1 Лекция 4 МАКСИМАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА 4.1. Принцип действия токовых защит 4.2. Максимальная токовая защита ЛЭП 4.2.1. Принцип действия и селективности защит 4.2.2. Разновидности максимальной токовой защиты 4.3. Схемы МТЗ на постоянном оперативном токе 4.3.1. Структурная схема трехфазной МТЗ 4.3.2. Схемы двухфазной защиты на постоянном оперативном токе 4.3.3. Однорелейная схема 4.1. Принцип действия токовых защит Одним из признаков возникновения перегрузки по току сверх установленного номинального значения (In), или КЗ является увеличение тока в ЛЭП. Этот признак используется для выполнения РЗ называемых, токовыми. В качестве реле, реагирующих на возрастание тока, служат максимальные токовые реле. В общем случае токовые защиты выполняются трехступенчатыми. Первая ступень защиты – токовая защита без выдержки времени, токовая отсечка имеет только измерительный орган, а вторая и третья ступени – токовая отсечка с выдержкой времени и максимальная токовая защита, имеют два органа: измерительный и выдержки времени. Вторая ступень выполняется с независимой от тока выдержкой времени, а третья с независимой и зависимой. Главное различие между этими РЗ заключается в способе обеспечения селективности. Селективность действия максимальной токовой защиты (третьей ступени), достигается с помощью выдержки времени. Селективность токовых отсечек обеспечивается соответствующим выбором тока срабатывания. 4.2. Максимальня токовая защита ЛЭП 4.2.1. Принцип действия и селективности защиты. Максимальные токовые защиты (МТЗ) являются основным видом РЗ для сетей с односторонним питанием. Они устанавливаются в начале каждой ЛЭП со стороны источника питания (рис.4.1, а). Каждая ЛЭП имеет самостоятельную РЗ, отключающую ЛЭП в случае повреждения на ней самой или на шинах питающейся от нее ПС, и резервирующую РЗ соседней ЛЭП. При КЗ в какой-либо точке сети, например в точке К1 (рис.4.1, а), ток КЗ проходит по всем участкам сети, расположенным между источником питания и местом повреждения, в результате чего приходят в действие все РЗ (1, 2, 3, 4). Однако по условию селективности сработать на отключение должна только РЗ 4, установленная на поврежденной ЛЭП. Для обеспечения указанной селективности МТЗ выполняются с выдержками времени, нарастающими от потребителей к источнику питания, как это показано на рис.4.1, б. При соблюдении этого принципа в случае КЗ в точке К1 раньше 2 других сработает МТЗ 4 и отключит поврежденную ЛЭП. Защиты 1, 2 и 3, имеющие большие выдержки времени, вернутся в начальное положение, не успев подействовать на отключение. Соответственно при КЗ в точке К2 быстрее всех сработает МТЗ 3, а МТЗ 1 и 2, имеющие большее время, не успеют подействовать. 4.2.2. Разновидности максимальной токовой защиты Максимальные токовые защиты выполняются на электромеханических и статических реле прямого и косвенного действия по трех- и двухфазным схемам. По способу питания оперативных цепей МТЗ косвенного действия делятся на РЗ с постоянным и переменным оперативным током. По характеру зависимости времени действия от тока МТЗ подразделяются на РЗ с независимой и зависимой характеристиками (рис.4.1, в). 4.3. Схемы МТЗ на постоянном оперативном токе 4.3.1. Структурная схема трехфазной МТЗ 3 На рис.4.2 приведена структурная схема трехфазной МТЗ с независимой от тока выдержкой времени, характеризующая общие принципы выполнения МТЗ при любой используемой элементной базе. Измерительная часть МТЗ 1 состоит из измерительных органов ИО (в данном случае токовых реле КА мгновенного действия). В трехфазной схеме ИО предусматриваются на каждой фазе, они питаются вторичными токами соответствующих фаз ТТ, соединенных по схеме звезды. Логическая часть 2 состоит из логического элемента (ЛЭ), выполняющего функцию ИЛИ (DW), органа времени КТ (обычно одного на три фазы), создающего выдержку времени t, сигнального реле КН. Исполнительный орган 3, выполняемый посредством выходного промежуточного реле KL, или тиристорной схемы, срабатывая, передает команду на отключение выключателя Q. Исполнительный орган должен обладать мощным выходным сигналом, достаточным для приведения в действие электромагнита отключения (ЭО) YAТ привода выключателя. При возникновении повреждения на защищаемой линии срабатывают токовые реле тех фаз, по которым проходит ток КЗ. При этом у электромеханических реле замыкаются контакты, у статических – появляется выходное напряжение (сигнал) соответствующего уровня (логическая 1 или логический 0). Сработавшие ИО воздействуют через логический элемент ИЛИ на орган времени КТ, который по истечении заданной выдержки времени выдает сигнал, приводящий в действие исполнительный орган KL. Последний срабатывает и подает напряжение от источника оперативного тока в электромагнит отключения выключателя YAT. После отключения повреждения ток короткого замыкания прекращается, измерительные органы и все элементы РЗ возвращаются в исходное состояние. Для успешного размыкания тока, проходящего по ЭО (YAT), контактами промежуточного реле KL после отключения КЗ в цепи отключения на приводе выключателя предусматривается блокировочный вспомогательный контакт (БК) SQ. При включенном выключателе SQ замкнут (рис.4.3, б и в) и размыкается при отключении выключателя Q, разрывая цепь тока электромагнита отключения YAT. В схеме с выходным промежуточным реле размыкание цепи тока, питающего электромагнит отключения с помощью SQ, необходимо, поскольку контакты промежуточного реле KL не рассчитываются на разрыв относительно большого тока электромагнита отключения YAT. При тиристорной схеме отключения выключателя, для прекращения тока в цепи YAT, также необходимо использовать БК, так как тиристор не может закрыться сам при исчезновении открывшего его сигнала. Время действия рассмотренной МТЗ определяется выдержкой времени, установленной на реле времени КТ, и не зависит от значения тока КЗ, поэтому такая РЗ называется защитой с независимой выдержкой времени и имеет характеристику t = f(Iр) в виде прямой линии 1 на рис.4.1, в. 4 Схемы двухфазной защиты на постоянном оперативном токе В случае, когда МТЗ должна действовать только при междуфазных КЗ, применяются двухфазные схемы с двумя или одним токовым реле. Двухрелейная схема с независимой характеристикой (рис.4.5, а, б). Токовые цепи МТЗ выполняются по схеме неполной звезды. Достоинством двухрелейной схемы является то, что она, реагируя на все междуфазные КЗ, экономичнее трехфазной схемы (два ТТ и реле вместо трех). 4.3.2. 5 К недостаткам двухфазной схемы с двумя реле нужно отнести ее меньшую чувствительность (по сравнению с трехфазной схемой) при двухфазных КЗ за трансформатором с соединением обмоток y/Δ (см. рис.4.12). рис. 4.12. Токораспределение и векторные диаграммы токов при двухфазных КЗ за трансформаторами с соединением обмоток: а)- Y/Δ; б)-Δ /Y. При необходимости чувствительность двухфазной схемы можно повысить, установив третье токовое реле в общем проводе токовых цепей. В этом проводе (см. §3.6) протекает геометрическая сумма токов двух фаз, питающих схему, равная току третьей (отсутствующей в схеме) фазы В. С дополнительным реле двухфазная схема становится по чувствительности равноценной трехфазной. Двухфазные схемы широко применяются в сетях с изолированной нейтралью, где возможны только междуфазные КЗ. Двухфазные схемы применяются в качестве МТЗ от междуфазных КЗ и в сетях с глухозаземленной нейтралью. При этом для отключения однофазных КЗ устанавливается дополнительная МТЗ, реагирующая на ток НП. 4.3.3. Однорелейная схема Защита состоит из тех же элементов (рис.4.5, в, г), что и предыдущая схема, но выполняется одним токовым реле КА, которое включается на разность токов двух фаз Ip = Ia – Ic и реагирует на все случаи междуфазных КЗ. К недостаткам, ограничивающим применение схемы, нужно отнести: а) меньшую чувствительность по сравнению с двухрелейной схемой при КЗ 6 между фазами АВ и ВС; б) недействие МТЗ при одном из трех возможных случаев двухфазного КЗ за трансформатором с соединением обмоток Y/Δ когда Ip = Ia – Ic = 0. Однорелейная схема находит применение в распределительных сетях 6-10 кВ, питающих трансформаторы с соединением обмоток y/y и для РЗ электродвигателей. Двухфазная защита с зависимой характеристикой. Токовые цепи этой МТЗ выполняются так же, как и РЗ с независимой характеристикой (рис.4.5, а, в). В качестве реле тока с зависимой характеристикой выдержки времени в отечественных схемах используются реле типов РТ-80 и РТ-90. Схемы оперативных цепей МТЗ аналогичны схемам на рис.4.5, б, г за исключением того, что в них отсутствуют реле времени (КТ).
