Направленная максимальная токовая защита линий. Принцип действия

Одним из признаков возникновения КЗ 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 (I_CЗ). В качестве реле, реагирующих на возр-астание тока служат максимальные токовые реле. Токовые защиты подразд-еляются на МТЗ и ТО.

Направленная МТЗ отличается от ненаправленной наличием в схеме реле направления мощности (реле мощности). Реле мощности – такие реле, кото-рые замыкают свои контакты при положительном направлении мощности и размыкают при обратном. Положительное направление – от сборных шин к линии. В схеме направленных защит контакты реле мощности включаются последовательно с контактами токовых реле, т.е. защита срабатывает только при одновременном замыкании этих контактов.

Необходимость направленной защиты возникла для сетей радиальных с 2-х сторонним питанием и кольцевых с односторонним, где обычные защиты не обеспечивают требуемой селективности.

Рассмотрим обычную радиальную сеть с 2-х сторонним питанием:

Рис.1. Встречно-ступенчатый принцип выбора выдержек времени НМТЗ.

Если А1-А6 – МТЗ. Случай 1: КЗ в т. К1 t₂<t₃ (А2 – сработает раньше); Случай 2: КЗ в т. К2 t₂>t₃ (А3 – сработает раньше);=> селективность не обеспечивается, т.к. два взаимоисключающих условия.

Если А1-А6 – НМТЗ (от шин к линии). Стрелками указано направление мо-щности, при котором органы направления мощности разрешают защитам срабатывать. С учетом этого защиты объединены в две группы: А2, А4, А6 и А5, АЗ, А1. В пределах каждой группы выдержки времени выбираются, как у максимальной токовой защиты, по ступенчатому принципу. Минимальную выдержку времени имеют защиты А2 и А5. Они отстраиваются по времени от защит других присоединений соответственно подстанций А и Г. В кажд-ой группе защит выдержка времени увеличивается по мере приближения к источникам питания на величину Dt (ступень селективности). На рис.1 пост-роены характеристики максимальных токовых направленных защит с незав-исимой выдержкой времени. Принято считать, что выдержки времени макс-имальных токовых направленных защит выбираются по встречно-ступенч-атому принципу.

Селективность не нарушается, если некоторые защиты выполнить без органа направления мощности. В действительности нет необходимости сн-абжать органом направления мощности защиту А3, так как в рассматривае-мом случае она отстроена от защиты А2 по времени. По такой же причине без органа направления мощности можно выполнить защиты А4, А1 и А6.

В общем случае при наличии на подстанции нескольких присоединений защита, имеющая наибольшую выдержку времени, может не иметь органа направления мощности, так как селективность ее действия при коротких замыканиях на других присоединениях обеспечивается выдержкой времени.

Для кольцевой схемы – тоже самое, при ее разворачивании.

При трехфазных КЗ вблизи шин подстанции, где установлена НМТЗ, напря-жение на шинах п/с понижается до нуля или значения, близкого к нулю. Вс-ледствие этого мощность на реле направления мощности оказывается недос-таточной для действия реле и защита отказывает. Участок линии, в пределах которого при трехфазных КЗ защита не действует из-за недостаточного зна-чения напряжения, называется «мертвой зоной». Наличие «мертвой зоны» является недостатком НМТЗ.

Ток срабатывания.

1. Защита должна возвращаться в исходное состояние после откл. внешн-его КЗ и протекания максимального тока нагрузки с учетом самозапуска ЭД.

I_В.З^НМТЗ>I_{НАГР.МАКС}·k_САМ; k_САМ =1.5-2 – коэффициент самозапуска. Коэффициент возврата: k_В = I_В.З^НМТЗ/ I_СЗ^НМТЗ; I_СЗ^НМТЗ =(k_ОТС/k_В)· I_{НАГР.МАКС}·k_САМ

k_ОТС – учитывает погрешность ТА, реле и погрешность расчета тока КЗ.

2. Защита не должна срабатывать при максимальном токе нагрузки, при срабатывании АПВ после отключения при КЗ.

I_СЗ^НМТЗ =k_ОТС· I_{НАГР.МАКС}·k_САМ^АПВ; k_САМ^АПВ =2-2.5

3. Реле тока не должно срабатывать в неполнофазном режиме, т.е. при обры-ве 1-го провода. I_СЗ^НМТЗ =k_ОТС· I_{Н.Ф.МАКС}

4. Реле тока не должно срабатывать от тока неповрежденных фаз при несимметричных КЗ. В этом случае поведение реле мощности не определено, поскольку ток I_Н.Ф зависит от режима КЗ и от режима нагрузки и в общем случае может не совпадать по направлению с током КЗ. При этом возможно отключение неповрежденной линии как и в неполнофазном режиме. I_СЗ^НМТЗ =k_ОТС· I_{Н.Ф.МАКС}

Из всех полученных токов I_СЗ^НМТЗ выбираем больший. Приведем I_СЗ^НМТЗ к вторичной стороне: I_СР^НМТЗ = I_СЗ^НМТЗ ·k_СХ/n_A; n_A – коэф. трансформации, k_СХ – коэф. схемы.

Схемы максимальных направленных защит.

Схемы весьма многообразны и отличаются в основном: типом пускового ор-гана, который может выполняться токовыми реле (рис. 7.4) или токовыми реле с блокировкой минимального напряжения (рис. 7.5); типом органа нап-равления мощности, который может выполняться с помощью трехфазных (рис. 7.4) или однофазных (рис. 7.5) реле направления мощности; способом подвода напряжения к реле направления мощности (постоянно или в момент возникновения повреждения); наличием или отсутствием выдержки време-ни; трехфазным (рис. 7.4) или двухфазным (рис. 7.6) исполнением; операти-вным током — постоянным (рис. 7.4 и 7.5) или переменным (рис. 7.6); схем-ой включения органа направления мощности.

Под схемой включения реле направления мощности понимается сочетан-ие фаз тока и напряжения, подводимых к реле (это сочетание не может быть произвольным). Реле направления мощности должно

правильно определять направление мощности при КЗ в сети, где установле-на зашита. При этом нет необходимости, чтобы реле направления мощности правильно измеряло значение мощности. Наоборот, чем большую мощность будет замерять реле в момент КЗ, тем надежнее оно будет действовать, тем -меньше будет «мертвая зона» защиты.

Схемы включения реле направления мощности предусматривают включе-ние их па разноименные фазы тока и напряжения в таких сочетаниях, котор-ые обеспечивают в условиях КЗ правильное определение направления мощ-ности и измерение реле возможно большего значения мощности. Наибольшее распространение получили две схемы; 30 - градусная (рис. 7.4) и 90 – градусная (рис. 7-5).