Токовые защиты

⇐ ПредыдущаяСтр 40 из 47Следующая ⇒

Принцип действия токовых защит.

Токовые релейные защиты подразделяются на два вида:

максимальная токовая защита -(МТЗ)

токовая отсечка.

Главное различие между ними заключается в обеспечении селективности.

Селективность действия максимальных токовых защит достигается с помощью выдержки времени,

селективность токовых отсечек обеспечивается соответствующим выбором тока срабатывания.

3.10.2012

Достоинства МТЗ:

Возможность осуществления резерва защит, последующего участка линии.
Гибкость выбора реле, так как имеется возможность изменения выдержки времени.

Недостатки МТЗ:

Из-за выдержки времени происходит рост тока короткого замыкания ближе к источнику питания.
Невозможность осуществления дальнего резервирования защит.
Высокая стоимость к токовой отсечки –отсекает сразу без выдержки времени (по току).

Структурная схема МТЗ, с выдержкой времени:

G-генератор источника питания

Q1-Q4- высоковольтные выключатели

t1-t4- выдержки времени

I-II-III-IV-ступени защит

Достоинства токовой отсечки:

Дешевизна
Мгновение отключение тококороткого замыкания (без выдержки времени)
Возможность обеспечения ближнего резервирования защит.

Недостатки токовой отсечки:

Невозможно обеспечить защиту с относительной селективностью
Большое количество аппаратов релейной защиты по сравнению с МТЗ

Максимальная токовая защита

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТОКОВЫХ ЗАЩИТ Одним из признаков возникновения к. з. является увеличение тока в линии. Этот признак используется для выполнения защит, называемых токовыми. Токовые защиты приходят в действие при увеличении тока в фазах линии сверх определенного значения. В качестве реле, реагирующих на возрастание тока, служат максимальные токовые реле. Токовые защиты подразделяются на максимальные токовые защиты и токовые отсечки. Главное. различие между этими защитами заключается в способе обеспечения селективности. Селективность действия максимальных защит достигается с помощью выдержки времени. Селективность действия токовых отсечек обеспечивается соответствующим выбором тока срабатывания. ЗАЩИТА ЛИНИЙ С ПОМОЩЬЮ МАКСИМАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ Максимальные токовые защиты являются основным видом защит для сетей с односторонним питанием. В сетях более сложной конфигурации максимальная защита применяется как вспомогательная в отдельных случаях. В сетях с односторонним питанием максимальная защита должна устанавливаться в начале каждой линии со стороны источника пи-•тания (рис. 4-1, а). При таком расположении защит каждая линия имеет самостоятельную защиту, отключающую линию в случае повреждения на ней самой или на шинах питающейся от нее подстанции. При к. з. в какой-либо точке сети, например в точке Ki (рис. 4-1, а), ток к. з. проходит по всем участкам сети, расположенным между источником питания и местом повреждения, в результате чего приходят в действие все защиты (/, 2, 3, 4). Однако по условию селективности сработать на отключение должна только защита 4, установленная на поврежденной линии. Для обеспечения указанной селективности максимальные защиты выполняются с выдержками времени, нарастающими от потребителей к источнику питания, как это показано на рис. 4-1, б. При соблюдении этого принципа в случае к. з. в точке Ki раньше других сработает защита 4 и произведет отключение поврежденной линии. Защиты /, 2 и 3 вернутся в начальное положение, не успев подействовать на отключение. Соответственно при к. з. в точке /С2 быстрее всех сработает защита 3, а защиты / и 2, имеющие большее время, не подействуют. Рассмотренный принцип подбора выдержек времени называется ступенчаты м. В сетях с двусторонним питанием достигнуть селективного действия максимальной защиты только путем подбора выдержек времени, как правило, не удается; в этих сетях вместо максимальной токовой защиты применяют более сложные направленные защиты. СХЕМЫ ЗАЩИТЫ а) Разновидности схем максимальной защиты Максимальные защиты выполняются трехфазными и двухфазными, прямого и косвенного действия. По способу питания оперативных цепей максимальные защиты косвенного действия делятся на защиты с постоянным и переменным оперативным током. По характеру зависимости времени действия реле от тока максимальные защиты подразделяются на защиты с независимой и зависимой характеристиками. Максимальные защиты прямого действия и на переменном оперативном токе имеют существенные отличия в выполнении оперативных цепей, применяемой аппаратуре и в расчете параметров, поэтому они рассматриваются отдельно. б) Схемы трехфазной защиты на постоянном оперативном токе Защита с независимой выдержкой времени (рис. 4-2). В трехфазных защитах трансформаторы тока и обмотки токовых реле соединяются по схеме полной звезды б. Основными элементами схемы максимальной защиты (рис. 4-2) являются: токовые реле /, срабатывающие при появлении тока к. з. и выполняющие функции пускового органа защиты, и реле времени 2, создающее выдержку времени и выполняющее функции органа времени. Кроме основных, в схеме имеются и вспомогательные реле; к ним относятся промежуточное реле 3 и указательное реле 4. При возникновении к. з.срабатывают токовые реле тех фаз, по которым проходит ток к. з. Контакты всех токовых реле соединены параллельно, поэтому, при срабатывании любого токового реле замыкается цепь обмотки реле времени 2. Через заданный интервал времени контакты реле времени замыкаются, и приводят в действие промежуточное реле 3. Последнее срабатывает мгновенно и подает ток в катушку отключения выключателя 6 через блокировочный контакт 5 (см. § 1-8). Промежуточное реле 3 устанавливается в тех случаях, когда реле времени не может замыкать цепь катушки отключения из-за недостаточной мощности своих контактов. Указательное реле 4 включается последовательно с катушкой отключения. При появлении тока в этой цепи указательное реле срабатывает, его флажок выпадает, фиксируя, таким образом, действие максимальной защиты и появление тока в катушке отключения. Блокировочный контакт привода выключателя 5 служит для разрыва тока катушки отключения, так как контакты промежуточных реле не рассчитываются на размы-каниеч этой цепи. Блокировочный контакт должен размыкаться раньше, чем произойдет возврат промежуточного реле. Время действия рассмотренной защиты определяется выдержкой времени, установленной на реле времени, и не зависит от величины тока к. з., поэтому такая защита называется защитой с независимой выдержкой времени и имеет характеристику в виде прямой / на рис. 4-3. Защита с зависимой характеристикой. Наряду с независимой защитой применяется максимальная защита с зависимой и ограниченно зависимой характеристиками t-== f (!) (кривые 2 и Зна рис. 4-3). Оба вида зависимых защит выполняются при помощи токовых реле, работающих не мгновенно, а с вы- держкой времени, зависящей от величины тока. Примером такого реле является реле типа РТ-80. Схема зависимой защиты с реле типа РТ-80 изображена на рис. 4-4. В этой схеме отсутствует реле времени, а также промежуточное и указательное реле, так как реле типа РТ-80 имеет контакты достаточной мощности и сигнальный флажок, выпадающий при срабатывании реле. В отличие от защиты с независимой характеристикой (прямая 1 на рис. 4-3, а) защита с зависимой характеристикой (кривые 2 и 3) действует при токах /р = (1-т-2) /сз со значительно большей выдержкой времени, чем при к. з., что улучшает отстройку защиты от кратковременных перегрузок. Кроме того, защиты с зависимой характеристикой позволяют ускорить отключение при повреждении в начале линии (точка К\ на рис. 4-3, б), если ток при к. з. в К\ значительно больше, чем при к. з. в конце линии в точке /С2. Однако согласование выдержек времени независимых защит значительно проще поэтому зависимые защиты следует применять только в случаях явного преимущества. Трехфазные схемы максимальной защиты, приведенные на рис. 4-2 и 4-4, реагируют на все виды к. з., включая и однофазные, и поэтому их применяют в сети с глухо заземленной нейтралью, где возможны как междуфазные, так и однофазные к. з. В сети с изолированной нейтралью трехфазные схемы не рекомендуются к применению по следующим причинам: 1. Трехфазные схемы дороже двухфазных, так как для их выполнения требуется больше оборудования и соединительных проводов., 2. Трехфазные защиты в большем числе случаев, чем' двухфазные, работают неселективно при двойных замыканиях на землю. в) Схемы двухфазной защиты на постоянном оперативном токе В тех случаях, когда максимальная защита должна действовать только при междуфазных к. з., применяются двухфазные схемы с двумя или одним реле. Двухрелейная схема с независимой характеристикой (рис. 4-5, а). в). Элементы схемы и их назначение такие же, как в трехфазной схеме на рис. 4-2. Достоинством двухрелейной схемы является то, что она: 1) реагирует (так же как и трехфазная) на все междуфазные к. з. на линиях; 2) при замыканиях на землю в двух разных точках сети с изолированной нейтралью работает селективно в большем числе случаев, чем трехфазная схема (см. § 4-4); 3) экономичнее трехфазной схемы, так как для ее выполнения требуется меньше оборудования и проводов. К недостаткам двухфазной схемы нужно отнести ее меньшую чувствительность (по сравнению с трехфазной схемой) при двухфазных к. з. за трансформатором с соединением обмоток Л/Д- Как видно из рис. 3-17, а, при двухфазном к. з-. на стороне Д ток в одной фазе Та же самое получается и при соединении обмоток трансформатора А/л в случае двухфазного к. з. на стороне звезды. При трехфазной схеме одно из реле защиты питается большим в то время как при двухфазной схеме в одном из трех возможных случаев двухфазного к. з. (АВ, ВС, С А) трансформаторы тока защиты оказываются на фазах с меньшими токами к.з. Поэтому двухфазная защита при двухфазных к. з. за трансформаторами имеет в 2 раза меньшую чувствительность, чем трехфазная защита. При необходимости чувствительность двухфазной схемы можно повысить, установив третье токовое реле в общем проводе токовых цепей. Таким образом, с дополнительным реле двухфазная схема становится равноценной по чувствительности с трехфазной. Вследствие отмеченных выше положительных свойств двухфазные схемы широко применяются в сетях с изолированной нейтралью, где возможны только междуфазные к. з. Двухфазные схемы применяются в качестве защиты от междуфазных к. з. и в сетях с глухоза-земленной нейтралью, при этом для отключения однофазных к. з. устанавливается дополнительная защита, реагирующая на ток нулевой последовательности. Однорелейная схема (рис. 4-5, б). Защита состоит из тех же элементов, что и предыдущая схема. Токовое пусковое реле Т одно, оно включается на разность токов двух фаз /р = 1а — 1 в и реагирует на все случаи междуфазных к. з. (полной и неполной звезды) Преимуществом схемы является наименьшее число токовых реле и соединительных проводов, необходимых для ее выполнения (одно реле и два токовых провода). К недостаткам, ограничивающим применение схемы, нужно отнести: 1) меньшую чувствительность по сравнению с двухрелейной схемой при к. з. между фазами АВ и ВС. Этот недостаток имеет значение при малой кратности токов к. з., когда /к близко к току нагрузки; 2) недействие защиты при одном из трех возможных случаев к. з. за трансформатором с соединением обмоток; 3) при неисправности единственного токового реле или проводов, связывающих его с трансформаторами тока, защита откажет в действии при к. з. Двухрелейная схема (рис. 4-5, а) не имеет такого недостатка, так как при трехфазных к. з. и двухфазных между А и С в этой схеме работают два реле и поэтому обрыв одного провода не приведет к отказу защиты. Первый недостаток не позволяет применять однорелейные схемы в сети с малой кратностью токов к. з. Второй исключает применение схемы в сетях, где имеются трансформаторы с соединением обмоток А/А. Третий ограничивает применение однорелейной защиты в сетях, где отказ защиты может отразиться на электроснабжении большого участка сети. Однорелейная схема находит применение в распределительных сетях 6—10 кв и для защиты электродвигателей. В сетях 35 кв и выше из-за указанных недостатков однорелейная схема почти не применяется. Двухфазная защита с зависимой характеристикой. Токовые цепи этой защиты выполняются так же, как и у защиты с независимой характеристикой. Токовое реле имеет зависимую характеристику, в качестве него используется реле типа РТ-80. Схемы защит аналогичны схемам на рис. 4-5, а и б, за исключением того, что в них отсутствуют реле времени и указательное реле. Все сказанное о двухфазных схемах с независимой характеристикой относится и к схемам с зависимой характеристикой. ТОК СРАБАТЫВАНИЯ ЗАЩИТЫ Исходным для выбора тока срабатывания максимальной токовой защиты от к. з. является требование, чтобы она надежно работала при повреждениях, но в то же время не действовала при максимальных токах нагрузки и ее кратковременных толчках, вызываемых пуском и самозапуском двигателей, колебанием нагрузки потребителей и другими причинами. Излишняя чувствительность защиты из-за недостаточной отстройки ее от токов нагрузки может приводить к неправильным отключениям при неопасных перегрузках, что наносит ущерб потребителям. Слишком чувствительная защита сама становится источником аварий и перебоев в питании пощребителей. Из этого следует, что главная задача при выборе тока Срабатывания состоит в надежной отстройке защиты от токов нагрузки. Для этой цели необходимо выполнить два условия: 1) Токовые реле защиты не должны приходить в действие при максимальном рабочем токе нагрузки /р,макс, для чего ток срабатывания защиты1 /сз должен быть больше максимального рабочего тока нагрузки: 2) Токовые реле, сработавшие при внешнем к. з., должны надежно возвращаться в исходное положение после отключения к. з. и (Здесь и в дальнейшем под током срабатывания защиты подразумевается наименьший первичный ток в фазе линии, нербходимый для действия защиты.) снижения тока до максимального тока нагрузки. Так, например, при к. з. в точке К сети (рис. 4-8) срабатывают токовые реле защит 1 и 2. После отключения повреждения защитой 2 прохождение тока к. з. прекращается и пришедшие в действие токовые реле защиты / должны возвратиться в начальное положение, так как иначе произойдет неправильное отключение неповрежденной линии. Поэтому ток возврата реле должен быть больше тока нагрузки линии, проходящего через защиту / после отключения к. з. Этот ток в первый момент времени после отключения к. з. имеет повышенное значение из-за пусковых токов электродвигателей. Асинхронные электродвигатели, составляющие значительную часть нагрузки, во время к. з. тормозятся вследствие возникающего при к. з. понижения напряжения. После отключения к. з. напряжение восстанавливается и все оставшиеся в работе электродвигатели (часть неответственных электродвигателей отключается защитой от понижения напряжения) самозапускаются, потребляя повышенный пусковой ток (рис. 4-9). Этот ток /3 постепенно затухает, и в линии устанавливается рабочий ток, который в худшем случае может иметь максимальное значение /р.макс. Увеличение /р.макс, вызванное самозапуском двигателей, оценивается коэффициентом запуска k3. Учет самозапуска двигателей является обязательным. При выполнении условия (4-2) выполняется также условие (4-1), так как ток возврата максималь ных реле всегда меньше тока срабатывания. Поэтому для отстройкь защиты от нагрузки за исходное принимается условие (4-2). Коэффициент запаса fe3an учитывает возможную погрешность в величине тока возврата реле и принимается равным 1,1—1,2. Ток срабатывания защиты находится из соотношения, определяющего связь между токами возврата и срабатывания токовых реле. Подставляя в это выражение значение /в03 из (4-3), находим соответствующий ему ток срабатывания: Вторичный ток срабатывания реле /ср находится с учетом коэффициента трансформации трансформаторов тока и схемы включения реле, характеризуемой коэффициентом схемы йсх: Для схемы соединения в звезду (полную или неполную)?сх=1. Для схемы с включением реле на разность токов двух фаз kcx = ]/3. Ток срабатывания обратно пропорционален /гв03, поэтому в целях уменьшения /с 3 стремятся применять токовые реле с высоким коэффициентом возврата: примерно 0,85 и выше. Существенное значение для надежной отстройки защиты от нагрузки имеет правильная оценка величины /р макс. Определяя максимальное значение тока нагрузки, нужно учитывать тяжелое, но в то же время реально возможное увеличение нагрузки, обычно возникающее в результате нарушения нормальной схемы сети. Например, при двух параллельных линиях (рис. 4-10, а) необходимо учитывать, что в случае автоматического отключения одной из них нагрузка на оставшейся линии удвоится. При наличии АВР, включающего выключатель В (рис. 4-10, б), необходимо предусматривать наброс мощности на линию Л1 при отключении ЛИ и наоборот. При наличии АПВ (рис. 4-10, в) необходимо учитывать самозапуск электродвигателей после повторного включения линий от АПВ. Чувствительность защиты. Ток срабатывания, выбранный по условию отстройки от нагрузки, проверяется по условию чувствительности защиты. Проверка ведется по минимальному значению тока /к.з.мин при повреждении в конце зоны защиты. Зона действия максимальной токовой защиты должна охватывать защи- щаемую линию и следующий второй участок, т. е. линию Л2 и трансформаторы, отходящие от шин приемной подстанции (рис. 4-11). Минимальный ток рассчитывается для реального минимального режима на электростанциях и в сетях, питающих линию. Чувствительность защиты оценивается коэффициентом чувствительности: Коэффициент чувствительности для защищаемой линии считается допустимым, если /к.3.мин в 1,5 раза больше тока срабатывания защиты. Снижение k4 ниже 1,5 не рекомендуется, так как действительный ток в реле при к. з. может оказаться меньше расчетного ^к.з.мин из-за неточности расчета токов к. з., влияния сопротивления в месте повреждения (не учитываемого при расчете) и погрешности трансформаторов тока, уменьшающей вторичный ток. При к. з. на резервируемом участке согласно ПУЭ допускаются Кч = 1.2. ВЫДЕРЖКА ВРЕМЕНИ ЗАЩИТЫ а) Ступень времени Для обеспечения селективности выдержки времени максимальных защит выбираются по ступенчатому принципу (рис. 4-12). Разница между временем действия двух смежных защит (например, линий А и В на рис. 4-12) называется ступенью времени или ступенью селективности: Величина ступени At должна быть такой, чтобы при коротком замыкании на каком-нибудь участке сети (например, на линии В) защита предыдущего участка (т. е. на линииА) не успевала сработать. Выясним, от чего зависит величина At. При к. з. на линии В защита линии Л работает в течение времени, пока проходит ток к. з.. Это время равно: где?3(В)— выдержка времени защиты В; 1п{в) — погрешность в сторону замедления реле времени защиты В; taiB) — время отключения выключателя В с момента подачи импульса в катушку отключения до разрыва тока к. з. контактами выключателя. Следовательно, чтобы защита линии А не сработала при к. з. на следующем участке, она должна иметь время Приняв некоторый запас t33n и учтя, что защита А может за счет - погрешности реле времени снизить свою выдержку времени на величину tnlA), получим:. Отсюда минимальная ступень времени Согласно выражению (4-9) выбирается ступень для защит с независимой характеристикой. Что касается защит с зависимой характеристикой, осуществляемых индукционным реле, то они могут продолжать работать по инерции после отключения тока к. з. Поэтому ступень времени у таких защит должна быть увеличена на время инерционной ошибки реле ta: Для применяемых в эксплуатации реле и выключателей ступень времени колеблется у защит с независимой выдержкой времени в пределах 0,35—0,6 сек, а у защит с зависимой или ограниченно зависимой характеристикой — 0,6— 1 сек. Так, например, у защит с реле времени типа ЭВ-122 погрешность по времени составляет ta = ±0,12 сек; выключатели МКП-110 имеют время отключения tB = 0,15 сек. Подставляя указанные значения в выражение (4-9) и принимая запас времени t3an равным 0,1 сек, получаем ступень времени При согласовании с быстродействующей защитой погрешность ее не учитывается (*П(В) = 0), и тогда [на основании (4-9) с учетом указанных значений ta и tB] ступень времени А^ = 0,35 -*¦ 0,4 сек. б) Выбор времени действия защит Выдержки времени защит с независимой характеристикой определяются исходя из заданной ступени времени по уравнению (4-11) Выдержки времени защит с зависимой или ограниченно зависимой характеристикой также должны удовлетворять условию (4-11), но поскольку время действия этих реле зависит от тока, необходимо задавать пределы тока, при которых это условие должно выполняться. Положим, что линии, показанные на рис. 4-12, оборудованы защитой, имеющей ограниченно зависимую характеристику. Требуется выбрать характеристику защиты линии А и согласовать ее с характеристикой защиты линии В, которая известна. Защита линии А должна иметь время на ступень больше защиты линий В при всех к. з.. в пределах зоны совместного действия защиты А я В, т. е. на линии В. Если при к. з. в точке /Ci (начало зоны защиты В) ток к. з., проходящий через защиты А и В, равен /к1, то при всех к. з. за точкой Къ т. е. в зоне работы защиты В, токи к. з. будут меньше. Следовательно, условие селективности (4-11) должно выполняться при токе /щмакс и всех токах, меньших его. В случае к. з. на линии А время действия защиты А не должно согласовываться с защитой В и может быть сколь угодно малым; при этом ток к. з., проходящий через защиту А, будет больше /К1„акс-Из этих условий вытекает следующее правило подбора зависимых характеристик: 1. Строят исходную характеристику t = / (/) защиты В, с которой проводится согласование защиты А, установленной на смежном участке (рис. 4-13). 2. Определяют максимальное значение токов к. з. /к1 макс, проходящих через защиты А и В при повреждении в йачале участка, защищаемого защитой В. 3. Пользуясь заданной характеристикой защиты В, находят ее выдержку времени t-B\ при токе /К1макс, т. е. при к. з. в начале защищаемой зоны, в точке Kv 4. По условию селективности выдержка времени защиты А притоке /к1макс должна превышать время защиты BtBl на ступень At: Это условие должно выполняться не только при токах /К1макс, но и при всех меньших токах к. з.; характеристика защиты Л, удовлетворяющая условию (4-12), подбирается при проектировании по типовым характеристикам реле, а в условиях эксплуатации — путем регулирования уставки времени реле. 5. Выбранная характеристика защиты А строится совместно с характеристикой защиты В для наглядной проверки выполнения условия (4-12) притоках к. з., равных и меньших /К1макс (рис. 4-13). Совместное построение характеристик нескольких защит удобно вести относительно первичных фазных токов, но при этом нужно учитывать схему соединения токовых цепей защиты, от которой зависит соотношение между током в реле и током в фазе, т. е. /гсх. Если согласуемые защиты находятся на разных сторонах силового трансформатора, то их характеристики нужно привести к токам одного напряжения. ОБЩАЯ ОЦЕНКА И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ Достоинствами максимальной токовой защиты являются ее простота, надежность и небольшая стоимость по сравнению с другими видами защиты. По своему принципу максимальная токовая защита обеспечивает селективность в радиальных сетях с односторонним питанием. Однако в некоторых случаях ее удается применять и в более сложных сетях, имеющих двустороннее питание. К недостаткам максимальной защиты относятся: а) большие выдержки времени, особенно вблизи источников питания, в то время как именно вблизи шин станции по условию устойчивости необходимо быстрое отключение к. з.; б) недостаточная чувствительность при к. з. в разветвленных сетях с большим числом параллельных цепей и значительными токами нагрузки. Максимальная токовая защита получила наиболее широкое распространение в радиальных сетях всех напряжений, в сетях 10 кв и ниже она является основной защитой.

⇐ Предыдущая 35 36 37 38 394041 42 43 44 Следующая ⇒

Date: 2015-07-23; view: 1234; Нарушение авторских прав; Помощь в написании работы --> СЮДА...

mydocx.ru - 2015-2024 year. (0.006 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию