Максимальная токовая защита 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:

• отсечка;
• максимальная защита;
• дифференциально-фазная.

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.

Токовая отсечка (ТО)

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.

Состав зашиты

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;
• самозапуска схемы.

Такая отстройка создается для устранения возможностей ложных срабатываний при номинальном режиме.

Состав зашиты

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.

1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ, ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ СРАБАТЫВАНИЯ МАКСИМАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ (МТЗ) И ТОКОВОЙ ОТСЕЧКИ (ТО)

Категория: М.А. Шабад «Максимальные токовые защиты»

Принцип действия. Максимальная токовая защита и токовая отсечка запускаются при возникновении на защищаемом элементе сверхтока, значение которого превышает заранее установленный ток срабатывания (уставку) измерительных органов защиты — максимальных реле тока.

При этом токовая отсечка дает команду на отключение защищаемого элемента, как правило, мгновенно, поскольку зона ее действия не выходит за пределы этого элемента.

Максимальная токовая защита должна действовать на отключение с некоторой задержкой (выдержкой кой времени) для того, чтобы дать возможность сработать раньше другим аналогичным защитам, расположенным ближе к месту повреж­дения.

На рис. 1 зона действия токовой отсечки Т, установленной на ли­нии ЛЗ, не выходит за пределы защищаемой линии, иначе говоря, на все КЗ вне этой зоны токовая отсечка линии ЛЗ не реагирует. При КЗ в зоне ее действия отсечка срабатывает без выдержки времени.

Максимальная токовая защита ТВ на этой линии ЛЗ может и, как правило, должна запускаться также и при КЗ на предыдущих элементах, т. е. на линии Л2 и даже на Л1.

Это необходимо для того, чтобы при КЗ, например, на ли­нии /72 и при отказе в отключении линейного выключателя В2 смогла бы действовать защита последующей линии ЛЗ и отключить выключатель

• Л1
• 
• Рис.1 Зоны действия максимальных токовых защит(ТВ)и токовых отсечек(Т)
• Iотс , Iмтз — зоны действия токовой отсечки и максимальной токовой защиты линии ЛЗ;Iрез — зона дальнего резервирования максимальной токовой защиты линии ЛЗ;
• К — точка короткого замыкания(КЗ); t1 –t3 — время срабатывания максимальныхтоковыхзащит линий Л1-ЛЗ соответственно;
• В1-ВЗ — выклю­чатели на этих линиях электропередачи

ВЗ. Однако при КЗ в точке К и при своевременном отключении выклю­чателя В2 не должно происходить отключения ВЗ. Для этого выдержка времени t3 защиты последующей линии ЛЗ должна быть больше вы­держки времени t2 защиты предыдущей линии Л2. Условие tЗ посл > tЗ пред является одним из важнейших для обеспечения селектив­ной (избирательной) работы релейной защиты.

А способность за­щиты 3 реагировать на удаленные КЗ на предыдущей линии Л2 называ­ется дальним резервированием.

Таким образом, совместное применение максимальной токовой защиты и токовой отсечки, иначе говоря — двухступенчатой токовой защиты, наилучшим образом обеспечивает выполнение основных требо­ваний, предъявляемых к релейной защите [1,2]:

селективность, или избирательность, т. е. способность отключения в первую очередь ближайшего к месту повреждения выключателя;

чувствительность ко всем видам повреждения в основной защи­щаемой зоне и в зонах дальнего резервирования (последнее, к сожа­лению, не всегда технически возможно, что и оговорено в Прави­лах [1];

быстродействие, т. е. обеспечение минимально возможного времени отключения сверхтоков КЗ;

надежность функционирования устройств, т. е. надежность сраба­тывания на отключение при аварийных условиях и надежность несраба­тывания при технологических перегрузках защищаемого элемента.

Максимальные реле тока и их характеристики. Максимальные реле тока образуют пусковой орган максимальных токовых защит и токовых отсечек, который выявляет аварийный режим по факту появления сверхтоков. Реле делятся на первичные и вторичные, а также на реле прямого и косвенного действия.

Простейшая максимальная токовая защита выполняется с помощью первичного реле прямого действия, у которого катушка (электромаг­нит ЭО) включается непосредственно в цепь защищаемого элемента — линии (рис.

2, а), а якорь при перемещении производит отключение выключателя В. Таким образом, электромагнит совмещает функции реле (РТ) и электромагнита отключения выключателя (ЭО).

Схемы защиты с первичными реле прямого действия достаточно широко исполь­зуются в электрических сетях главным образом напряжением до 1 кВ.

В электрических сетях 6 и 10 кВ около половины всех максималь­ных токовых защит выполнено с помощью вторичных реле прямого действия (рис. 2, б).

Здесь катушка электромагнита РТ—ЭО включается в цепь защищаемого элемента через измерительный трансформатор тока ТТ, который в десятки раз уменьшает первичный ток КЗ, а также «отделяет» катушку электромагнита от высокого напряжения первич­ной цепи.

Но здесь, так же как и в предыдущем случае, электромагнит совмещает функции реле (РТ) и электромагнита отключения выклю­чателя (ЭО).

Рис2Принципиальныесхемывыполнениямаксимальныхтоковых защите по­мощью первичных реле тока прямого действия(а), вторичных реле тока прямого

действия (б) и вторичных реле тока косвенного действия (в) Условно показано только дли одной фазы;РТ — реле тока;ЭО — электро­магнит отключениявыключателя В;ТТ — измерительные трансформаторы тока

Более совершенными являются схемы защиты с вторичными реле тока косвенного действия (рис. 2, в). Здесь выключатель В имеет свой электромагнит отключения ЭО, а оперативный ток для его сраба­тывания подается контактными реле РТ.

которые замыкаются при сра­батывании реле. В этой схеме использован оперативный по­стоянный ток, «плюс» и «минус» которого подаются от аккуму­ляторной батареи или выпрямительного устройства.

Схемы защиты на оперативном переменном токе рассматриваются далее.

Максимальные реле тока выполняются как без замедления (мгно­венного действия), так и с замедлением действия. Реле тока мгновен­ного действия используются в схемах максимальных токовых защит совместно с реле времени. Времятоковая характеристика таких защит изображается прямой линией (рис.

3, а, характеристика 1). Поскольку заданное при настройке время срабатывания защиты не изменяется в зависимости от значения тока КЗ, говорят, что это защита сн е з ав и с и м о и(от тока)характеристикой.

Кмаксимальнымреле тока мгновенного действия относятся реле РТ-40 и РТ-140, а также ЭТ-520

(выпускалисьдо1960г.),РСТ-11,РСТ-13(выпускаются с 1985 г.) и некоторыедругие.

Максимальные реле тока с замедлением действия имеют время-токовую характеристику, как правило, в виде кривой, причем с увели­чением значения тока через защиту, и, следовательно, через реле, значе­ние времени срабатывания реле уменьшается (рис. 3, а, кривая 2).

Используются следующие типы токовых реле с обратнозависимой от тока выдержкой времени (зависимой характеристикой): РТВ, РТ-80, специальный токовый орган в многофункциональном устройстве защиты типа ЯРЭ-2201, комплектное устройство ТЗВР, которое имеет прямолинейную времятоковую характеристику.

Защиты и реле с ограниченно зависимой времятоковой характе­ристикой при определенных больших значениях тока по сравнению с их током срабатывания имеют уже постоянную выдержку времени, не уменьшающуюся при увеличении тока КЗ.

Переход от зависимой к независимой (установившейся) части времятоковой характеристики происходит при разной кратности тока /к по отношению к току сраба­тывания защиты (характеристики 1—3 на рис. 3, б).

Некоторые совре­менные реле имеют зависимую времятоковую характеристику без установившейся (независимой) части (кривая 4 на рис. 3, б).

Защиты с зависимыми характеристиками широко используются в нашей стране и за рубежом главным образом в электроустановках напряжением до 20 кВ, где значительное число элементов защищается плавкими предохранителями, у которых времятоковые характеристики имеют аналогичный вид. Это облегчает выбор уставок максимальных токовых защит.

Максимальные токовые защиты с независимыми характеристиками устанавливаются на понижающих трансформаторах напряжением 35 кВ и выше, на генераторах, на линиях электропередачи разных классов напряжения, на электродвигателях и других элементах. Для создания выдержки времени в схемах этих защит используются реле времени (§5).

Ток -срабатывания токовой отсечки выбирается таким образом, чтобы отсечка не чувствовала КЗ за пределами защищаемого элемента, например линии ЛЗ на

рис. 1. При КЗ на предыдущих элементах: на линии Л2 или в трансформаторе Т подстанции Б, отсечка линии ЛЗ не должна срабатывать. Для этого ее ток срабатывания должен быть больше, чем максимальное значение тока КЗ в конце защищаемой линии.

Как правило, токовая отсечка не может защищать всю линию или трансформатор, и является поэтому вспомогательной защитой, дополняющей основную — максимальную токовую или дистанцион­ную защиту. Бывают и исключения, например на блоках линия — транс­форматор.

Повысить чувствительность токовой отсечки и увеличить зону ее действия иногда удается с помощью небольшой выдержки вре­мени (§ 8).

Ток срабатывания максимальной токовой защиты выбрать зна­чительно сложнее, поскольку необходимо знать наибольшее значение рабочего тока защищаемого элемента, количество и параметры электродвигателей, участвующих в самозапуске после кратко­временного перерыва питания, возможности параллельной работы питающих (последующих) и питаемых (предыдущих) элементов и дру­гие условия. Расчеты параметров срабатывания максимальных токовых защит и токовых отсечек рассмотрены в § 7—10.

Для защиты, выполненной с вторичными реле тока, необходимо определить ток срабатывания реле (уставку) по выражению

(1)

где / с.з – ток срабатывания защиты (отсечки). А; k(3)cх- коэффициент схемы, показывающий, во сколько раз ток в реле больше, чем ток во вторичной обмотке трансформатора тока при нормальном сим­метричном режиме работы защищаемого элемента; значение его зависит от схемы соединения трансформаторов тока и реле (§ 2); nт — коэффициент трансформации трансформаторов тока.

Оценка эффективности защиты производится с помощью коэффи­циента чувствительности кчув который показывает, насколько ток в реле защиты при разных видах КЗ превышает ток срабатывания /с.р (уставку):

где /pmin — минимальное значение тока в реле при наименее благо­приятных условиях, А. При определении значения этого тока необхо­димо учитывать вид и место КЗ, схему включения измерительных орга­нов (реле) защиты, а также реально возможные минимальные режимы работы питающей энергосистемы, при которых токи КЗ имеют наимень­шие значения.

Минимальные значения коэффициента чувствительности защит должны быть не менее, чем требуется Правилами [1]. Например, для максимальной токовой защиты они должны иметь не менее 1,5 при КЗ в основной зоне защиты и около 1,2 при КЗ в зонах дальнего резерви­рования (рис. 1).

???? Токовая отсечка — Расчет и 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:

где:

• xЛ – сопротивление линии, для которой выбираем защиту
• EC – эквивалентная ЭДС генераторов системы
• xC – сопротивление системы

Ток срабатывания защиты определяется по выражению ниже:

где:

• kН – коэффициент надежности
• IK.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.

где

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

Ток срабатывания реле (уставка) определяется по выражению ниже:

где

• kСХ – коэффициент схемы
• IС.З. – ток срабатывания защиты
• nТТ – 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.

Быстродействующий АВР

Формула мощности силового трансформатора

Расчет токовой отсечки и максимальной токовой защиты трансформатора и двигателя

Определение 1

Токовая отсечка – это разновидность максимальной токовой защиты с ограниченной зоной действия, задача которой заключается в быстром отключении тока короткого замыкания.

Токовые отсечки могут быть:

1. С малой выдержкой времени (порядка 0,6 секунды).
2. Мгновенного действия.

Главное отличие токовой отсечки от максимальной токовой защиты заключается в том, что у токовой отсечки отсутствует реле времени. Селективность действия токовой отсечки достигается благодаря ограничению зоны ее действия. Данный вид защиты отстраивается от тока короткого замыкания в конце защищаемой линии или места, до которого она должна действовать.

Токовая отсечка трансформатора представляет собой самый простой вид защиты, который защищает трансформатор от междуфазных и однофазных замыканий. Принцип ее действия аналогичен принципу действия токовой отсечки линии.

Рисунок 1. Токовая отсечка. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

На представленном рисунке линия АВ является защищаемой.

Сначала должна быть построена кривая — зависимость значения тока короткого замыкания от расстояния до места короткого замыкания, которая в рассматриваемом случае является точкой А.

После этого строится прямая параллельная оси расстояния равная току срабатывания отсечки. Область пересечения кривой и прямой — зона действия защиты, в данном случае — ВБ.

• Отсечка не работает в случае повреждений, которые сопровождаются малыми токами.
• Ток срабатывания строится от максимального тока короткого замыкания за трансформатором и броска тока намагничивания. Ток срабатывания рассчитывается по следующей формуле
• $Iсз = kн*Iкзмакс$
• $Iсз>Iнам$
• где: kн — коэффициент надежности, который зависит от типа используемого реле; Iкзмакс — максимальный ток короткого замыкания за трансформатором; Iнам — ток намагничивания трансформатора, который равен 3-5 номинальным.
• Ток срабатывания реле рассчитывается по формуле:
• $Iр = (Iсз*к(3)) / nтт$
• где: Iсз — ток срабатывания защиты; к — коэффициент схемы; nтт — коэффициент трансформации.
• К преимуществам токовой отсечки относится ее быстродействие, а основным недостатком является ограничение зоны действия.

Токовая отсечка электродвигателя напряжением выше 1 киловольта

1. Первичный ток срабатывания электрического двигателя может быть рассчитан по следующей формуле:
2. $Iсз = Котс*Iпуск$
3. где: Iпуск — пусковой ток двигателя при номинальном напряжении питающей сети; Котс — коэффициент отстройки, который учитывает наличие апериодической составляющей в пусковом токе и погрешность реле.

4. Пусковой ток электродвигателя рассчитывается следующим образом:
5. $Iпуск = Кпуск*Iном$
6. где: Кпуск — кратность пускового тока; Iном — номинальный ток электрического двигателя.

7. Данное выражение можно представить в следующем виде:
8. $Iсз = Котс*Кпуск*Iном$
9. Ток срабатывания отсечки реле рассчитывается по формуле:
10. $Iср = (Ксх*Iсз) / Кm = (Ксх*Котс*Кпуск*Iном) / Кm$
11. где: Ксх — коэффициент схемы; Кm — коэффициент трансформации трансформаторов тока защиты.

12. Чувствительность токовой отсечки подвергается проверке при двухфазном коротком замыкании на выводах электрического двигателя при минимальном режиме сети питания:
13. $Кч = (√ 3 / 2) * (Iкзмин(3) / (Кm*Iсз))$
14. где Iкзмин — минимальное значение тока трехфазного короткого замыкания в защите при повреждениях на выходе электродвигателя.

15. Дополнительно, графическим способом, можно определить эффективность работы отсечки, для чего используются усредненные зависимости фазных токов, которые протекают через выводы двигателя при внутренних повреждениях двигателя при двухфазном коротком замыкании, от числа замкнувшихся витков.

Расчет максимальной токовой защиты асинхронного двигателя

Определение 2

Максимальная токовая защита – это релейная защита, действие которой связано с повышением силы тока в защищаемой цепи в случае возникновения короткого замыкания на ее участке.

Принцип действия максимальной токовой защиты аналогичен действию токовой отсечки. Когда увеличивается сила тока в защищаемом объекте начинается работы защиты.

Но в отличии от токовой отсечки, которая начинает действовать мгновенно, заключается в том, что максимальная токовая защита передается сигнала на отключение по истечении определенного времени — выдержка времени, зависящая от расположения защищаемого участка.

Самая маленькая устанавливается на самом отдаленном участке от источника. Максимальная токовая защита соседнего участка действует с большей выдержкой, которая отличается на величину, называемой ступень селективности и определяемой временем действия защиты.

Величина тока, при которой должна срабатывать защита, выбирается на основе самого маленького значения тока короткого замыкания в защищаемом объекте (при различных видах повреждений токи короткого замыкания отличаются).

• Расчет максимальной токовой защиты начинается с расчет тока срабатывания первой ступени защиты от симметричных перегрузок:
• $Iсз1 = ((1,2*Кпуск) / Кв)*Iном$
• Для второй ступени (предположим, что она выполнена с инверсной характеристикой и работает на отключение электрического двигателя) первичный ток рассчитывается следующим образом:
• $Iсз2 = (Котс/Кв) * Iном$
• Время срабатывания рассчитывается по формуле:
• $tсз = 150/(Кк(2) — 1)$
• где Кк — кратность тока.
• Для третьей ступени защиты (выполнена с независимой характеристикой с действием на сигнализацию) формула для расчета первичного тока срабатывания выглядит следующим образом:
• $Iсз3 = (Котс/Кв) * Iном$
• Если двигатель не подвергается технологическим перегрузкам, то время срабатывания выбирается в диапазоне от 10 до 20 секунд, в противном случае оно выбирается больше, чем допустимое время.

Расчет максимальной токовой защиты и токовой отсечки осуществляется в процессе проектирования систем электроснабжения или электрических установок. От его качества и корректности во многом зависит правильная работа проектируемого объекта, а также уровень его безопасности, поэтому данному мероприятию уделяется собой внимание.

Максимальная токовая защита: что это такое и для чего нужно, отличие от токовой отсечки

Электроснабжение

profelectro

Одним из основных требований безопасности электроснабжения, является использование различных устройств быстрого обесточивания электрических линий в случае аварийной ситуации.

Такими устройствами являются защитные реле. Это целый спектр самых разных схем, реагирующих на разные нарушения корректной работы, к примеру, замыкание между фазами, увеличенный расход мощности и прочее.

В статье мы разберём один из способов перегрузочной предохранения электрических линий. Выясним, что называется токовой максимальной защитой, её назначение и отличие от отсечки тока.

Устройство и работа

Когда токовый параметр завышен, включается токовое реле, затем, через определённый промежуток, временное реле. Защита монтируется от трансформаторного устройства либо от генератора подающей подстанции, т. е. в начале линии.

Внимание! Рабочая зона максимальной токовой защиты находится между оборудованием, подающим электричество (генератор, трансформатор) и потребляющим оборудованием. Монтироваться она должна не от потребителя, а от поставщика электроэнергии.

Возможно пересечение рабочих зон ступеней. К примеру, зона второй ступени может перекрываться зоной первой ступени возле разъединителя.

Временной интервал включения МТЗ устанавливается таким образом, что наибольшая задержка приходится на 1-ю ступень (подающая трансформаторная подстанция). Соответственно, каждая следующая ступень будет срабатывать быстрее предшествующей.

Разница максимальной временной задержки включения между ступенями называется избирательностью или селективностью.

Селективность необходима для обеспечения непрерывной подачи напряжения по максимальному числу линий электропередач. Она сужает повреждённый участок и локализует его между ближайшими устройствами коммутации.

При включении мощных электрических двигателей, может произойти кратковременная перегрузка, которая устраняется самостоятельно. В этом случае временная задержка и устройство выключения по минимальным параметрам напряжения сохраняют электрическую подачу, не допуская выключения сети.

При коротком замыкании напряжение падает резко, при запуске двигателя такое падение не наблюдается.

Токовые параметры выбираются по минимальному значению тока короткого замыкания по всей линии. Это делается затем, чтобы МТЗ не включалась при пуске электрических двигателей.

Максимальная перегрузка возникает в трёх случаях:

1. Замыкание одной фазы на землю.
2. Замыкание нескольких фаз.
3.  Увеличенная мощность.

Итак, МТЗ применяется для защиты ЛЭП, кабельных жил и шин в трансформаторах, силовых установках с потребляемой мощностью от шести до десяти тысяч вольт.

Чем отличается от отсечки тока

В электрических цепях, для защиты от К.З., используют устройства отсечки тока. Работа основана на таком же принципе – обесточивание линии при резкой перегрузке.

Разница в том, что избирательность МТЗ продиктована периодом задержки, а отсечка при коротком замыкании обесточивает линию практически мгновенно. Время реакции и избирательность токовой отсечки зависит от токовых и временных характеристик автоматов защиты.

Типы МТЗ

Разделяют на несколько видов:

1. Время задержки не зависит от тока. Это означает, что при различных перегрузках в сети время задержки не меняется.
2. Задержка зависит от тока. Чем выше токовая величина, тем быстрее срабатывает реле. Это даёт возможность более точно определять стойкость к перегрузке составляющих элементов линии, а значит выполнять защиту более эффективно.
3. Зависимость задержки ограничена. Графически это парабола, совмещённая с линией. Вертикаль – это ток, горизонталь – время. Основание близко к параболе, но с определённого значения переходит в линию. Так добиваются точных параметров реакции при незначительных перегрузках (запуск группы электрических двигателей).
4. Реле блокирует минимальное значение напряжения. Этим обеспечивается бесперебойное электроснабжение при пусковых нагрузках.

По типу максимального тока в оперативных линиях:

1. Постоянный ток.
2.  Переменный ток.

По количеству МТЗ:

• Три реле. Защита осуществляется при замыкании как одной, так и нескольких фаз.
• Два реле. Стоимость меньше трёхлинейных реле, но уступают в показателе надёжности.
• Одно реле. Стоимость ещё меньше. Также ещё меньше надёжность. Недопустимо использование на важных отрезках линии, в связи с недостаточной чувствительностью.

Где:

1. КА – токовое реле.
2.  КТ – временное реле.
3. КЛ – дополнительное реле (ставится, если коммутации контактов мало).
4. КН – реле указания.
5. SQ – размыкающий контакт цепей с большой мощностью (силовой аппарат коммутации). Встраивается в схему, поскольку релейные контакты для разрыва такой линии не предназначены.

Реле максимальной токовой защиты широко применяются в процессорах, усилителях и прочей полупроводниковой аппаратуре.

Современные технологии дают возможность точнее определять токовые параметры защиты.

Мы коротко разобрали устройство, предназначение и работу максимальной защиты. Определили отличие от отсечки тока. Эти схемы обладают своими плюсами и минусами.

К примеру, плюсом токовой максимальной защиты будет не прекращающаяся подача электропитания при вторичных запусках двигателей после кратковременного прекращения питания, но временная задержка отрицательно сказывается на работе ВЛЭП.

Эти недостатки устраняются отсечкой тока или применением токовой максимальной защитой с зависимой задержкой. Беспрерывное функционирование линий электроснабжения даёт совместное использование частотной автоматической разгрузки, ТО, МТ3, ТЗНП и прочее.

Это вся информация, которой мы хотели поделиться касательно устройства, назначения и принципа действия максимальной токовой защиты.

Свои вопросы оставляйте в х под статьёй.

Принцип действие МТЗ: разновидности максимально-токовых защит

При коротком замыкании ток в линии увеличивается. Этот признак используется для выполнения токовых защит. Максимальная токовая защита (МТЗ) приходит в действие при увеличении тока в фазах линии сверх определенного значения.

https://www.youtube.com/watch?v=g6Ix3ngB3Ls\u0026t=78s

Токовые защиты подразделяются на МТЗ, в которых для обеспечения селективности используется выдержка времени, и токовые отсечки, где селективность достигается выбором тока срабатывания. Таким образом, главное отличие между разными типами токовых защит в способе обеспечения селективности.

Рис. 4.1.1

Принцип действия

МТЗ – это разновидность защитного механизма электросети с использованием реле, применяемая при угрозе короткого замыкания на некотором отрезке электроцепи.

Принцип действия максимальной токовой защиты достаточно схож с таковым у механизма отсечки. Если при использовании последней ток вырубается сразу же, то при применении МТЗ выключение происходит по истечении некоторого временного отрезка. Он называется выдержкой времени.

То, какое значение он примет, определяется близостью места, где происходит инцидент, к поставщику питания. Чем дальше располагается отрезок, тем меньше число.

Значение, на которое показатель близлежащего участка отличается от такового для удаленного (ступень селективности), описывает период, по истечении которого защита включается на ближнем участке (отключая и дальний), если она не активизировалась на дальнем, на котором случился инцидент КЗ.

Важно! Показатель ступени надо делать небольшим, чтобы система успела включиться до причинения инцидентом серьезных повреждений электросети.

Что такое МТЗ с блокировкой по напряжению? Отличия от обычной МТЗ

Обычная максимально токовая защита не всегда может отличить короткое замыкание от токов перегрузки, возникающих кратковременно.

Например, при самозапуске электродвигателей потребляемый ими ток может быть классифицирован МТЗ как ток короткого замыкания.

Попытка отстроится от подобных режимов работы приводит либо к загрублению уставок по току, либо к необходимости увеличение выдержки времени срабатывания защиты. И то, и другое является нежелательным.

Чтобы обычной МТЗ дать информацию о том, что произошло именно короткое замыкание, применяют блокировку по напряжению.

Отличия от токовой отсечки

Логическая защита шин

В МТЗ используются реле времени, позволяющие игнорировать скачки напряжения, что невозможно при отсечке (которая срабатывает не только при эпизоде короткого замыкания, но и при повышении тока любой другой природы и продолжительности). Кроме того, использование механизма отсечки требует задействования оператора для возобновления нормального функционирования системы. Реле сами приходят в первоначальное состояние, когда причина размыкания будет ликвидирована.

Устройство и принцип действия

Конструктивно МТЗ состоят из двух важных узлов: автоматического выключателя и реле времени. Они могут быть объединены в одной конструкции либо размещаться отдельными блоками.

Отличия от токовой отсечки

Из всех видов защиты по надёжности лидирует токовая отсечка. Примером может служить защита бытовой электросети устройствами с применением плавких предохранителей или пакетных автоматов.

Метод токовых отсечек гарантирует обесточивания защищаемой цепи в аварийных ситуациях.

Но для возобновления подачи электроэнергии необходимо устранить причину отсечения и заменить предохранитель, либо включить автомат.

Недостатком такой системы является то, что отключение может происходить не только вследствие КЗ, но и в результате даже кратковременного превышения параметров по току нагрузки. Кроме того, требуется участие человека для восстановления защиты. Эти недостатки не критичны в бытовой сети, но они неприемлемы при защите разветвлённых линий электропередач.

Благодаря тому, что в конструкциях МТЗ предусмотрены реле времени, задерживающие срабатывание механизмов отсечения, они кратковременно игнорируют перепады напряжений. Кроме того, токовые реле сконструированы таким образом, что они возвращаются в исходное положение после ликвидации причины, вызвавшей размыкание контактов.

Именно эти два фактора кардинально отличают МТЗ от простых токовых отсечек, со всеми их недостатками.

Разновидности максимально-токовых защит

Дуговая защита

Ориентируясь на условия работы в конкретной электросети, можно выбрать один из четырех типов системы.

МТЗ с независимой от тока выдержкой времени

Параметр задержки здесь неизменен, период активации зависит только от ступени селективности: на каждом последующем отрезке время увеличивается на эту величину.

МТЗ с зависимой от тока выдержкой времени

Используется расчет выдержки по нелинейной формуле. Параметр зависит от величины тока на обмотках. Используется в системах, где предохранение от избыточных нагрузок имеет особенную значимость для безопасности.

МТЗ с ограниченно-зависимой от тока выдержкой времени

Здесь совмещены две компоненты: не зависящая от тока часть и зависящая, причем у последней время-токовая характеристика имеет вид гиперболы. Чем больше перегрузка, тем более пологий вид имеет графическое представление. Такая установка используется в высокомощных электромоторах.

МТЗ с пуском (блокировкой) от реле минимального напряжения

Здесь инициатором размыкания контактов становится разность потенциалов. Уставка привязывается к падению напряжения ниже определенной границы.

21.Токовая защита с выдержкой времени, зависимой от третьей гармонической

Недостатки токовой защиты проявляются в сельских распределительных сетях напряжением 6—20 кВ.

1. Применение на линиях сталеалюминиевых и стальных про­водов малых сечений

2. Значительная протяженность воздушных линий.

3. Рассредоточенное по длине линии подключение трансформаторов 6—20/0,4 кВ.

В таких сетях повреждения в конце защищаемой линии (точка К1) и короткие замыкания за трансформатором (точка K2) сопровождаются прохождением в начале защищаемой линии близких по значению токов. Поэтому добиться выполнения требований селективности, чувствительности и быстроты действия токовой защиты трудно.

• Должны выполняться условия.
• , (2) , (3)
• где
• , — токи в защите А при повреждении в точке K1 и соответственно в точке K2.

При требуемых значениях =1,5 и =1,2 условия (2), (3) выполняются при >2,0. В сельских сетях это соотношение выполняется только для 1/3 всех линий.

Защиту в таких сетях делают с измерением дополнительного параметра, который дает возможность определить место повреждения. В качестве дополнительного параметра используется уровень высших гармоник тока повреждения в месте установки защиты.

Источником высших гармоник является трансформатор. Ток холостого хода трансформатора содержит 5,7 и 11-ю гармоники. Несимметрия магнитной системы трансформатора вызывает 3-ю и 9-ю гармоники.

  Электромагнитное поле. ЭМВ. Скорость распространения ЭМВ

1. При КЗ на стороне 10 кВ 3-я гармоника тока имеет наибольшее значение при двухфазном КЗ.
2. По расчетным данным он составляет
3. — суммарный ток холостого хода по паспортным данным всех трансформаторов, подключенных к линии.

4. При КЗ на стороне 0,4 кВ самым интенсивным источником высших гармоник тока является электрическая дуга. Ток 3-ей гармоники в этом случае
5. Из формулы видно, что если возникнет КЗ на стороне 0,4 кВ, то ток 3-ей гармоники будет существенно выше, чем при КЗ на стороне 10 кВ.

6. По величине третьей гармоники тока КЗ можно отличить КЗ на линии от КЗ за трансформатором.

Защита выполнена на микроэлектронной базе. Первой ступенью является обычная токовая отсечка А1 без выдержки времени. В схеме также имеется токовая защита с измерительным органом КA реле времени КТ. Она может работать с выдержкой и без выдержки времени.

Это зависит от действия фильтра-реле тока KAZ. Если фильтр-реле срабатывает, то защита действует без выдержки времени, если не срабатывает, то защита действует как МТЗ.

• Фильтр-реле не должен срабатывать при КЗ на защищаемой линии.
• Для этого ток срабатывания реле выбирается по условию
• Ток срабатывания измерительного органа KA выбирают так, чтобы при повреждении в конце защищаемой линии обеспечивался требуемый для МТЗ коэффициент чувствительности
• >=1,5
• Источник

Задание уставок

Дифференциальная защита

Защита МТЗ определяется тем, насколько правильно выбрана уставка – величина тока, при достижении которой включается функция.

При определении ее значения учитывают назначение сети (например, при самостоятельном запуске электродвигателя после временного выключения питания показатель может превышать номинальный, тогда МТЗ не должна выключать его) и минимальный ток замыкания в ней.

При зависимой (полностью или ограниченно) время-токовой характеристике ориентируются на значение, когда реле перегрузки вот-вот сработает, а время задают, ориентируясь на независимую часть.

Важно! Иногда блокировка в защитной системе ставится с ориентацией на напряжение, тогда параметром срабатывания, задаваемым в качестве уставки, становится оно.

Схемы защиты МТЗ

Применяется несколько вариантов конструкций, различающихся устройством.

Трехфазная схема защиты МТЗ на постоянном оперативном токе

Трехфазная конструкция

В главный блок входят два реле: времени и пуска. Используются также указательное реле и еще одно добавочное, ставящееся тогда, когда временное реле неспособно замкнуть цепочку катушки выключения.

Двухфазные схемы защиты МТЗ на постоянном оперативном токе

Они применяются, когда нужно, чтобы система включалась лишь при замыкании между фазами. Существуют схемы с одиночным реле и с парой.

Двухрелейная схема

Ее плюс – реагирование на любые межфазовые замыкания. Минус – меньшая восприимчивость при двухфазных замыканиях за трансформатором. Повысить ее вдвое можно, поставив третье реле.

Схема в основном используется для конструкций с изолированной нейтралью – случающиеся в них замыкания происходят только между фазами.

Возможно применение при глухом заземлении, но тогда для предотвращения однофазного замыкания ставится добавочная конструкция, срабатывающая при токе нулевой последовательности.

Одно-релейная схема МТЗ

Плюс схемы – легкость конструирования. Минусы – наименее высокая чувствительность, несрабатывание при некоторых типах замыканий с двумя фазами.

Принцип действия защиты

Токовая часть защиты реализуется на обычных реле тока.

Но контакты их не действуют напрямую на выходное реле или на отключающую катушку выключателя. На этом пути дополнительно включаются нормально замкнутые контакты реле напряжения.

Выходные контакты реле тока подключаются параллельно друг другу. Последовательно с ними подключаются также собранные в параллель контакты реле напряжения, контролирующих все три линейных напряжения.

Срабатывание защиты происходит лишь в том случае, если сработает любая из комбинаций токовых и напряженческих реле.

А такое бывает только в случае короткого замыкания, при прочих режимах, считающихся номинальными, глубокой посадки напряжения не происходит. Соответственно, защита при штатных перегрузках работать не будет.

По количеству токовых реле конструкция защиты может быть в трехфазном (для генераторов) или двухфазном исполнении. Но во всех случаях количество реле напряжения все равно должно равняться трем.

Если предполагается защита при однофазных то дополнительно к контактам реле напряжения подключается нормально разомкнутый контакт реле напряжения нулевой последовательности, подключенного к соответствующей обмотке ТН.

Для формирования выдержки по времени сигнал из описанной выше схемы поступает на катушку реле времени. По сравнению с обычной МТЗ этот вид защиты имеет более высокую чувствительность.

Предотвращение излишних действий защиты на отключение. В цепи отключения устанавливается накладка для вывода защиты из действия. А вывод этот может потребоваться.

Ложное действие защиты возможно при неисправностях в цепях ТН, сопровождающихся срабатыванием одного или нескольких реле в цепях блокировки. В основном эти случаи возникают в результате перегорания предохранителей на стороне высокого или низкого напряжения .

Поэтому в схему РЗА обязательно входит узел контроля исправности этих цепей.

Интересное видео о настройке и работе ТО и МТЗ смотрите в видео ниже:

Он может работать на сигнал или на вывод защиты из действия.

Обычной практикой является работа на сигнал, поскольку совпадение неисправности ТН с перегрузкой на присоединении, защищенной МТЗ с блокировкой по напряжению, считается маловероятным. У оперативного персонала есть время на принятие решения: вывести защиту из действия или найти неисправность в цепи .

Выбор тока срабатывания защиты МТЗ

Выбор осуществляется с расчетом, чтобы установка уверенно срабатывала при повреждающих воздействиях, но не проявляла активности при недолгих толчках (к примеру, когда запускается электродвигатель) или высоком токе нагрузки. Дифференциация последнего от ситуации, когда должна активизироваться защита, является основной задачей. Также установка не должна быть излишне восприимчивой, иначе цепь будет отключаться, когда это не нужно.

Должны соблюдаться условия:

• реле не должны активизироваться нагрузочным током, поэтому параметр, при котором срабатывает МТЗ, должен быть больше максимального нагрузочного показателя;
• возвратный ток реле должен превышать нагрузочное значение, идущее по защите после окончания замыкания – это нужно для возврата реле в начальное положение.

Выдержка времени защиты МТЗ

1. Для ее нахождения проводится следующий расчет.

   Узнается время работы первой из защит при замыкании:

2. T1=tп1+to1+tв1,
3. где:

• Т1 – искомое время,
• tп1 – погрешность выдержки,
• to1 – время вырубания выключателя,
• tв1 – выдержка для этого реле.

Вторая защита не сработает при условии, что время выдержки для нее будет больше Т1, т.е. tв2>T1.

Tв2=Т1+tп2+tз,

где:

• tп2 – погрешность второго реле,
• tз – запасное время.

Таким образом, ступень будет равна Т=tв2-tв1=tп1+tо1+tп2+tз (для независимой время-токовой характеристики).

Примеры и описание схем МТЗ

Для защиты разных компонентов сетей с питанием, поступающим с одной стороны, используются схемы различных типов.

Однорелейная на оперативном токе

Схема с одним реле на оперативном токе

Применяется реле пуска, реагирующее на изменения разности фазовых потенциалов. Плюсами являются ее простота и малый расход ресурсов – нужны только одно реле и два кабеля. Минусы – невысокая восприимчивость и то, что, если отказал какой-то элемент, фрагмент линии теряет предохранение. Схема подойдет для сетей с напряжением до 10 кВ.

Двухрелейная на оперативном токе

Схема с парой реле

Эта схема, как и предыдущая, защищает электролинии от последствий короткого замыкания между фазами. Цепи в ней формируют усеченную звезду. Она надежна, но, как и предыдущая, не очень чувствительна.

Трехрелейная

Это наиболее надежная и единственная подходящая для конструкций с заземленной наглухо нейтралью схема.

Хотя отсечка тока эффективнее предотвращает короткие замыкания, применение обозреваемого метода больше подходит для предохранения разветвленных электролиний. Для максимально эффективной работы необходимо правильно задать в схеме уставки.