НАЗНАЧЕНИЕ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НЕЙ 2 страница
Защита может быть установлена в качестве основной защиты Л1, если kч 1,5, и защита 1 может быть резервной для Л2, если kч 1,2 при к.з. в точке КЗ. Как уже упоминалось выше, селективность действия достигается выбором выдержек времени, рис. 14 Согласование времени МТЗ линий Л1 и Л2 причем t1 > t2 (рис. 14);
называется ступенью селективности. Величина должна быть такой, чтобы при к.з. на Л2 защита 1 не успевала сработать. Для этого где , - погрешности в работе защит 1 и 2, которые учитывают самые худшие их сочетания, т.е. для защиты 2 это погрешность в сторону увеличения времени, а для защиты 1 - в сторону уменьшения (рис. 14); - время отключения выключателя второй линии. Приняв некоторое tзап можно записать, что Величина зависит в основном от и погрешностей реле КГ в схемах защиты принимается для МТЗ с независимой характеристикой 0,35¸0,6 с.
МТЗ с зависимой выдержкой времени выполняется с помощью индукционных реле серии РТ-80. Время замыкания контактов их зависит от величины тока, протекающего по катушкам реле. Чем больше ток, тем быстрее сработает реле. Для расчета времени действия защиты 1 на границе зоны действия (точка К1) необходимо знать время действия защиты 2 при к.з. К1 , тогда Это соотношение выполняется на всем интервале действия Р32, когда защита 1 выступает в качестве резервной для Р32 и резервирует отказ Q2. Для МТЗ имеющих зависимый от тока характер выдержек времени, график согласования защит приведен на рис. 15.
Определение t производится по расчетным кривым для реле серии РТ-80. Требование селективности действия для данного вида защиты может быть сформулировано следующим образом: время действия защиты 1 должно быть больше, чем на том участке сети, где возможна совместная работа этих защит, т.е. на линии Л2.
Из рисунка 15 очевидно, что данный принцип выполняется. Существенным преимуществом МТЗ с зависимой выдержкой времени является то, что большее значение Iкз отключается с меньшей выдержкой времени, что характерно для головных участков сети с односторонним питанием.
Реле типа РТ-80 более сложные и дорогостоящие по сравнению с реле типа РТ-40. Использованием МТЗ с зависимой характеристикой времени целесообразно, когда необходимо понизить время отключения короткого замыкания на головном участке защищаемой сети. Так, на сопоставления времен срабатывания МТЗ с независимой и зависимой характеристикой по рис. 14 и 15 видно, что на питающей линии Л1 время отключения к.з. в начале линии при иcпользовании МТЗ с зависимой характеристикой существенно снижается.
МТЗ с блокировкой по минимальному напряжению. В сильно нагруженных линиях Iнагр.max max мало отличается от Iкз.min, что приводит к низкому значению kч. Для увеличения kч принимают МТЗ с блокировкой по минимальному напряжению. Для сложных пнищ в качестве входных параметров могут использоваться несколько воздействующих ветчин (см. рис. 2). Сигнал Z1 на выходе пускового органа появляется, если одновременно существуют сигналы на выходе пускового органа по току (Х1) и пускового органа по напряжению (X2). Пусковые органы данной МТЗ фиксируют одновременное изменение двух параметров: резкое увеличение тока и резкое снижение напряжения, что характерно для режима к.з. Применение пуска по напряжению позволяет улучшить отстройку защиты от токов максимальной нагрузки.
В режимах перегрузки ток увеличивается, а напряжение практически не изменяется, а при к.з. происходит резкое увеличение тока и снижение напряжения, поэтому используют в качестве пусковых органов реле, срабатывающие при увеличении тока, и реле минимального напряжения, срабатывающие при значительном снижении напряжения. В данном случае IСЗ можно определять по току нормального рабочего режима без учета перегрузки
Напряжение срабатывания выбирается по условию не действия при допустимых посадках напряжения
,где ; ;
.
Также необходима проверка по условию обеспечения самозапуска асинхронных двигателей, которые тормозились при снижении напряжения, происходящего при внешнем к.з. Рекомендуется принимать . Из двух значений UC3 необходимо принять UC3.min .
Схема МТЗ с блокировкой по минимальному напряжению имеет два пусковых органа, контакты которых включены последовательно (рис. 16).
На рисунке 17 приведены способы выполнения пусковых органов напряжения.
В схеме на рис. 17, а пусковой орган минимального напряжения выполнен с помощью трех реле минимального напряжения, включенных на линейные напряжения, и реле напряжения нулевой последовательности реле KV4. Последнее работает при возникновении к.з. на землю.
Наиболее часто используется комбинированный пуск по напряжению. Схема его приведена на рис. 17, б, где ZV- фильтр напряжений обратной последовательности.
Данный способ выполнения пуска обладает лучшей чувствительностью при двухфазных к.з., так как при данном виде к.з. напряжение на выходе фильтра (ZV) резко увеличивается по сравнению с нормальным режимом, работает KV1 и снимается питание с реле KV2, которое подает питание на контакты токовых реле КА:
.
При трехфазных к.з. реле KV1 не работает, т.к. напряжения обратной последовательности нет. На обмотку реле KV2 подано напряжение Uab, и реле KV2 может сработать, если . При - защита не работает. Правила расчета Uсз для реле KV2 такие же, как для реле минимального напряжения в схеме, приведенной на рис. 17, а. Величина UK3, подводимого к реле KV2 при трехфазном к.з., зависит от места его возникновения. При к.з., близких к месту установки защиты, UK.3. снижается практически до пуня и реле KV2 срабатывает.
Качество защиты оценивается по kч токового и kч напряженческого органов:
; ,
где Uост - напряжение в месте установки защиты при трехфазном к.з. в конце защищаемой зоны. Защита пригодна к установке, если ; .
Согласование выдержек времени проводится так же, как и для обычной МТЗ.
4. НАПРАВЛЕННЫЕ МТЗ
В сетях с двухсторонним питанием с помощью обычных МТЗ не удается обеспечить селективное отключение поврежденного участка сети. Например, при к.з. в точке К1 (рис. 18) , а при к.з. в точке К2, наоборот, . Такие противоречивые требования нельзя выполнить с помощью обычной МТЗ. Отличить место возникновения к.з. можно, если контролировать направление мощности к.з. SK. При к.з. в точках К1 и К2 направление SК изменяется для защиты 3 и 2. Так, при к.з. К1 . направлена в сторону защищаемой линии, данное направление называется «от шин в линию». Следовательно, при мощности, проходящей через защиту в направлении «от шин в линию», защита должна работать. Если мощность направлена «из линии к шинам», то защита не должна работать. При выполнении данных условий к.з. К1 будут отключаться защитами 3 и 4, а к.з. К2 - защитами 1 и 2.
Время действия должно согласоваться между собой у защит, работающих от тока к.з. одного источника, и увеличение времени происходит но мере приближения от потребителя к тому источнику, от которого работает данная защита. График согласования защит приведен на рис. 19. В соответствии с изложенными выше правилами между собой согласуются защиты 1,3, 5 и 2,4, 6: .
Направление мощности SK, при котором должна работать каждая защита, указано на рис. 19. Величина Iсз определяется, как для обычных МТЗ:
Неизменными по сравнению с МТЗ остаются и правила определения kч.
Упрощенная схема направленной МТЗ представлена на рис. 20. Сигнал на отключение подается только при условии увеличения тока Iк.з. > Iсз и направлении мощности Sк.з., соответствующем к.з. на защищаемой линии. Изложенное выше требование обеспечивается последовательным соединением контактов токового реле КА и реле направления мощности KW.
Определение направления мощности выполняется с помощью реле направления мощности. Конструкция индукционного реле направления мощности приведена на рис. 21.
Реле состоит из магнитопровода (1) набранного из шихтованной стали, и имеет 4 выступающих внутрь полюса. Между полюсами расположен подвижный якорь (2) с укрепленными на нем подвижными контактами (3). Реле имеет две обмотки - четырехсекциоиную (W1) обмотку напряжения и двухсекционную (W2) токовую. Токи, протекающие по обмоткам, создают магнитные потоки Фт и Фн, сдвинутые в пространстве на угол 90° (см. рис.18). Они приводят в движение якорь, величина электромагнитного момента Мэ определяется по выражению
,
где j - угол между магнитными потоками Фт и Фн.
Поясним работу реле с помощью векторной диаграммы (рис. 22). Построение начинаем с Uр и Iр, угол φр между которыми зависит от параметров сети, в которую подключено
реле. Ток, протекающий по обмотке напряжения, обозначим Iн. Угол между Iн и Up, обозначенный как а, является внутренним углом реле. Он зависит от параметров обмотки напряжения. Величина , а т.е. выражение для Мэ можно записать следующим образом: . Направления Фт и Фн принимаем совпадающими с соответствующими токами. Тогда из анализа векторной диаграммы следует и , где .
Величина Мэ > 0, если , т.е. °. И Мэ < 0, если 180°< < 360°. Таким образом, линия, совпадающая по направлению с /н, делит плоскость на две части, где Мэ > 0 и Мэ < 0. Она называется линией изменения знака момента. Перпендикуляр к ней (+М-М) соответствует максимальному значению Мэ, так как a = 90°. Угол , при котором момент достигает максимального значения, называется углом максимальной чувствительности ( ). Это наиболее выгодный угол для работы реле направления мощности. При установке реле направления мощности в схему защиты нужно стремиться, чтобы величина φкз - угла между Iкз и Uкз при расчетных к.з. на защищаемой линии - была как можно ближе к φм.ч, т.к. по мере удаления от него уменьшается величина Mэ, и ухудшаются условия работы реле. При направлении тока «из шин в линию , Мэ также положителен и реле мощности замыкает свои контакты. Если направление пока «из линии в шину», то угол φр изменяется на 180° и становится отрицательным. Контакты реле мощности при этом не замыкаются.
Промышленностью выпускаются реле, имеющие различные значения α (30°, 45°, 60°).
Направленные защиты имеют мертвую зону при возникновении трехфазных к.з. в месте установки защиты, т.к. М3 реле мощности равен 0, поскольку Up = 0 при данном виде к.з. Реле направления мощности при этом не работает.
Кроме индукционного существуют другие принципы выполнения реле направления мощности, а именно реле, выполненные на основе схем сравнения, и реле на времяимпульсном принципе. Для всех реле направления мощности стандартными являются следующие характеристики.
1 Минимальное значение мощности, при котором сработает индукционное реле, Sср.min= 0,2 4В·А. Эта мощность и создаваемый реле электромагнитный момент необходимы для преодоления механических моментов сопротивления существующих индукционных реле.
2. Характеристика чувствительности Ucp =f(Iр) при =jм.ч. Вид характеристики приведен на рис. 23. Практически неизменное Ucpпри большом значении Iр объясняется насыщением стали магнитопровода реле.
3. Угловая характеристика Uср =f( ) при Iр = const. Данная характеристика приведена на рис. 24 при условии, что угол а = 45°, jмл= 315°.
Вид зависимости можно получить, преобразовав выражения для Мэ следующим образом: .
Условие для срабатывания реле .
Если учесть, что k > 0, Iр > 0, , то величина Uср определяется значением : при и , при р .
Данная характеристика позволяет определить желательные значения углов для
наилучших условий его срабатывания.
Анализ угловой характеристики позволяет заметить, что при некотором значении величина Мэ мала и реле направления мощности может не сработать, ню приводит к отказу действия защиты. Для того чтобы, по возможности, избежать этой ситуации для защиты от определенного вида к.з. (междуфазных и однофазных), используют различные схемы включения реле направления мощности. Схемой включения называется сочетание фаз тока и напряжения, подводимых к реле. Требования к схемам включения заключаются в правильной работе реле при всех видах к.з. и подведении к реле наибольшей мощности при к.з. Для этого реле направления мощности должно включаться на такое напряжение, которое при близ-
ких к месту установки защиты к.з. не снижается до нуля, а также на такие токи и напряжения, чтобы при к.з. угол сдвига ф р не достигал того значения, при котором Мэ = 0.
Условие Up ¹ 0 невыполнимо при близких трехфазных к.з., угол сдвига можно выбрать удачно, если проанализировать векторную диаграмму реле, изменение угла при возможных к.з. и выбранную схему включения реле направления мощности.
В современных защитах применяются две схемы включения: девяностоградусная и тридцатиградусная, названные так по величине угла между током и напряжением, подведенным к реле. Ниже приведены токи и напряжения, подводимые к реле направления мощности по этим схемам.
90° схема | |
Ip | Uр |
ia | ubc |
ib | uca |
IC | uab |
30° схема | |
Ip | Up |
ia | uac |
ib | uba |
IC | UCB |
Анализ схем включения показывает, что 90° схема наиболее пригодна для реле с внутренним углом a = 30° и a = 60°, а 30° схема - для реле с углом a = 90°.
В заключение отметим основные достоинства и недостатки МТЗ. К достоинствам можно отнести простоту схемы, принципа действия и алгоритмов работы, а также относительно невысокую стоимость. Основной недостаток заключается в наличии выдержек времени при отключении к.з., при этом чем больше ток Iк.з, тем больше выдержка времени. Исключение составляют защиты с зависимыми от тока выдержками времени. Второй недостаток - низкий коэффициент чувствительности, поскольку Iсз определяется по максимальному току самого тяжелого нагрузочного режима. Несколько увеличить значение коэффициента чувствительности позволяет применение МТЗ с блокировкой по минимальному напряжению.
Направленные МТЗ обеспечивают селективное отключение повреждений в сетях с двухсторонним питанием, но наличие реле направления мощности приводит к появлению мертвой зоны защиты.
Области применения МТЗ, направленных МТЗ и МТЗ с блокировкой по минимальному напряжению рассмотрены в главах 12-15 настоящего пособия.
5. ТОКОВЫЕ ОТСЕЧКИ
Разновидностью токовой защиты являются токовые отсечки (ТО), которые используются в качестве первых ступеней токовых защит. Это защиты, позволяющие мгновенно, без выдержки времени, отключать к.з. в сети. Селективность действия ТО достигается выбором Iсз. Схемы отсечек очень простые, но данные защиты имеют ряд существенных недостатков. ТО бывают селективные и неселективные, мгновенного действия и с выдержкой времени, а также направленные и ненаправленные.
Рассмотрим принцип действия мгновенной селективной ТО (рис. 25). Характер изменения Iкз в зависимости от Iкз, где (кз - расстояние до точки к.з., приведен на графике. Iкз можно определить следующим образом:
, где ;
Ток Iсз должен быть выбран так, чтобы защита отключала к.з. на своей линии и не отключала на соседней, т.е. , где - максимальное значение Iкз при к.з. в начале следующей ЛЭП; введя kн получим , kн= 1,2 ÷ 1,3. Если рассчитывать защиту по току двухфазного к.з., который меньше, чем ток трехфазного к.з., то возможно неселективное действие токовой отсечки при к.з. на последующей линии. Время действия складывается из времени замыкания контактов реле, входящих в схему защиты. В основном это время действия промежуточных реле. Обычно tсз находится в диапазоне 0,02 ÷ 0,06 с (для электромеханических реле).
Точка М, в которой Iкз = Iсз, делит линию Л1 на две части: где Iсз < Iкз - зона работы защиты и, где Iсз > Iкз - «мертвая зона» и защита не работает. Наличие мертвой зоны является самым существенным недостатком ТО. Величина «мертвой зоны» может быть определена графически или исходя из следующего: на границе «мертвой зоны»
Iкз = Iсз;
откуда
или
.
Допустимо применение ТО, если ее зона охватывает более 20% от длины линии.
Для защиты части линии, не попавшей в зону ТО, применяют еще одну ТО с выдержкой времени, которая выступает в качестве второй зоны токовой защиты. Ток Iсз выбирают с учетом охвата всей защищаемой линии. Для этого ток срабатывания согласуют с током срабатывания мгновенной ТО следующей линии (линия Л2):
также согласуется с временем :
; =0,5.
График согласования защит приведен на рис. 26.
Схема ТО без выдержки времени аналогична схеме МТЗ без реле времени. Схема ТО с выдержкой времени такая же, как и схема МТЗ.
Мгновенная неселективная ТО действуют за пределами своей линии. Применяются для мгновенного отключения к.з. в пределах всей защищаемой линии. Неселективное действие исправляется действием автоматики повторного включения (АПВ). Данный вид ТО используется на блоках линия-трансформатор (рис. 27) для трансформаторов небольшой мощности - Iсз защиты 1 отстраивается от Iсз защиты 2:
, , .
При данном способе согласования вся линия Л1 входит в зону мгновенной ТО. Буквой С на рис. 27 обозначена зона совместного действия защит. При к.з. на трансформаторе (точка к.з. К1) могут сработать обе защиты 1 и 2 и отключить оба выключателя. После отключения Q1 срабатывает АПВ и включает Q1. Если устойчивое к.з. было на трансформаторе, то повторно оно отключается защитой 2, если устойчивое к.з. на линии - то защитой 1, а если к.з. неустойчивое и самоликвидировалось, то после действия АПВ блок линия-трансформатор остается в работе.
На линиях с двухсторонним питанием также возможно применение ТО, только в этом случае их выполняют направленными. График согласования защит приведен на рис. 28.
Каждая ТО отстраивается от тока к.з., протекающего от «своей» системы при расчетном внешнем к.з. (на шинах в конце линии):
; .
Зоны действия защит указаны на рис. 28. Схема направленной ТО аналогична схеме направленной МТЗ, но в ней отсутствует реле времени. Направленная ТО так же, как и направленная МТЗ, имеет мертвую зону но напряжению при трехфазных к.з. в месте установки защиты.
Несмотря на все отмеченные недостатки, ТО всех разновидностей применяются в качестве первых ступеней защит линий, поскольку к.з., возникающее в зоне действия мгновенной ступени, отключаются без выдержки времени и, кроме того, ТО одно из самых простых устройств релейной защиты.
Рис. 28. Согласование направленных ТО
Дата добавления: 2015-05-21; просмотров: 1319;