Максимальная токовая защита линий
Максимальная токовая защита (МТЗ) линий широко распространена в радиальных сетях с одним источником питания и устанавливается на каждой линии.
Селективность достигается выбором параметров Iср и tсз - токи срабатывания защиты и времени срабатывания защиты.
Условия выбора таковы:
а) Ток срабатывания Iсз > Iр макс i,
где: Iр макс i - максимальный рабочий ток линии.
б) время срабатывания tсз i = tсз (i-1) макс + Δt,
где: tсз(i-1) макс - максимальное время срабатывания защиты предыдущей линии, Δt – ступень селективности.
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:
IСЗ =KотсКз'Iр макс /Kв,
где: Котс – коэффициент отстройки, Кз' – коэффициент самозапуска, Кв – коэффициент возврата. Для реле прямого действия: Котс = 1,5 -1,8 , Кв = 0,65 - 0,7.
Для реле косвенного действия: Котс =1,2 - 1,3, Кв = 0,8 - 0,85.
Коэффициент самозапуска : Кз= 1,5 - 6.
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.
IСР = KотсKзKскIр макс/KвKт.
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.
МТЗ считается чувствительной, если Кч при КЗ на защищаемой линии не менее 1,5-2, а при коротком замыкании (КЗ) на предыдущем участке, где эта защита работает как резервная, не менее 1,2. Это значит, что Р3 должно иметь Кч = 1,5 -2, при КЗ в Т.3, и Кч=1,2 при КЗ в Т.2. (рис. 1).
Выводы:
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 < 35кВ.
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.
Iсз = Kотс• Iк вн макс,
где: Котс – коэффициент отстройки (1,2 - 1,3), Iк вн. макс – максимальный ток КЗ при КЗ вне 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.
Ток срабатывания реле отсечки: IСР = KсхIС.З./Kт
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.
Выводы:
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
Рис. 5. Схема продольной дифференциальной защиты линии.
В нормальном режиме линии или режиме внешнего К3(К1), в первичных обмотках трансформаторов тока текут и в том, и в другом случае одинаковые токи, и в реле разность токов: Iр = 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:
Iр = Iнб = I1в - I2в= I'2нам - I'1нам,
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: IсрЧувствительность 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.
Поперечная защита основана на сравнении токов одноименных фаз одного конца параллельных линий. Для поперечной защиты параллельных линий, показанной на рис. 6, ток реле Iр = I1в- I2в.
Рис. 6. Схема поперечной защиты параллельных линий
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.