Токовые защиты — МТЗ и токовая отсечка

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.

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:

Источник

Типы реле для токовых отсечек

Принцип действия и область применения отсечки. Токовой отсечкой называется быстродействующая максимальная токовая защита с ограниченной зоной действия. В зону действия отсечки на понижающих трансформаторах входит часть обмотки и выводы со стороны ВН, где включены реле отсечки ТО (рис. 17). При КЗ за трансформатором (точка К1) отсечка не действует благодаря отстройке ее тока срабатывания от максимального значения тока при КЗ в этой точке. Поэтому отсечка не чувствует КЗ также на отходящих линиях НН (точка K ₂ ) и может выпол­няться без выдержки времени.

Быстродействие является главным достоинством отсечки, так как быстрое отключение уменьшает раз­меры повреждения трансформатора, обеспечивает продолжение нормальной работы электродвигателей и другой нагрузки, подключенных к тому же питаю­щему источнику (Т 2 , m 1 , M ₂ ), и, кроме того, позво­ляет иметь небольшую выдержку времени на последующей максимальной токовой защите питающего трансформатора 110/10 кВ или питающей линии 10 кВ (МТЗ на рис. 17).

Рис. 17. Схема подстанции 10 кВ, поясняющая зоны несрабаты­вания (точки K 1 и K 2) и срабатывания ( K 3) токовой отсечки ТО на трансформатореТ1 .
При использовании совре­менных электронных реле времени допускается уста­навливать выдержку времени на последующей мак­симальной токовой защите от 0,3 до 0,4 с. Недостат­ком токовой отсечки является ограниченная зона действия, в связи с чем отсечка устанавливается как дополнение к максимальной токовой защите транс­форматора (§ 8). При выполнении дифференциальной защиты трансформатора (§ 11) отсечка не устанав­ливается.

Схемы выполнения, типы реле и расчет тока сра­батывания. Правильная (селективная) работа токо­вой отсечки обеспечивается выбором тока срабатыва­ния по условию

где I к.мах.вн — максимальное значение тока трехфаз­ного КЗ за трансформатором, т. е. вне зоны дей­ствия отсечки, приведенного к стороне ВН, где уста­новлена отсечка, А; k н — коэффициент надежности, значения которого зависят от типа применяемых то­ковых реле: 1,3 — 1,4 — для реле типа РТ-40 и при­мерно 1,6 — для реле РТ-80 (ИТ-80) и РТМ.

Ток I к.мах.вн. определяется в точке K 1 (рис. 17) при максимальном режиме питающей энергосистемы, когда ее сопротивление имеет минимально возможное значение (§ 3). При выборе тока срабатывания от­сечки по выражению (21) обеспечивается также ее несрабатывание (отстройка) при бросках тока на­магничивания, возникающих при включениях транс­форматора под напряжением со стороны 10 кВ.

Ток срабатывания токовых реле отсечки (уставка) определяется по выражению, общему для всех вто­ричных токовых реле, т. е. реле, включенных через трансформаторы тока:

где I с. о — первичный ток срабатывания отсечки, вы­бранный по условию (21); п_т. _т — коэффициент транс­формации трансформаторов тока ТТ на стороне ВН трансформатора; k сх — коэффициент схемы при сим­метричном режиме, показывающий, во сколько раз ток в реле защиты (отсечки) больше, чем вторичный ток трансформаторов тока

Рис. 18. Схемы включения максимальных реле тока токовой от­сечки трансформаторов

Для схемы соединения трансформаторов тока в неполную звезду к_сх = 1 для всех видов КЗ (рис. 18, а). Для схемы соединения трансформаторов тока на разность токов двух фаз (рис. 18,6) при симметричном нагрузочном режиме и при трехфазном КЗ k сх = √ з , но для двухфазных КЗ А — В и В —С значение k _сх = 1. Из сравнения этих схем видно, что при одинаковых значениях I _с . ₀ и п_т. _т ток срабатыва­ния (уставка) токовых реле в схеме рис. 18,6 по ус­ловию (22) получится в 1,73 раза большим, чем для схемы рис. 18, а. Это имеет большое значение при оценке чувствительности, которая осуществляется с помощью так называемого коэффициента чувстви­тельности:

где I р. min — минимальное значение тока в реле при металлическом двухфазном КЗ на выводах ВН защи­щаемого трансформатора (точка K на рис. 18), А; I с.р. — ток срабатывания реле (уставка), вычислен­ный по условию (22).

Значение k ч. по «Правилам» [1] должно быть равно примерно 2.

Для схемы на рис. 18, а при всех вариантах двухфазного КЗ и для схемы на рис. 18,6 при КЗ между фазами А и В, В и С k _сх = 1 и, следовательно,

где I к. min . — минимальное значение первичного тока при трехфазном КЗ на выводах ВН защищаемого трансформатора, вычисленное при наибольшем со­противлении питающей системы.

Но несмотря на то, что значения токов в реле от­сечки при этих видах КЗ для схем на рис. 18, а и б одинаковы, коэффициент чувствительности суще­ственно, в 1,73 раза, выше для схемы 18, а, так как при прочих равных условиях ток срабатывания реле этой схемы в 1,73 меньше, чем у реле схемы 18,6.

Например, I _со =1000А; I k . min . = 2500 А: п_тт = = 100/5 = 20. По выражению (24) ток в реле при двухфазных КЗ

Ток срабатывания реле (уставки) для схемы на рис. 18, а I c .р.. = 1000*1/20 = 50 А, а для схемы на рис. 18,6 — I с.р. = 1000*1,73/20 = 86,5 А, т. е. в 1,73 раза выше.

Коэффициент чувствительности, вычисленный по выражению (23), для схемы на рис. 18, а к_ч = 108/50 = 2,16, а для схемы на рис. 18,6 — k ч = 108/86,5=1,25, т. е. в 1,73 раза меньше и, кроме того, значительно ниже, чем требуют «Правила» [1]. Поэтому схема включения реле на разность то­ков двух фаз (рис. 18,6) для защиты трансформато­ров не применяется.

Для стандартной схемы соединения трансформа­торов тока (неполная звезда — рис. 18, а) с учетом того, что значения коэффициента схемы при всех ви­дах КЗ равны 1, можно вычислить коэффициент чув­ствительности по первичным токам:

Однако это выражение справедливо лишь в тех случаях, когда расчетная проверка трансформаторов тока показывает, что их полная (и токовая) погреш­ность при токе КЗ, несколько превышающем первич­ный ток срабатывания отсечки, не более 10%. Если же токовая погрешность оказывается более 10%, что вынужденно допускается, например, при использова­нии реле прямого действия (РТМ, РТВ), то проверку чувствительности отсечки следует производить по выражению (23), для которого вторичный ток I р. min . должен вычисляться по выражению, аналогичному (24), но с учетом действительного расчетного значе­ния токовой погрешности. В рассмотренном выше примере, при токовой погрешности трансформаторов тока, например, равной 30%, коэффициент чувстви­тельности уменьшится до 1,5, а при 50 %-ной по­грешности токовая отсечка может и не сработать (см. § 8).

Для защиты трансформаторов б кВ со схемой со­единения обмоток ∆/ Y , установленных для питания электродвигателей собственных нужд электростанций, предлагалась схема защиты с тремя трансформато­рами тока, соединенными в треугольник (рис. 18, в). В сельских и городских электросетях, да и на элек­тростанциях, такая схема не нашла применения из-за необходимости установки третьего трансформатора тока и третьего реле, что делает ее дороже, чем схе­ма на рис. 18, а. Однако в учебных целях разберем особенности этой схемы (рис. 18,в).

Каждое из трех реле 1-3 включено на разность токов двух соответствующих трансформаторов тока. Следовательно, при симметричном режиме ток в каж­дом реле в 1,73 раза больше вторичного тока транс­форматоров тока. Поэтому для схемы соединения трансформаторов тока в треугольник коэффициент схемы k сх. = 1,73 и, следовательно, ток срабатывания реле (уставка), вычисленный по выражению (22), будет в 1,73 раза больше, чем при прочих равных условиях для реле схемы на рис. 18, а. Однако при установке трех токовых реле при любом из вариан­тов двухфазного КЗ в одном из реле пройдет удвоен­ный ток двухфазного КЗ: 2 I k . И коэффициент чув­ствительности окажется даже больше, чем для схемы на рис. 18, а, в 2/1,73= 1,15 раза. Но если устано­вить только два реле, исключив, например, реле 2 на рис. 18,0, коэффициент чувствительности снизится в 2 раза из-за того, что при одном из вариантов двух­фазного КЗ (В и С в данном случае) удвоенный ток пройдет по той цепи, в которой нет реле, а в двух других реле пройдет лишь однократный ток двухфаз­ного КЗ. Таким образом, двух релейная схема в этом случае окажется значительно менее чувствительной, чем схема на рис. 18,а, которая и принята за стан­дартную.

Источник

Расчет зоны действия ТО, принцип действия

Токовая отсечка – это разновидность максимальной токовой защиты с ограниченной зоной действия, предназначенная для быстрого отключения короткого замыкания. Отсечки бывают мгновенные и с малой выдержкой времени до 0,6 секунд. Отличие отсечки от мтз в отсутствии у токовой отсечки реле времени.

Селективность действия токовой отсечки достигается ограничением ее зоны действия. Эта защита отстраивается от тока КЗ в конце защищаемой линии или места, до которого она должна действовать. Ниже рассмотрим принцип действия различных токовых отсечек и их расчет.

Мгновенная токовая отсечка на линии с односторонним питанием

Зона действия токовой отсечки определяется графически. На рисунке наша защищаемая линия между точками АВ. Сначала строится кривая зависимость значения тока короткого замыкания от расстояния до точки КЗ. Точка КЗ в нашем примере – это конец линии, точка А.

Затем строится прямая параллельная оси расстояния равная току срабатывания отсечки. Область пересечения прямой и кривой представляет собой зону действия защиты. В нашем примере зона действия защиты – это отрезок ВБ.

Также зону действия токовой отсечки можно определить по выражению:

• x_Л – сопротивление линии, для которой выбираем защиту
• E_C – эквивалентная ЭДС генераторов системы
• x_C – сопротивление системы

Ток срабатывания защиты определяется по выражению ниже:

• k_Н – коэффициент надежности
• I_K.MAX – максимальный ток короткого замыкания в конце линии

Коэффициент надежности учитывает погрешности при расчете тока кз и погрешность срабатывания реле.

Коэффициент чувствительности отсечки рассчитывается по выражению:

где в числителе максимальный ток КЗ в начале защищаемой линии, в примере это точка В, а в знаменателе ток срабатывания защиты.

Мгновенная токовая отсечка на линии с двусторонним питанием

Рассмотрим схему линии с двусторонним питанием. По обоим концам расположены генераторы. Вначале необходимо определить максимальные токи короткого замыкания в конце линии с обеих сторон. Тот из токов, величина которого будет больше, и будет принят за максимальный ток короткого замыкания.

На линиях с двусторонним питанием ставится два комплекта отсечек с обеих сторон линии. Зоны действия определяются аналогично, как и для линии с односторонним питанием.

На рисунке у нас одна отсечка защищает при кз в точке А, вторая при кз в точке В. Зона действия первой – ВБ, второй – АГ. Максимальный ток кз в нашем случае больше Ik(A). Его и принимаем за расчетный для обеих отсечек.

Ток срабатывания защиты выбирается по большему из двух выражений:

Второе выражение используют при расчетах на линиях с двусторонним питанием. При наличии двух источников питания (генераторов), между ними проходят токи качания.

Максимальный ток качания определяется как сумма ЭДС генераторов деленная на сопротивление цепи между двумя генераторами, включая сопротивления генераторов (сверхпереходные x”d).

Мгновенные токовые отсечки являются самыми простыми защитами. К их плюсам можно отнести быстродействие и простоту схемы. К недостаткам относится область действия, так как она не распространяется на всю линию. Кроме линий, токовые отсечки применяются на трансформаторах. Стоит упомянуть и токовые отсечки, с выдержкой времени. А если соединить отсечку с выдержкой времени, мгновенную и максимальную токовую защиту, то получится трехступенчатая защита, которая может заменить более сложные защиты.

Токовая отсечка трансформатора

Токовая отсечка трансформатора является самой простой защитой трансформатора, которая защищает его от однофазных и междуфазных коротких замыканий. Принцип действия аналогичен принципу действия токовой отсечки линии.

Отсечка не будет срабатывать при повреждениях, сопровождаемых малыми токами, например, витковые замыкания, замыкания на землю в обмотке. Устанавливается токовая отсечка на трансформаторах мощностью менее 6300кВА. Если на трансформаторе установлена дифференциальная защита, то токовая отсечка не требуется.

Перейдем к расчету параметров защиты. Начнем с тока срабатывания защиты.

Ток срабатывания токовой отсечки отстраивается от броска тока намагничивания и от максимального тока короткого замыкания за трансформатором. Бросок тока намагничивания, который появляется при пуске трансформатора, составляет 3-5 от номинального.

• k_Н – коэффициент надежности, зависит от типа реле
• I_K.MAX – максимальный ток короткого замыкания за трансформатором
• I_НАМ – ток намагничивания трансформатора, равный 3-5 от номинального тока трансформатора

Ток срабатывания реле (уставка) определяется по выражению ниже:

• k_СХ – коэффициент схемы
• I_С.З. – ток срабатывания защиты
• n_ТТ – коэффициент трансформации ТТ

Коэффициент чувствительности токовой отсечки трансформатора

К преимуществам отсечки относится её быстродействие. Мгновенное отключение позволяет уменьшить возможные повреждения трансформатора и оборудования, запитанного от трансформатора.

К недостаткам можно отнести то, что зона действия отсечки ограничена. Поэтому отсечка вместе с газовой защитой трансформатора и максимальной токовой защитой составляют защиту трансформаторов малой мощности.

2020 Помегерим! — электрика и электроэнергетика

Источник