Максимальная токовая защита
При возникновении короткого замыкания в электрической системе в большинстве случаев возрастает ток до величины, значительно превосходящей максимальный рабочий ток. Защита, реагирующая на это возрастание, называется токовой. Токовые защиты являются наиболее простыми и дешевыми. Поэтому они широко применяются в сетях до 35 кВ включительно.
Комплекты токовых защит устанавливаются со стороны питания линии для отключения выключателей 1, 2, 3. При повреждении на одном из участков сети ток повреждения проходит через все реле. Если ток короткого замыкания больше тока срабатывания защит, эти защиты придут в действие. Однако, по условию селективности, сработать и отключить выключатель должна только одна максимальная токовая защита – ближайшая к месту повреждения.
Такое действие защиты может быть достигнуто двумя способами. Первый основан на том, что ток повреждения уменьшается при удалении от места повреждения.
Выбирается ток срабатывания защиты больше максимального значения тока на данном участке при повреждении на следующем, более удаленным от источника питания. Второй способ – создание у защит выдержек времени срабатывания тем больших, чем ближе защита расположена к источнику питания.
Значения токов срабатывания и возврата должны быть близки. Вводится коэффициент возврата:
С учетом коэффициента возврата ток срабатывания определяется следующим образом:
У «идеальных» реле коэффициент возврата равен 1. Реальные реле защиты имеют коэффициент возврата меньший 1 за счет трения в подвижных частях и др. Чем выше коэффициент возврата, тем меньший ток срабатывания можно выбрать при данной нагрузке, следовательно, тем чувствительнее максимальная токовая защита.
Выдержки времени защит выбираются таким образом, чтобы каждая последующая по направлению к источнику питания защита имела время срабатывания большее, чем максимальная выдержка времени предыдущей на величину ступени селективности.
Ступень селективности зависит от погрешностей измерительных органов защит и разброса времени срабатывания выключателей.
Существуют несколько типов характеристик срабатывания токовых защит – независимые и зависимые. Зависимые характеристики срабатывания удобно согласовывать с защитными характеристиками предохранителей и характеристиками нагрева защищаемых присоединений, например электродвигателей. Наиболее часто используются зависимые характеристики по стандарту МЭК:
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Что такое максимальная токовая защита и какое у нее назначение
Важной частью электрических схем является обеспечение надежного отключения питания при ненормальных режимах работы или при перегрузке. К таким системам относятся релейные защиты (РЗиА). В них входит спектр разнообразных схем, которые реагируют на различные отклонения от нормальных условий, например, междуфазные или замыкания на землю, повышенное потребление мощности и пр. В этой статье будет рассмотрен один из методов защиты от перегрузки линии электропередач. Узнайте, что такое максимальная токовая защита, для чего она нужна и чем отличается от токовой отсечки.
Устройство и принцип действия
Принцип работы заключается в срабатывании датчика (реле) тока при превышении Iуставки на защищаемом участки линии, после чего для обеспечения селективности с определенной задержкой срабатывает реле времени.
Где она применяется? Максимальную токовую защиту устанавливают в начале линии, то есть со стороны генератора или трансформатора питающей подстанции.
Важно! Зона действия МТЗ лежит в пределах между источником питания (ТП или генератором) и потребителем (ТП или другим ВВ оборудованием). При этом она устанавливается со стороны источника, а не потребителя. Но зоны действия ступеней могут пересекаться друг с другом. Например, 1 ступень часто перекрывает зону действия второй ступени вблизи от разъединителя, где Iкз почти равны с предыдущим участком линии.
Выдержка времени срабатывания защиты подбирается так, что первая ступень (на питающей ТП) срабатывает через самый большой промежуток времени, а каждая последующая быстрее предыдущей.
Интересно: разница выдержки времени срабатывания на ближайшей к источнику питания от следующей после нее МТЗ называется ступенью селективности.
Обеспечение селективности важно для бесперебойной подачи электропитания по как можно большему количеству электрических линий. С её помощью отключаемая часть уменьшается и локализуется на участке между коммутационными аппаратами как можно ближайшими к поврежденному участку.
При этом, при возникновении кратковременных самоустраняемых перегрузок, связанных с пуском мощных электродвигателей, выдержка времени и отключение по минимальному напряжению должны обеспечить подачу электроэнергии в сеть без её отключения. При КЗ, напряжения резко уменьшаются, а при пуске двигателей такой просадки обычно не происходит.
Выбор уставок по току происходит по наименьшему Iкз из всей цепи, учитывая особенности работы подключенного оборудования. Это нужно опять же для того, чтобы максимальная токовая защита не сработала при самозапуске электродвигателей.
Перегрузка может возникнуть по трем причинам:
Итак, максимальная токовая защита необходима для предотвращения разрушения линий электропередач, жил кабелей и шин на подстанциях и потребителях электроэнергии, таких как мощные электродвигатели 6 или 10 кВ и прочие электроустановки.
Отличия от токовой отсечки
Защита линий от коротких замыканий также осуществляется с помощью токовой отсечки. Принцип её работы аналогичен — отключение электричества при перегрузке линии. Основным отличием является то, что селективность максимальной токовой защиты обеспечивается задержкой времени, а токовая отсечка отключает напряжение почти мгновенно при возникновении КЗ. При этом время срабатывания и селективность отсечки определяется номиналами и уставками защитных аппаратов и их время-токовыми характеристиками.
Более подробно вопрос рассмотрен на видео:
Виды МТЗ и схемы
К основным видам максимальной токовой защиты относят:
По роду тока в оперативных цепях выделяют МТЗ:
По количеству реле различают максимальные токовые защиты на базе:
Современные защиты часто уходят от применения релейных схем из-за особенностей их надежности. Поэтому используются МТЗ на операционных усилителях, микропроцессоре и другой полупроводниковой технике.
Современные решения позволяют более точно выставлять уставки по току и время-токовые характеристики защит.
Заключение
Мы кратко рассмотрели назначение, область применения и принцип действия максимальной токовой защиты (МТЗ) и её разницу с токовой отсечкой. У каждой схемы есть свои достоинства и недостатки. Например, достоинством МТЗ является то, что она не отключает напряжения при повторных пусках двигателей после исчезновения питания, но её выдержка времени может быть губительна для воздушной линии или линии другого типа. При этом последнее может компенсироваться либо токовой отсечкой, либо вариантом МТЗ с зависимой выдержкой времени. В любом случае бесперебойность работы электрической сети обеспечивается совокупностью систем РЗиА среди которых:
Некоторые из них мы уже рассматривали в статьях ранее.
Теперь вы знаете, что такое максимальная токовая защита, как она устроена и работает. Надеемся, предоставленные схемы и описание помогли вам разобраться в данном вопросе!
Все потребители электроэнергии подключаются к генераторному концу силовым выключателем. Когда нагрузка соответствует номинальной величине или меньше ее, то причины для отключения отсутствуют, а токовые защиты сканируют схему в постоянном режиме.
Выключатель может отключаться от токовых защит, когда:
1. величина нагрузки в результате возникновения короткого замыкания резко превысила номинальное значение и создались токи КЗ, способные сжечь оборудование. Отключение такой аварии необходимо выполнять максимально быстро;
2. за счет подключения дополнительных потребителей (либо по другим причинам) в схеме возникла перегрузка — ток незначительно превысил уставку. В результате происходит постепенный нагрев оборудования и токоведущих частей, когда нарушается баланс между отводом тепла в атмосферу и тепловым действием тока. В этом случае целесообразно отключать выключатель через небольшой интервал времени, создающий задержку в питаниия схемы, в течение которой излишние нагрузки могут самоустраниться;
3. направление тока через силовой выключатель резко изменилось на противоположное — сдвинулась фаза тока.
Под эти три случая аварийных ситуаций созданы следующий виды токовых защит:
Для работы токовых защит создаются измерительные комплексы, состоящие из:
измерительных трансформаторов тока (ТТ), преобразующих первичный ток во вторичное значение с заданным классом метрологической погрешности;
реле тока, настраиваемые на уставку срабатывания;
схема коммутации, передающая вторичный ток от ТТ к реле с минимально допустимыми потерями.
Токовая отсечка (ТО)
Ее назначение: максимально быстрая ликвидация коротких замыканий, возникающих в начале (минимум порядка 20% протяженности) рабочей зоны, хотя она в отдельных случаях может применяться и для всей линии полностью.
В комплект токовой отсечки входят:
измерительный орган из реле тока, выставленного на срабатывание минимально возможной нагрузки при возникновении металлического замыкания в конце защищаемой зоны (или чувствительности);
промежуточное реле, на обмотку которого подается напряжение от сработавшего контакта измерительного органа. Выходной контакт промежуточного органа воздействует непосредственно на соленоид отключения силового выключателя, отключает его.
Как правило, этих двух реле бывает достаточно. В качестве исключения в состав токовой отсечки может быть введено реле времени, которое включается в логическую схему между измерительным и исполнительным органами для создания временно́й задержки срабатывания нескольких защит в целях их селективности.
Для обеспечения контроля действия цепей управления и отключения в схему вводятся цепи сигнализации на основе указательных блинкеров Кн, которые помогают оперативному персоналу анализировать состояние схемы и работу защит.
Технической характеристикой токовой отсечки является коэффициент чувствительности, определяющий отношение токов трёхфазного КЗ в начале линии к фактическому срабатыванию отсечки. Для токовой отсечки он выбирается ≥1,2.
Токовая максимальная защита (МТЗ)
Назначение: защита объектов от токов, превышающих номинальные величины с учетом коэффициентов:
надежности срабатывания и возврата реле;
Такая отстройка создается для устранения возможностей ложных срабатываний при номинальном режиме.
В комплект МТЗ входят те же компоненты, что и в токовую отсечку, но они обязательно дополняются реле времени, создающим задержку на срабатывание выключателя в целях обеспечения ступеней селективности.
Технической характеристикой МТЗ является коэффициент чувствительности, определяющий отношение токов междуфазного КЗ в конце линии к фактическому срабатыванию максимальной защиты. Для МТЗ он выбирается ≥1,5 для дальнего резервирования и ≥1,2 — внутри собственной зоны.
К токовым защитам в РЗиА также относится дифференциальная защита.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Максимальная токовая защита трансформаторов
Силовые трансформаторы конструктивно достаточно надежны, благодаря отсутствию вращающихся частей. Однако в процессе эксплуатации возможны и случаются повреждения и нарушения нормальных режимов работы. Повреждения силовых трансформаторов: витковые замыкания, замыкания на корпус, короткие замыкания обмоток, короткие замыкания на вводах и т. д., ненормальные режимы: недопустимые перегрузки, понижение уровня масла, разложение его при перегреве, прохождение токов внешних КЗ.
Силовые трансформаторы относительно малой мощности обычно защищают предохранителями со стороны высшего напряжения и предохранителями или автоматами со стороны отходящих линий низшего напряжения. Ток плавкой вставки высоковольтного предохранителя выбирается с учетом отстройки от бросков тока намагничивания при включении силового трансформатора под рабочее напряжение. С учетом этого номинальный ток предохранителя
Соответствие высоковольтных предохранителей мощности защищаемых ими силовых трансформаторов напряжением 6 — 10 кВ дано в справочниках. Защита предохранителями конструктивно осуществляется наиболее просто, но имеет недостатки — нестабильность параметров защиты, что может привести к недопустимому увеличению времени срабатывания защиты при некоторых видах внутренних повреждений силовых трансформаторов. При защите предохранителями возникают сложности согласования защит смежных участков сети. Более совершенна релейная максимально-токовая защита трансформаторов (рис.1).
Рис.1. Схема максимально-токовой защиты от перегрузки понижающего двухобмоточного трансформатора с односторонним питанием
Трансформаторы тока ТТ поставлены со стороны высшего напряжения (источника питания). Если бы они были установлены со стороны низшего напряжения (как показано на схеме пунктиром), то защита действовала бы только при повреждениях на шинах 6,6 кВ и присоединенных к ним нагрузкам, так как в этом случае через трансформаторы тока не будут протекать токи короткого замыкания.
При повреждении любой из трех фаз трансформатора ток короткого замыкания пройдет через соответствующий трансформатор тока, замкнет контакты рабочего реле Т, что вызовет срабатывание реле времени В, а через него — промежуточного реле П, оперативный ток приведет в действие катушку отключения КО-1, которая отключит выключатель В1, обесточив защищаемый трансформатор.
Рис. 2. Схема максимально-токовой защиты трансформатора
Ток срабатывания защиты, установленной со стороны низшего напряжения, выбирается по нагрузке своей схемы с учетом пусковых токов двигателей, обслуживаемых этой частью схемы. Выдержка времени выбирается по условиям селективности с защитой элементов, присоединенных к данной части схемы. Ток срабатывания защиты, устанавливаемой со стороны высшего напряжения, определяется по суммарной нагрузке обеих секций с учетом пусковых токов электродвигателей, а выдержка — на ступень выше выдержки со стороны низшего напряжения.
Обычно силовые трансформаторы допускают значительные перегрузки. Так, трансформатор нормального исполнения допускает двухкратную перегрузку в течение 10 мин. Этого времени вполне достаточно для того, чтобы дежурный персонал разгрузил трансформатор. Поэтому на трансформаторах мощностью 560 кВА и выше устанавливается защита от перегрузки. На подстанциях с постоянным дежурным персоналом защита действует на сигнал, а на подстанциях без постоянного дежурного персонала защита производит отключение перегруженного трансформатора или части его нагрузки.
Рис. 3. Диаграмма токовой защиты
Ток срабатывания отсечки выбирается таким образом, чтобы она не сработала при повреждениях на соседней линии. Для этого ток срабатывания должен быть больше максимального тока короткого замыкания на шинах низшего напряжения.
Зона действия определяется графически, как показано на рис.3. Вычисляются токи, проходящие при коротких замыканиях в начале (точка 1) и в конце линии (точка 5), а также в точках 2 — 4. Строится кривая изменения тока короткого замыкания в зависимости от удаленности от места питания (кривая 1). Определяется ток срабатывания отсечки, и на том же графике строится прямая тока срабатывания 2. Точка пересечения кривой 1 с прямой 2 определяет конец зоны действия отсечки (заштрихованная часть).
Токовая отсечка может защищать всю линию, на которую включен только один трансформатор, если ток срабатывания отсечки выбирается так, чтобы она не действовала при повреждении на линии низшего напряжения, отходящей от защищаемого трансформатора. Для этого в графике при подсчете следует учитывать максимальный ток короткого замыкания, наблюдаемый на шинах низшего напряжения. При этом токовая отсечка будет надежно защищать линию, шины и часть обмотки высшего напряжения трансформатора.
Схемы отсечек отличаются от схем максимально-токовых защит отсутствием реле времени, вместо которых устанавливаются промежуточные реле. Токовая отсечка защищает только часть линии, поэтому она применяется как дополнительная защита. Использование токовой отсечки дает возможность ускорить отключение повреждений, сопровождающихся наибольшими значениями токов КЗ, и снизить выдержки времени максимально-токовой защиты. При сочетании токовой отсечки с максимально-токовой защитой получается ступенчатая по времени токовая защита: первая ступень (отсечка) действует мгновенно, а последующие — с выдержкой времени.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Токовая защита линий
Максимальная токовая защита линий
Максимальная токовая защита (МТЗ) линий широко распространена в радиальных сетях с одним источником питания и устанавливается на каждой линии.
Условия выбора таковы:
а) Ток срабатывания Iсз > Iр макс i,
б) время срабатывания tсз i = tсз (i-1) макс + Δt,
Выбор времени срабатывания максимальной токовой защиты с независимыми (а) и зависимыми (б) характеристиками показан на рис. 1 для радиальной сети.
Рис. 1. Выбор времени срабатывания максимальной токовой защиты с независимыми (а) и зависимыми (б) характеристиками.
Ток срабатывания максимальной токовой защиты выражается формулой:
Рис. 2. Структурная схема включения реле косвенного действия.
Для реле косвенного действия характерно включение собственно реле через трансформатор тока и схему с коэффициентами передачи Кт и Ксх, как показано на рис. 2. Поэтому ток в защищаемой линии Iсз связан с током срабатывания реле Iср формулой: IСР =KсхICЗ/Kт.
Коэффициент чувствительности защиты характеризуется отношением тока в реле при режиме КЗ с минимальным током (I рк.мин ) к току срабатывания реле (Iср): Kч = IРК.МИН / IСР > 1.
а) селективность МТЗ обеспечивается только в радиальной сети с одним источником питания,
б) защита не быстродействующая, причем наибольшая выдержка на головных участках, где быстрое отключение короткого замыкания особенно важно,
в) защита проста и надежна, реализуется на реле тока серии РТ-40 и реле времени, и реле РТ-80 соответственно для независимой и зависимой от тока характеристики срабатывания,
г) используется в радиальных сетях
Токовая отсечка линий
Токовая отсечка является быстродействующей защитой. Селективность обеспечивается выбором тока срабатывания, больше максимального тока короткого замыкания при коротком замыкании в точках сети незащищаемой зоны.
Поэтому токовая отсечка защищает часть линии, как показано на рис. 3 для случая трехфазного КЗ
Рис. 3. Защита части линии с помощью токовой отсечки.
Однако для тупиковой подстанции возможно целиком защитить линию до ввода в трансформатор, отстроив защиту от тока КЗ на низкой стороне, как показано на рис. 4 для случая короткого замыкания в Т.2.
Рис 4. Схема защиты тупиковой подстанции.
а) селективность токовой отсечки обеспечивается выбором тока срабатывания большим максимального тока внешнего КЗ и имеет место в сетях любой конфигурации с любым числом источников питания,
б) защита быстродействующая, надежно работающая на головных участках, где быстрое отключение необходимо,
в) в основном защищает часть линии, имеет зону защиты, и поэтому не может быть основной защитой.
Дифференциальная защита линии
Продольная дифференциальная защита реагирует на изменение разности токов или их фаз, сравнивая их величины с помощью измерительных органов, установленных в начале и в конце линии. Для продольной защиты сравнивающей токи, показанной на рис.5, ток срабатывания реле. Iср определяется выражением : Iср >=» i1в- i2в.
В случае внутреннего К3 (К2) ток реле становится: Iр=I1в+I2в
При одностороннем питании и внутреннем К3 (К2) I2в= 0 и ток реле: Iр=I1в
При внешнем К3 через реле проходит ток небаланса Iнб, вызванный неодинаковостью характеристик ТА:
где I’1нам, I’2нам токи намагничивания ТА, приведенные к первичным обмоткам.
Ток небаланса возрастает с увеличением первичного тока К3 и в переходных режимах.
Ток срабатывания реле должен отстраиваться от максимального значения тока небаланса: Iср >=» kотсiнб макс
Чувствительность защиты определяется как: Kч = Iк мин/KтIср
Даже для сравнительно коротких линий передач цеховых сетей промышленных предприятий, ТА оказываются расположенными далеко друг от друга. Поскольку защита должна отключать оба выключателя Q1 и Q2, устанавливаются два ТА на концах линии, что приводит к увеличению тока небаланса и уменьшению тока в реле при К3 на линии, т.к. ток вторичных обмоток распределяется на 2 ТА.
Для повышения чувствительности и отстроенности дифференциальной защиты применяются специальные дифференциальные реле с торможением, включение реле через промежуточные насыщающиеся ТА (НТТ) и автоматическое загрубление защиты.
При внешнем К3 (К1) в реле имеется ток небаланса: Iр = Iнб.
Ток срабатывания реле определяется аналогично продольной защите.
При К3 (К2) защита срабатывает, однако если К2 смещена к концу линии, вследствие того, что разность токов убывает, защита не срабатывает. К тому же поперечная защита не выявляет поврежденный кабель, а, значит, не может быть основной защитой параллельных линий.
Введение в схему органа направления мощности двухстороннего действия устраняет этот недостаток. При К3 на одной из линий реле направления мощности позволяют осуществить воздействие на выключатель поврежденной линии.
Продольная и поперечная дифференциальная защита широко применяются в системах электроснабжения для защиты трансформаторов, генераторов, кабельных параллельных линий в сочетании с максимальной токовой защитой.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
