Схемы МТЗ с независимыми выдержками времени, выполненными по схемам полной и неполной звезды, область применения, принцип действия.

Ответ:

Неполная звезда.

На рис. 5, а, в приведена схема двухступенчатой токовой защиты, состоящей из максимальной токовой защиты с двумя или тремя реле тока и токовой отсечки с двумя реле тока. Два трансформатора тока ТТЛ и ТТС включены в фазы А и С. Их вторичные обмотки соединены по схеме неполной звезды. Измерительные органы защиты — максималь­ные реле тока мгновенного действия включены в фазные провода вто­ричных цепей ТТЛ и ТТС (реле РТ1, РТ4 и РТ2, РТ5) и вобратный провод схемы (реле РТЗ).

В нормальном режиме в реле РТ1 и РТ4 (рис. 5, а) проходит вто­ричный ток фазы А (I₂А), в реле РТ2, РТ5 — ток фазы С (/₂ с). а в реле РТЗ — геометрическая сумма этих токов: /_2в = I_2A⁺l_2c(рис. 5, б).

При угловом сдвиге между векторами фазных токов в стандартной трехфазной сети, равном 120°, значение тока фазы В равно значению токов в фазах А и С. В схеме неполной звезды (рис. 5, а) этот ток про­ходит в обратном проводе, куда включено реле РТЗ. Таким образом, коэффициент схемы здесь

K⁽³⁾cх= 1.

Рис. 5, Принципиальная схема двухступенчатой токовой защиты на постоянном оперативном токе для сетей 3—35 кВ (схема "неполная звезда") : а — цепи пере­менного тока; б — векторная диаграмма вторичных токов /2,' в — цепи постоян-

ного оперативного тока

РТ1—РТЗ — максимальные реле тока максимальной токовой зашиты; РТ4, РТ5 — реле токовой отсечки; РВ , РП , PC— реле времени, промежуточное, сигналь­ные (указательные) ; ТТЛ, ТТС — измерительные трансформаторы тока вфазах А и С; В — выключатель защищаемой линии электропередачи (или трансформатора)

При трехфазном КЗ (рис. 4, а) вторичные равные между собой токи КЗ фаз А, В и С (/⁽³⁾_{2 к} ) проходят по всем реле РТ1—РТ5 (рис. 5, а) .

При двухфазных КЗ между фазами А и В или В и С вторичные токи КЗ проходят соответственно через реле РТ1, РТ4 или РТ2, РТ5, а также в обоих случаях — через реле РТЗ. Эти токи могут быть опре­делены по выражению

где /⁽³⁾_{2 к} — ток при трехфазном КЗ; n_т — коэффициент трансформации трансформаторов тока; 0,865 — коэффициент, показывающий, что значение тока при двухфазном КЗ меньше, чем при трехфазном.

При двухфазном КЗ между фазами А и С такие же токи проходят через реле РТ1, РТ2, РТ4, РТ5, но в реле РТЗ (в обратном проводе) значение тока близко к нулю. Однако это не может привести к отказу срабатывания защиты, так как контакты реле РТ1—РТЗ включены параллельно (рис. 5, в), иначе говоря — по логической схеме ИЛИ. Для срабатывания защиты или отсечки достаточно замыкания кон­тактов одного из реле РТ1, РТ2 или РТЗ и соответственно РТ4 или РТ5.

При однофазном КЗ на землю фаз А или С (рис. 4, в) , на которых установлены трансформаторы тока, максимальная токовая защита (реле РТ1, РТ2) и токовая отсечка (РТ4, РТ5) принципиально могут работать. Но при однофазном КЗ фазы В, где нет трансформатора тока (рис. 5, а) , защита по схеме неполной звезды действовать не может. Поэтому в сетях с большими токами замыкания на землю эта схема не применяется.

При двойных замыканиях на землю разных фаз в двух точках сети (рис. 4, г) защита по схеме неполной звезды принципиально может срабатывать, причем в большинстве случаев при таких повреждениях отключается только одна из поврежденных линий. Например, отклю­чается Л1 (рис. 4, г) , на которой произошло замыкание на землю фа­зы А,где есть трансформатор тока, и не отключается линия Л2, на кото­рой произошло замыкание на землю фазы В, где нет трансформатора тока и поэтому ее защита не действует. Для сетей 3—35 кВ с малыми токами замыкания на землю такое свойство схемы неполной звезды считается положительным, поскольку здесь допускается длительная работа линии с однофазным замыканием на землю. Если в этих сетях выполнить защиту по схеме полной звезды, т. е. с трансформаторами тока во всех трех фазах, то при двойных замыканиях на землю могли бы отключаться обе поврежденные линии (при одинаковых уставках по времени их защит) . Это приводило бы к отключению боль­шего числа потребителей. Для уменьшения количества отключений линий при таких видах повреждений принято устанавливать трансформа­торы тока на одноименных фазах, обычно А и С, на всех элементах электрически связанной сети.

Важная роль реле РТЗ, включенного в обратный провод двухфаз­ной схемы защиты (рис. 5, а), выявляется при рассмотрении двухфаз­ных КЗ за трансформатором со схемой соединения обмоток звезда — треугольник

(рис. 4, д). Токи КЗ при повреждении на стороне низшего напряжения НН трансформируются на сторону высшего напряжения ВН таким образом, что в одной из фаз на стороне ВН значение тока КЗ будет в два раза выше, чем в двух других, и численно равно току трех­фазного КЗ в этом же месте (табл. 1). При выполнении максимальной токовой защиты с тремя реле РТ1—РТЗ при всех сочетаниях двухфазных КЗ на стороне НН в одном из этих реле будет проходить такой же ток, как и при трехфазном КЗ (табл. 1). Иначе говоря, коэффициенты чув­ствительности, определяемые по выражению (2) при этих видах КЗ, будут:

К⁽²⁾чув= К⁽³⁾чув Но при отсутствии реле РТЗ в обратном проводе при одном из видов двухфазного КЗ за трансформатором со схемой соединения обмоток

звезда - треугольник-11, так же как и за транс­форматором со схемой треугольник — звезда-11, в реле РТ1 и РТ2 прой­дет ток, равный лишь половине тока трехфазного КЗ. Для такой схемы * К⁽²⁾чув= К⁽³⁾чув и это является ее существенным недостатком. Поэтому максимальная токовая защита должна выполняться трехрелейной не только на трансформаторах с указанными схемами соединения обмо­ток, но и на линиях, питающих такие трансформаторы.

Таблица 1.

Несколько иначе решается вопрос о необходимости трехрелейного выполнения максимальной токовой защиты трансформаторов со схемой соединения обмоток звезда — звезда с выведенной нейтралью на сто­роне НН (рис. 4, е). Здесь установка третьего реле РТЗ в два раза повы­шает чувствительность максимальной токовой защиты к однофазным КЗ на стороне НН (напряжением, как правило, 0,4—0,23 кВ) по срав­нению с чувствительностью двухрелейной схемы защиты. Действительно, при КЗ на землю любой из фаз на стороне НН в одной из фаз на стороне ВН будет проходить ток, в два раза больший, чем в двух других. Трех-релейная схема защиты реагирует именно на это значение тока, по кото­рому вычисляется ее коэффициент чувствительности К⁽¹⁾чув. Для двух­релейной схемы значение этого коэффициента оказывается в два раза меньше. Однако при однофазных КЗ за рассматриваемыми трансформа­торами численное значение токов КЗ на стороне ВН часто настолько мало, что и установка третьего реле не обеспечивает достаточную чув­ствительность максимальной токовой защиты к этим видам КЗ. В таких случаях максимальную токовую защиту на стороне ВН выполняют двухрелейной (без реле РТЗ, рис. 5, а), но на стороне НН устанавливают специальную токовую защиту нулевой последовательности, предназна­ченную для защиты стороны НН от однофазных КЗ на землю.

Токовая отсечка (рис. 5, а) в сетях напряжением 3—35 кВ выполня­ется с двумя реле (РТ4, РТ5), поскольку по принципу действия она не должна срабатывать при КЗ за трансформаторами, и установка третьего реле в обратном проводе не повысила бы ее чувствительность. Максимальная токовая защита с реле тока мгновенного действия (типа РТ-40, РСТ-13 и т. п.) обязательно имеет в своей схеме реле времени (РВ на рис. 5, в). В схемах на оперативном постоянном токе ис­пользуются электромеханические реле времени (с часовым механиз­мом) типа РВ-100 или ранее выпускавшиеся ЭВ-100, а в последние годы — электронные реле типов РВ-01, реже — ПРВ, ВЛ и некоторые другие (§ 5).

Рис. 6, Принципиальная схема максимальной токовой защиты с обратнозависимой времятоковой характеристикой на постоянном оперативном токе: а — цепи пере­менного тока; б — цепи постоянного оперативного тока; в — времятоковая харак­теристика t = f (I) реле типа РТ-80

В схеме токовой отсечки устанавливается промежуточное реле (РП на рис. 5, в), имеющее более мощные контакты, чем у максималь­ных реле тока, для того, чтобы коммутировать большой ток электро­магнита отключения выключателя В. Кроме того, промежуточное реле создает небольшое замедление действия токовой отсечки, что часто оказывается необходимым для обеспечения ее селективной работы. Например, небольшая выдержка времени обеспечивает несрабатывание отсечки линии 10 кВ при КЗ в трансформаторе, подключенном к этой линии, до тех пор, пока не расплавятся вставки плавких предохрани­телей, защищающих этот трансформатор. Используются промежуточ­ные реле и без замедления типа РП-23 или новые РП-16, и с регули­руемым временем срабатывания серии РП-250 или новые РП-18 (§5).

Для сигнализации действия максимальной токовой защиты и то­ковой отсечки устанавливаются сигнальные реле РС1, РС2 (рис. 5, в). Раздельная сигнализация действия этих защит может помочь обслужи­вающему персоналу ориентировочно определить зону повреждения. Например, отключение трансформатора от токовой отсечки указывает на повреждение трансформатора со стороны ВН, где установлена от­сечка. Действие максимальной токовой защиты чаще всего происходит при КЗ за трансформатором (особенно при наличии специальных защит от внутренних повреждений — газовой, дифференциальной).

По схеме неполной звезды выполняются двухступенчатые токовые защиты не только с мгновенными реле максимального тока (рис. 5), но и с реле, имеющими обратнозависимую от тока характеристику, чаще всего с реле типа РТ-80 (рис. 6, а, б). В реле этого типа входит индукционный элемент, обеспечивающий обратнозависимую от тока времятоковую характеристику максимальной токовой защиты, и элек­тромагнитный элемент, выполняющий функции токовой отсечки мгновенного действия [7]. На рис. 6, в показана времятоковая характе­ристика реле РТ-80. Индукционный элемент срабатывает при токе /_с,₃, но при этом время действия защиты очень велико (несколько секунд). Чем ближе место КЗ и чем больше значение тока /_к, тем меньше время срабатывания защиты Г. При КЗ в зоне действия отсечки (рис. 1), когда значение тока /_к превышает ее ток срабатывания /_с.₀, действует элек­тромагнитный элемент и защита срабатывает без выдержки времени на отключение выключателя В поврежденной линии.

Двухступенчатая максимальная токовая защита, использующая трансформаторы тока только в двух фазах (неполная звезда) может выполняться также комплектными устройствами типа ЯРЭ-2201 и ТЗВР. Измерительные органы этих защит реагируют не на фазные токи, как реле РТ1—РТ5 в схеме рис. 5, а на разность фазных токов [8]. Это несколько повышает чувствительность защиты к двухфазным КЗ, однако создает неудобства при согласовании чувствительности таких защит и защит, реагирующих на фазные токи, в том числе защит, вы­полненных с помощью плавких предохранителей. Защиты типа ЯРЭ-2201 и ТЗВР пока не нашли широкого применения.

Полная звезда.

В этой схеме трансформаторы тока устанавливаются во всех трех фазах защищаемого элемента (рис. 7). Измерительные органы (реле) максимальной токовой защиты включаются в каждую фазу (РТ1—РТЗ), а токовой отсечки — в любые две фазы (РТ4, РТ5), Поскольку в нор­мальном режиме в этих реле проходят фазные токи, равные вторичным токам соответствующих трансформаторов тока, для этой схемы, так же как и для предыдущей, неполной звезды, коэффициент схемы равен 1.

При трехфазном и всех видах двухфазных КЗ (рис. 4, а, б) вторич­ные токи КЗ проходят по всем трем или каким-либо двум измери­тельным реле, что обеспечивает надежную работу схемы. При всех видах однофазных и двухфазных КЗ на землю (рис. 4, в, г) также обеспечи­вается работа схемы максимальной токовой защиты с тремя реле РТ1— РТЗ.Токовая отсечка с двумя реле (РТ4, РТ5) принципиально не реаги­рует на однофазное КЗ той фазы, в которой отсутствует измерительныйорган, в данной схеме — фазы В (рис. 7).

Рис. 7. Цепи переменного тока двухступен­чатой максимальной токовой защиты и то­ковой защиты нулевой последовательности для сетей с глухозаземленной нейтралью напряжением 110 кВ и выше (схема «полная звезда).

Однако это не считается недо­статком, так как в сетях 110 кВ и выше, где в основном и применяется схема полной звезды, наряду с защитой от междуфазных КЗ обязательно устанавливается специальная ступенчатая токовая защита нулевой после­довательности от КЗ на землю (ТЗНП на рис. 7). Измерительные органы ТЗНП включены внулевой провод схемы полной звезды. В нор­мальном симметричном режиме ток в нулевом проводе практически отсутствует, поскольку геометрическая сумма трех фазных токов при угловом сдвиге между ними в 120°, равна нулю. При междуфазных КЗ (рис. 4, а, б) ток в нулевом проводе также близок к нулю. Но при КЗ на землю (рис. 4, в, г) здесь проходят большие токи, обеспечивающие срабатывание ТЗНП. Совместное применение защит от междуфазных КЗ и защит от КЗ на землю ("земляных") обеспечивает надежное отклю­чение всех видов КЗ в защищаемой сети 110 кВ и выше [1—3].

При двухфазных КЗ за стандартными двухобмоточными и трехобмоточными трансформаторами, у которых вторичные обмотки НН или СН соединены в треугольник (например, рис. 4, д), максимальная токовая защита, выполненная по схеме полной звезды с тремя реле (рис. 7), реагирует на больший из токов КЗ, равный по значению току трехфазного КЗ. Таким образом, чувствительность защиты при двух­фазных и трехфазных КЗ одинакова.

Однако область применения трехфазной трехрелейной максималь­ной токовой защиты (рис. 7) ограничена. Для защиты сетей 3—35 кВ она не применяется, поскольку в этих сетях устанавливаются, как правило, только по два трансформатора тока. Если бы устанавливались три трансформатора тока, то нецелесообразно выполнять трехрелейную максимальную токовую защиту, которая при двойных замыканиях на землю (рис. 4, г) могла бы вызывать отключение обеих поврежден­ных линий (см. выше). Что касается сетей напряжением 110 кВ и выше, то для защиты линий этих классов напряжения чаще всего вместо макси­мальной токовой защиты используется дистанционная защита [1--3, 8].

На трансформаторах 110 кВ и выше максимальная токовая защита по схеме полной звезды (рис. 7) также редко применяется по двум причинам. Одной из причин является то, что для включения измери­тельных реле максимальной токовой защиты понижающих трансфор­маторов чаще всего используют те же трансформаторы тока, что и для дифференциальной защиты, а их вторичные цепи, как правило, соеди­няются по схеме треугольника (см. далее). Другой причиной является необходимость существенного увеличения тока срабатывания макси­мальной токовой защиты, выполненной по этой схеме, для того чтобы обеспечить ее бездействие при однофазных КЗ на землю в питающей сети (рис. 8). При глухозаземленной нейтрали трансформатора, что всегда возможно в сетях этих классов напряжения, при внешнем однофазном КЗ через нейтраль трансформатора может проходить весьма большой ток, называемый утроенным током нулевой последовательности: З/_о. При этом по каждой фазе обмотки ВН, соединенной в звезду, проходит всего по одной трети тока 3/₀, однако численное значение токов в фазах и, следовательно, в измерительных органах защиты (реле РТ1—РТЗ) оказывается весьма большим, в несколько раз превышающим номинальный ток трансформатора. Для обеспечения несрабатывания защиты при таких внешних КЗ (отстройки) необходимо было бы сильно увеличить ток срабатывания защиты, что привело бы к нежелательному снижению ее чувствительности при КЗ за трансформатором.

Токовая отсечка (реле РТ4, РТ5 на рис. 7) применяется на линиях всех классов напряжения.

Логическая часть, исполнительные и сигнальные органы для схемы защиты рис. 7 используются те же, что и для схемы рис. 5.