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.
В момент времени t1 происходит короткое замыкание. В момент времени t2 срабатывает максимальная токовая защита (МТЗ) и отключает выключатель. Двигатели при коротком замыкании в результате снижения напряжения затормозились и ток их при восстановлении напряжения увеличился. Поэтому вводится коэффициент kз – коэффициент самозапуска двигателей. Также вводится коэффициент надежности kн для учета различного рода погрешностей – трансформаторов тока и др. После отключения внешнего короткого замыкания максимальная токовая защита должна вернуться в исходное состояние. Ток возврата определяется по следующему выражению:
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:
где A,n – коэффициенты, k – кратность тока k = Iраб/Icp.