выдержкой времени.

4. Схеме соединения ТА и обмоток реле.

5. Назначению - защиты от КЗ. и защиты от перегрузок током.

В качестве пусковых органов МТЗ применяются токовые реле. Для того чтобы защита работала при КЗ и не работала в нормальных и допустимых рабочих режимах необходимо определять ток срабатывания защиты - .Ток - это наименьший первичный ток, необходимый для действия пусковых органов защиты. Основным условием выбора является недействие защиты при максимальных токах нагрузки и кратковременных толчках тока, вызванных, например, пуском или самозапуском двигателей, колебаниями нагрузки. Для этого необходимо выполнение следующих условий:

1. - пусковые органы защиты не должны приходить в действие при максимальном рабочем токе;

2. пусковые органы защиты, пришедшие в действие при внешнем КЗ, должны вернуться в исходное состояние после его отключения и снижения тока до . Для выполнения этого требования ток возврата защиты ( - наибольший первичный ток, при котором пусковые органы защиты, сработавшие при внешнем КЗ, возвращаются в исходное состояние) должен удовлетворять требованию:

, (5.14)

где - коэффициент самозапуска двигателей, с помощью которого учитывается увеличение тока, происходящее при самозапуске двигателей, которые тормозятся вследствие снижения напряжения при внешних КЗ., > 1.

Токи и связаны через коэффициент возврата:

, (5.15)

причем для токовых реле МТЗ .

Следовательно, при выполнении условия 2 всегда выполняется условие 1, поэтому выражение для определения можно получить следующим образом:

, (5.16)

где - коэффициент надежности, учитывающий возможную погрешность в определении ( ):

. (5.17)

Зная , можно определить - ток срабатывания реле, как ток , пересчитанный на вторичную обмотку ТА:

, (5.18)

где - коэффициент схемы, зависящий от схемы соединения ТА и обмоток реле

и равный отношению тока в реле ко вторичному току ТА;

- коэффициент трансформации ТА.

По рассчитанному значению определяют - ток уставки. У части токовых реле регулируется плавно (реле РТ40), у других - ступенчато (реле РТ80, РСТ), при этом округление до производится в большую сторону.

Схема МТЗ состоит из реле тока (КА), времени (КТ), промежуточного (KL) и указательного (КН). Трехфазная, трехрелейная схема МТЗ с независимой выдержкой времени на постоянном оперативном токе приведена на рис. 5.8. Схема нарисована для раздельного способа изображения реле.

В нормальном режиме при отсутствии КЗ по катушкам реле КА1, КА2, КА3 протекает и данные реле не работают, так как . Включенное положение силового выключателя обусловливает замкнутое состояние Q - блок-контактов отключения выключателя. При появлении КЗ, например трехфазного, увеличивается ток реле и реле КА1, КА2, КА3 сработают, их контакты замыкаются. При этом подается питание на обмотку реле времени КТ. С установленной на нем замыкается контакт КТ и подается питание на катушки реле указательного (КН) и промежуточного (KL). Срабатывает реле KL, замыкая свой контакт в цепи катушки отключения (УАТ) выключателя, что приводит к отключению силового выключателя Q.

Сигнальное реле КН своим контактом сигнализирует о срабатывании защиты. В случае двухфазного КЗ работают два реле, установленных на тех фазах, в которых произошло КЗ. Дальнейшая работа схемы аналогична описанной ранее.

Качество рассчитанной защиты оценивают по коэффициенту чувствительности - k_ч. Коэффициент k_ч определяется из условия охвата МТЗ всей линии и действия ее при минимальном значении тока КЗ - , т.е. в конце зоны действия.

Так, для определения k_ч защиты 1 (рис. 5.7) нужно найти при КЗ в точке K2 (конец линии Л1) в режиме, который сопровождается . Если рассматривать МТЗ в качестве защиты от междуфазных КЗ, то должен быть рассчитан для двухфазного КЗ:

k_ч . (5.19)

Защита может быть установлена в качестве основной защиты Л1, если k_ч  1,5, и защита 1 может быть резервной для Л2, если k_ч  1,2 при КЗ в точке K3. Как уже упоминалось выше, селективность действия достигается выбором выдержек времени, причем ; называется ступенью селективности. Величина должна быть такой, чтобы при КЗ на Л2 защита 1 не успевала сработать.

МТЗ с блокировкой по минимальному напряжению. В сильно нагруженных линиях мало отличается от , что приводит к низкому значению k_ч. Для увеличения значения k_ч принимают МТЗ с блокировкой по минимальному напряжению. Для сложных защит в качестве входных параметров могут использоваться несколько воздействующих величин (см. рис. 5.2). Сигнал на выходе пускового органа появляется, если одновременно существуют сигналы на выходе пускового органа по току ( ) и пускового органа по напряжению ( ). Пусковые органы данной МТЗ фиксируют одновременное изменение двух параметров: резкое увеличение тока и резкое снижение напряжения, что характерно для режима КЗ. Применение пуска по напряжению позволяет улучшить отстройку защиты от токов максимальной нагрузки.

В режимах перегрузки ток увеличивается, а напряжение практически не изменяется, а при КЗ происходит резкое увеличение тока и снижение напряжения, поэтому используют в качестве пусковых органов реле, срабатывающие при увеличении тока, и реле минимального напряжения, срабатывающие при значительном снижении напряжения. В данном случае можно определять по току нормального рабочего режима без учета перегрузки:

. (5.20)

Напряжение срабатывания выбирается по условию недействия при допустимых посадках напряжения:

; (5.21)

. (5.22)

Также необходима проверка по условию обеспечения самозапуска асинхронных двигателей, которые тормозились при снижении напряжения, происходящего при внешнем КЗ. Рекомендуется принимать .

Из двух значений необходимо принять .

Схема МТЗ с блокировкой по минимальному напряжению имеет два пусковых органа, контакты которых включены последовательно (рис. 5.9).

На рисунке 5.10 приведены способы выполнения пусковых органов напряжения.

В схеме на рис. 5.10, а пусковой орган минимального напряжения выполнен с помощью трех реле минимального напряжения, включенных на линейные напряжения, и реле напряжения нулевой последовательности реле KV4. Последнее работает при возникновении КЗ на землю.

Наиболее часто используется комбинированный пуск по напряжению. Схема его приведена на рис. 5.10, б, где ZV - фильтр напряжений обратной последовательности.

Качество защиты оценивается по k_ч токового и k_ч напряженческого органов:

k_чт = ; (5.23)

k_чн = , (5.24)

где - напряжение в месте установки защиты при трехфазном КЗ в конце защищаемой зоны. Защита пригодна к установке, если k_чт 1,5; k_чн 1,5.

Согласование выдержек времени проводится так же, как и для обычной МТЗ.