комбинированные отсечки по току и напряжению

Лекция №3 Токи
срабатывания
защиты
ТОКИ СРАБАТЫВАНИЯ И
ЗАЩИЩАЕМЫЕ ЗОНЫ
ПЕРВОЙ И ВТОРОЙ
СТУПЕНЕЙ ЗАЩИТЫ
 Первая
ступень. Выбор тока
срабатывания первой ступени
рассматривается на примере ее
использования для защиты линии
АБ радиальной сети с
односторонним питанием (рис. 1).
Защита устанавливается с
питающей стороны А.
 Для
обеспечения ее селективности
несрабатывания при внешних к. з.
на элементах, присоединенных к
шинам приемной подстанции Б, ее
ток срабатывания IIс.з. выбирается
большим максимального тока,
проходящего по участку А Б при
внешнем к. з. Расчетная точка К
металлического к. з. расположена
у шин подстанции Б за защитами
присоединений.
 Ей
соответствует Iк.з вн. макс обычно
трехфазного к. з. Ток
I
 Реле
I
с. з.
k
I
отс
 I к. з. вн. макс .
(1)
тока отсечек от многофазных к. з.,
как правило, включаются на полные
вторичные токи ТТ.
 Поэтому при всех видах к. з. kсх =
1, IIс.з одинаков и ток срабатывания
реле
I
I
с. р
I
отс
k

 I к . з. вн. макс .
nТ
(2)
Рис. 1. Выбор тока срабатывания и
определение защищаемой зоны первой
ступени (отсечки) токовой защиты.
 Определение IIс.з
производят, исходя из
действующего значения периодической
слагающей начального тока внешнего к.
з. (для времени t = 0). Коэффициент
отстройки kIотс > 1 следует выбирать
возможно меньшим, учитывая, что с
уменьшением IIс.з может резко
увеличиваться защищаемая зона ℓ
(рис.1).
 При
определении значения kIотс
необходимо учитывать влияние на
работу защиты апериодической
слагающей в первичном токе к. з.,
«плохо», но трансформирующейся
ТТ., неточность расчета тока к. з. и
погрешности ТТ. и реле тока. Для
защит, например, с
электромагнитными
реле тока,
работающими через
промежуточное реле, часто
принимают kIотс ≈1,2÷1,3.
Соображения по вероятностному подходу к
выбору параметров срабатывания отсечек.
По мере приближения места повреждения к
шинам А ток Iк.з, например, I(3)к.з, возрастает
по кривой 1. Защищаемая зона ℓI(3)определяется абсциссой точки пересечения
кривой 1 с прямой 2, изображающей ток
IIс.з, не зависящий от места к. з. Зона
ℓI(3)составляет только долю длины ℓ линии
АБ.

Поэтому рассматриваемая отсечка
в общем случае не может быть
основной защитой линии. Токи
несимметричных к. з. часто могут
быть меньше трехфазных.
Питающая система имеет
минимальные режимы с
увеличенными эквивалентными
сопротивлениями.
 Поэтому
кривая Iк.з = f (ℓ) (кривая 3) в
режимах, отличных от принятого для
определения IIс.з, может располагаться
значительно ниже кривой 1;
соответствующая ей защищаемая зона ℓI <
ℓI(3)и в некоторых случаях может снижаться
даже до нуля
 Иногда
отсечка без выдержки времени
оценивается
также
коэффициентом
чувствительности kIч при повреждении в
начале защищаемого участка (у места ее
включения).
 Для сокращения числа случаев работы
отсечки с уменьшенными защищаемыми
зонами реле включается, как было принято
выше, по схемам kсх = 1.
В
некоторых случаях рассматриваемые
отсечки могут являться и основными
защитами, например, одиночных линий,
питающих трансформатор (рис.2) (блок
линия — трансформатор). В этом случае
допустимо срабатывание защиты линии при
к. з. в трансформаторе.
 Если
выбрать ток срабатывания отсечки
больше Iк.з вн. макс при к.з.
 за трансформатором, часто представляется
возможным защищать ею всю длину линии
с необходимым кч (трансформатор имеет
свои защиты). В таких случаях защита со
ступенчатой
характеристикой
может,
очевидно, выполняться
Рис. 2. Работа первой ступени (отсечки) токовой
защиты на линии, работающей в блоке с
трансформатором
 без
второй ступени (третья требуется для
работы защиты как резервной при
повреждениях за трансформатором, в
последнем или на линии через большое rп).
 Вторая ступень. Основное назначение
второй ступени — защита зоны, в которую
входит конец защищаемого участка и шины
приемной подстанции.
 Вторые
ступени токовых защит для
предотвращения их срабатывания в первых
зонах защит предыдущих элементов
выполняются с выдержками времени tn и
представляют токовые отсечки с
выдержкой времени.
 Для сокращения времен ликвидации к. з.
выдержки времени вторых степеней всех
защит сети стремятся выбирать
одинаковыми и равными
t t t
II
II
n
I
( n1) макс
 t
 Времена
первых ступеней tIn-1
предыдущих аналогичных защит
элементов или других их защит без
выдержки
времени,
например
дифференциальных
защит
трансформаторов,
обычно
не
превосходят 0,1 с. Ступень Δt
имеет
значения,
меньшие
определяемых
 по, так как отсутствует
погрешность в выдержке времени
предыдущей защиты. Поэтому tII
обычно не превосходит 0,5 с.
 При
рассмотренном способе выбора
выдержек времени (tII = tIn =const) ток
срабатывания IIIс.з n второй ступени n-й
защиты для предотвращения ее
срабатывания во вторых зонах предыдущих
аналогичных защит (рис. 3, а) необходимо
выбирать большим максимального тока к. з.
при повреждениях в начале вторых зон

Рис. 3. Выбор параметров срабатывания ступенчатой
токовой защиты.
а — ток срабатывания второй ступени, б и. в — время
срабатывания второй и третьей ступеней (отсечек); г —
параметры срабатывания первой и второй ступеней
защит сети
 защит
этих элементов (практически в конце
первых), когда перестают срабатывать
первые ступени их защит с током IIс.з (n-1).
Поэтому
I
II
c. з n
k
 Коэффициент
II
отс
I
I
с. з ( n1) макс
.
(3)
отстройки kIIотс,
учитывающий погрешности реле и ТТ
согласуемых защит, обычно принимается
равным примерно 1,1—1,15.
 Для
предотвращения срабатывания второй
ступени при к. з. за трансформаторами
приемной подстанции (Б), когда через нее
может проходить Iк.з т макс, отключаемый
защитой трансформатора с tIIIт > tIIn,
I
II
c. з n
k
II
отс
 I к. з т. макс .
(4)
 Ток
срабатывания IIIс.з n выбирается
большим из значений, вычисленных по (3)
и (4). Длина ℓII определяется, как и для
первой ступени, абсциссой точки
пересечения кривой Iк.з = f(ℓ) и прямой тока
срабатывания IIIс.з.
 Вторые
ступени защиты по характеристике
могут действовать и при к. з. в первой зоне
ℓI, нормально защищаемой первой
ступенью, если она не срабатывает,
например, вследствие недостаточного тока
к. з. при повреждении через переходное
сопротивление. С другой стороны, при
недостаточной чувствительности второй
ступени может срабатывать более
чувствительная третья ступень.
 Чувствительность
второй ступени проверяется
по металлическому к. з. на шинах приемной
подстанции в минимальном режиме работы
питающей системы. Коэффициент
чувствительности kIIч допускается иметь
меньшим kIIIч резервирующей ее третьей
ступени. Считаются желательными kIIч мин ≥
1,3.
ОЦЕНКА И ОБЛАСТЬ
ПРИМЕНЕНИЯ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ

Преимуществом токовой защиты со ступенчатой
характеристикой по сравнению с максимальной
токовой является возможность более быстрого
отключения к. з. первыми и вторыми ступенями
на всех участках сети. Основные недостатки
защиты — недостаточная в ряде случаев
защитоспособность первой и второй ступеней,
зависимость длины защищаемых зон от режимов
работы питающей части системы и вида к. з.
 Первая
и вторая ступени
принципиально могут быть
выполнены селективными в сетях
любой конфигурации, с любым
числом источников питания но,
возможно, будут иметь меньшую
защитоспособность и
чувствительность, чем в
рассматриваемом случае.
 Однако
токовая ступенчатая
защита в целом обеспечивает
селективность несрабатывания при
внешних к. з. только в сети
радиальной конфигурации с
односторонним питанием, что
определяется третьей ступенью —
максимальной токовой защитой.
Защита, несмотря на отмеченные
недостатки, широко используется
сетях радиальной конфигурации с
односторонним питанием
 Она
работает при всех
многофазных к. з. и выполняется с
разными комбинациями числа
ступеней. Добавление токовых
отсечек без выдержки времени
может также существенно
улучшать свойства максимальных
токовых защит с зависимыми
характеристиками.
 Значительно
лучшей чувствительностью
обладают рассматриваемые ниже
ступенчатые токовые защиты нулевой
последовательности, применение которых
возможно в сетях с глухозаземленными
нейтралями (напряжением ≥110кв) для
действия при К(1) и К(1,1).
 Повышение
чувствительности при
многофазных к. з. (например, в сетях
напряжением ≥35 кВ) может быть
достигнуто при комбинированном
использовании отсечек по току и
напряжению. Однако получающиеся
токовые защиты значительно усложняются
и поэтому даже для указанных сетей
возникает вопрос о большей
целесообразности применения в случае
необходимости дистанционных защит.
 Возможно
также улучшение
защитоспособности,
чувствительности и времен
отключения к. з. при выполнении
ступенчатых защит с неполной
селективностью, например первых
ступеней, в сочетании с
устройствами АПВ и АВР,
исправляющими допущенные их
излишние срабатывания.
КОМБИНИРОВАННЫЕ ОТСЕЧКИ
ПО ТОКУ И НАПРЯЖЕНИЮ
 Комбинированная
отсечка по току
и напряжению обычно
представляет собой вторую, а
иногда и первую ступень токовой
защиты от междуфазных к. з.,
селективность функционирования
которой при к. з. вне защищаемой
зоны достигается комбинированной
отстройкой по току и напряжению
(для второй ступени также и по
 Рассматриваемый
вариант может
применяться для более эффективной
отстройки от к.з. за трансформаторами
понижающих подстанций (токовая отсечка,
отстроенная от к. з. за трансформатором,
может не обеспечивать необходимый kч).
Принципиально учет применения отсечки и
по напряжению производится одинаково
как для второй, так и для первой ступеней
защит.
 Ниже
для простоты рассматривается первая
ступень защиты тупиковой линии в сети с
глухозаземленной нейтралью, работающей
в блоке с трансформатором (рис.4, а). Для
обеспечения работы при всех замыканиях
между двумя фазами (АВ, ВС, СА) на
линии в схеме (рис.4, б) используются три
минимальных реле напряжения РН,
включенных на соответствующие Uмф.
 Защита
в целом должна также иметь не
показанные на схеме третью ступень
(максимальную токовую защиту) и часть
защиты от к. з. на землю.
 Для
обеспечения
селективности
комбинированной отсечки при внешних к.
з. в любых режимах работы питающей
системы ее Uс.з и Iс.з между собой особо
согласуются.
 Ток
срабатывания защиты выбирается из
условия обеспечения требуемого
 коэффициента чувствительности kч.т по
току Iс.з = I′к з мин/кч. т, где I′к з мин минимальный ток к. з. в конце защищаемой
линии - точке К' (рис.4, а). Рассчитанный
таким образом ток Iс.з проверяется также по
условиям отстройки: от Iраб макс (Для
предотвращения действия защиты при
неправильном срабатывании РН вследствие
нарушения цепей напряжения);
Рис. 4. Комбинированная отсечка по току и
напряжению.
а — линия, защищаемая отсечкой, б —
принципиальная схема отсечки,
Рис. 4. Комбинированная отсечка по току и
напряжению.
в — диаграмма, характеризующая работу реле
напряжения при внешних к. з.
 от
тока нагрузки при несимметричных к. з.
вне защищаемого направления (точка К″ ),
сопровождающихся срабатыванием РН
 Для исключения действия отсеки при к з за
трансформатором (точка К"') при любых
токах к з выбирается Uс.з < Uост B месте
включения РН, обусловленного током Iк з =
Iс з Принимая
U ост  U
( 3)
ост
 3  I с. з  Z л  Z т ,
получаем:
U с. з  3  I с. з  Z л  Z т / k отс ,
где коэффициент отстройки котс > 1.
Отсечка не действует при к. з. за
трансформатором при таком выборе Iс з и
Uс.з
в случае Iк з > Iс з из-за того, что не
срабатывает РН;
в случае Uост < Uс.з из-за того, что не
срабатывает РТ,
 Напряжение
Uс.з должно быть проверено по
условию отстройки от Uраб.мин и более
тяжелых условий, возникающих после
отключения внешних к. з. При нормальной
работе подействовавшие реле РН находятся
под напряжением Uраб в исходном
состоянии и их размыкающие контакты
разомкнуты.
 При
внешнем к. з. (точка К") Uр снижается
до вторичного Uост.в (рис. 4, е) и РН
срабатывает (происходит его отпускание),
замыкая свой контакт. После ликвидации
внешнего к. з. защитой поврежденного
элемента РН вновь действует, размыкая
контакт. Напряжение в системе вследствие
самозапуска двигателей и других факторов
может быть при этом еще полностью не
восстановившимся.
 Учитывая
это коэффициентом запуска kзU >
1, получаем для обеспечения возврата реле
выражение
U в. р  U раб. мин.в / k отс  k зU .
 Принимая
во внимание коэффициент
возврата реле, который для минимальных
реле (в отличие от максимальных) больше
1, получаем:
U c. р  U раб. мин.в / k отс  k в  k зU .
 Так,
например, принимая kотс=1,2, kв= 1,15
имеем Uс.р ≤ Uраб.мин представляющее собой
верхний допустимый предел Uс.р
Из рассмотренных условий расчетным
является то, которое дает меньшее значение
Uс.р. Выбранное Uс.з должно обеспечить
необходимый коэффициент
чувствительности по напряжению kч.н= Uс.з /
Uост при к. з. в конце линии (точка К')-
 Необходимо
отметить, что в отличие от
максимальных реле тока для минимальных
реле напряжения kч, определяется
отношением параметра срабатывания к
расчетному значению электрической
величины.
 Из
сказанного видна
необходимость учета при выборе
параметров отсечки многих
факторов. Схемы с отсечками
относительно сложны. При
использовании полупроводниковой
техники простейшие реле
сопротивления по сложности
сопоставимы с реле тока и
напряжения. Поэтому в настоящее
время, как указывалось, часто
отдается предпочтение более
эффективным дистанционным
защитам