Основные принципы выполнения защиты

Линии 6-35 кВ относятся к сети с изолированной или компенсированной нейтралью. Следовательно, их защита должна реагировать на трехфазные, двухфазные КЗ и двойные замыкания на землю. Однофазные замыкания не относятся к коротким замыканиям и могут существовать 2 и более часов. За это время можно переключить нагрузку на другой источник, и уже после этого отключить линию. Поэтому, защита от замыканий на землю может действовать на сигнал. В ряде случаев, защита от замыканий на землю может отсутствовать, например, на воздушных линиях, для которых отсутствуют трансформаторы тока нулевой последовательности. В этом случае поиск места замыкания на землю произво­дится путем поочередного отключения линий.

Для работы при двухфазных и трехфазных коротких замыканиях достаточно иметь устройства защиты установленные в двух фазах. Защита всегда устанавливается в фазах А и С. Она не реагирует на ток фазы В, но это не имеет значения, т.к. при любых междуфазных КЗ ток протекает в 2-х фазах, и сработает защита установленная либо в фазе А, либо в фазе С, либо одновременно в 2 фазах. Действие такой защиты имеет особенности работы при двойных замыканиях на землю, см. рис. 6.1.

ABC ЛИНИЯ 1

Рис. 6.1. Поведение защиты, установленной в 2 фазах при двойных замыканиях на землю

На рисунке указан случай двойного замыкания на землю на линиях 1 и 2. Защиты установлены на обеих линиях в фазах А и С. В изображенном варианте на Л1 ток КЗ протекает в фазе А, где установлена защита, а на Л2 в фазе В, где защиты нет. Поэтому, отключится линия 1, а линия 2 с подключенной к ней нагрузкой останется в работе с замыканием на землю. Рассмотрим все возможные варианты см. таблицу 6.1.

Как видно из таблицы в 2^х случаях из 6 отключается Л1, в 2^х - Л2 и еще в 2^х отключаются обе линии. Это считается преимуществом такого подключения защиты, так как в четырех из шести случаев в работе остается одна линия.

Для защиты линии 35кВ требуется трехрелейная схема защиты. Необходимость ее объясняется тем, что, как правило, нагрузкой линии является трансформатор 35/6-10кВ со схемой соединения Y/Δ. При двухфазном КЗ за трансформатором со схемой соединения Y/ Δ в 2х фазах протекает половина тока КЗ, и только в одной -полный ток. Если эта фаза окажется без трансформатора тока, то в защите протекает ток в 2 раза меньший, что может привести к отказу защиты. Если трансформаторов тока 2, или целесообразно оставить их 2, для обеспечения отключения в большинстве случаев только одной ВЛ при двойных замыканиях на землю, то третье реле можно включить в обратный провод 2-х трансформаторов тока (см. рис. 6.2.).

Рис. 6.2. Распределение токов в элементах защиты включенных в схему неполной звезды

В обратном проводе трансформаторов тока протекает сумма токов двух фаз, равная полному току трехфазного КЗ. Таким образом, можно одновременно обеспечить чувствительность защиты при КЗ за трансформатором Y/Δ, и обеспечить отключение в большинстве случаев только одной ВЛ при двойных замыканиях на землю.

Максимальная токовая защита (МТЗ) контролирует ток в защищаемом элементе, отстраивается от тока нагрузки, и при превышении тока уставки, с выдержкой времени действует на его отключение. Как правило, МТЗ является главной, а иногда единственной защитой линии 6-35 кВ. Максимальная токовая защита - это защита с относительной селективностью, которая не только обеспечивает отключение КЗ на своей линии, а если позволяет ее чувствительность, еще и резервирует отключение КЗ смежного участка.

Селективность максимальной защиты обеспечивается ее выдержкой времени. Выдержки времени смежных МТЗ отличаются на величину, называемую ступенью селективности. Ступень селективности - это минимально возможная разница между временами срабатывания смежных защит, учитывающая точность работы реле. Для защит, выполненных на электромеханической базе, стандартная ступень селективности Δt составляет 0,5 сек. Микроэлектронные и микропроцессорные защиты позволяют обеспечить ступень селективности, равную 0,2-0,3 сек.

Недостатком МТЗ является то, что по мере приближения места установки защиты к источнику питания увеличивается ее выдержка времени. Так как при этом увеличивается и величина тока короткого замыкания, объем повреждения возрастает.

Для быстрейшего отключения КЗ и уменьшения объема повреждения, защита выполняется ступенчатой: кроме максимальной защиты, применяется токовая отсечка. Токовая отсечка (ТО) является первой ступенью токовой защиты и работает, обычно, без выдержки времени. Для обеспечения селективности, ТО отстраивается от тока короткого за­мыкания в конце защищаемой линии (КЗ за трансформатором). Таким образом, защита линии выполняется двухступенчатой: максимальная защита и токовая отсечка.

Вторым способом уменьшения выдержки времени защиты является применение защиты с обратной токозависимой характеристикой выдержки времени. При такой характеристике выдержка времени МТЗ уменьшается по мере увеличения тока КЗ.

В кольцевых сетях и на линиях с двухсторонним питанием в большинстве случаев невозможно обеспечить селективность действия максимальной токовой защиты. В таких случаях приме­няется направленная максимальная токовая защита, орган направления мощности, который разрешает действие защиты при направлении мощности КЗ от шин в линию.

Защита от замыканий на землю (ЗЗ)

Как правило, такие защиты на линиях действуют на сигнал, тем не менее, применение этих защит целесообразно, так как место замыкания на землю нужно отыскать и устранить по возможности быстро, потому что упавший провод опасен для окружающих. Кроме того, повреждение в месте замыкания на землю развивается, и со временем может привести к короткому замыканию. В ряде случаев защита должна обязательно действовать на отключение. Это двигатели и генераторы при токе замыкания на землю более 5 А. Это передвижные механизмы с электродвигательными приводами.

Существенным осложнением является то, что ток замыкания на землю имеет очень малую величину. Эта величина соизмерима с небалансом в нулевом проводе трансформаторов тока, поэтому в нулевой провод ТТ защиту от замыканий на землю не включают. Для защиты от замыканий на землю используют специальные трансформаторы тока нулевой последовательности (ТЗ, ТЗЛ, ТЗР), которые можно применить, только при наличии кабельного вывода из ячейки. Для ячеек КРУ с воздушным выводом, и линий напряжение 35 кВ, для которых отсутствуют специальные трансформаторы тока нулевой последовательности, защиту подключить нельзя.

Для разветвленных сетей с изолированной нейтралью, где емкостной ток одного фидера значительно меньше общего емкостного тока, в качестве 33 можно применить просто токовую защиту высокой чувствительности.

Для сетей с компенсированной нейтралью эти принципы 33 не годятся, так как величина тока на поврежденной линии может быть меньше, чем на неповрежденной, а направление этого тока может быть каким угодно. Для них используется специальные защиты, работающие на высших гармониках, учитывая, что реактор в нейтрали компенсирует только основную гармо­нику тока, а высшие гармоники остаются.