Какой коэффициент чувствительности токовой отсечки лэп

Лекции по РЗА / 2. Токовая отсечка

Основными видами повреждений линий электропередачи, требующими их немедленного отключения, являются однофазные или междуфазные КЗ. Защита линии должна выявить факт повреждений и подать сигнал на отключение поврежденной линии от источников питания.

Для защиты линий от КЗ широкое распространение получили защиты, реагирующие на превышение тока в месте их включения некоторого зaрaнее установленного значения. Такие зашиты называются токовыми. Током срабатывания защит Iс.з. обычно называют минимальный ток в фазах линии, при котором защита может срабатывать.

Током возврата зашиты Iв.з., соответственно, называется максимальный ток в фазах линий, при котором защита возвращается в исходное состояние. Самой простой токовой защитой является токовая отсечка, являющаяся быстродействующей защитой, не имеющей выдержки времени. Селективное действие токовой отсечки без выдержки времени достигается тем, что ее ток срабатывания принимается большим максимального тока короткого замыкания, проходящего через защиту при повреждении вне защищаемого элемента. Действиe защиты при коротком замыкании на защищаемом участке обеспечивается благодаря тому, что ток КЗ в сети, а следовательно, и в защите увеличивается по мере приближения места короткого замыкания к источнику питания (см. рисунок), причем кривые изменения тока короткого замыкания имеют различную крутизну в зависимости от режима работы системы и вида КЗ (кривые 1 и 2 на рисунке, соответственно для максимального и минимального режимов).

При этом Iс.з.=Кзап Iк.вн.max

При определении Iс.з. необходимо иметь в виду, что отсечка не имеет выдержки времени, поэтому в приведенном выражении ток Iк.вн. принимается равным начальному (t=0) действующему значению периодической составляющей тока внешнего короткого замыкания. Влияние апериодической составляющей учитывается коэффициентом Кзап. Ток срабатывания не зависит от режима работы и места повреждения. Отсечка срабатывает, когда ток, проходящий по защищаемой линии АБ (см.рисунок) больше или равен току срабатывания защиты, т.е. Iк => Iс.з.

В токовых отсечках защищаемая зона охватывает только часть линии, и токовую отсечку без выдержки времени нельзя использовать в качестве единственной или основной защиты.

Однако в некоторых частных случаях, например на радиальных линиях, питающих один трансформатор, с помощью токовой отсечки можно защитить всю линию. Ток срабатывания при этом выбирается по максимальному току короткого замыкания за трансформатором.

При выбранном таким образом токе срабатывания мгновенная отсечка будет надежно защищать всю линию, шины высшего напряжения подстанции и часть обмотки трансформатора. Основным недостатком токовой отсечки без выдержки времени является то, что она защищает только часть линии. Защищаемую зону можно увеличить путем создания у отсечки выдержки времени. Такая защита получила название токовой отсечки с выдержкой времени. На рисунке показана схема сети с двумя последовательно соединенными участками АБ и БВ, для защиты которых со стороны подстанции А и подстанции Б можно установить токовые отсечки без выдержки времени с токами срабатывания Iс.з.А и Iс.з.Б. Отсечки имеют защищаемые зоны соответственно LА1 и LБ1, которые охватывают только часть линии.

Однако защищаемую зону, например токовой отсечки со стороны подстанции А, можно удлинить, если в действии этой отсечки ввести замедление с таким расчетом, чтобы время ее срабатывания было больше времени действия токовой отсечки без выдержки времени, установленной у шин подстанции Б на некоторое время dt, называемое ступенью селективности

В общем случае от шин подстанции Б отходят несколько линий и, кроме того, к шинам могут быть подключены понижающие трансформаторы. При этом отсечка с выдержкой времени на подстанции А должна быть отстроена по времени от отсечек всех отходящих линий и от быстродействующих защит трансформаторов, а ее ток срабатывания должен быть выбран по наибольшему из токов КЗ, проходящих по линии АБ при повреждении в конце защищаемых зон отсечек отходящих линий и при коротком замыкании на шинах низшего напряжения трансформаторов.

Чувствительность токовой отсечки с выдержкой времени определяется коэффициентом чувствительности Кч, равным отношению минимального тока КЗ к току срабатывания отсечки

Кч=Iк.з мин / I с.о.

В рассматриваемом примере чувствительность ТО с выдержкой времени проверяется по металлическому короткому замыканию в конце защищаемой линии АБ, при этом коэффициенты чувствительности должны быть Кч  1,3-1,5. Зона защиты отсечки с выдержкой времени превышает длину защищаемой линии. Оценивать нужно чувствительность в пределах защищаемой линии, для этой цели и ввели понятие коэффициента чувствительности. Расширить зону действия токовой отсечки можно, если дополнить ее измерительными реле напряжения — это токовая отсечка с блокировкой по напряжению. На рисунке показана линия с односторонним питанием, работающая в блоке с трансформатором, т.к. по мере приближения точки трехфазного короткого замыкания к шинам подстанции А остаточное напряжение Uост на шинах уменьшается согласно кривой 1 (имеется в виду действующее значение периодической составляющей напряжения для момента времени t=0). При других многофазных коротких замыканиях аналогично изменяется остаточное напряжение между поврежденными фазами. Обычно в схеме токовой отсечки используют три минимальных реле напряжения, включенных на соответствующие междуфазные напряжения. Параметрами отсечки без выдержки времени с блокировкой по напряжению является ток срабатывания Iс.з. и напряжение срабатывания Uс.з. Путем особого согласования их между собой удается расширить зону действия защиты, обеспечивая селективность при внешних коротких замыканиях и любых режимах работы питающей системы.

Ток срабатывания защиты Iс.з. определяют, исходя из требования достаточной чувствительности защиты по току при металлическом двухфазном коротком замыкании в конце защищаемой линии (точка К2):

Iс.з. = Iк.мин / Кч1,

где Кч1 — требуемый коэффициент чувствительности по току.

На рисунке ток Iк при перемещении точки повреждения изменяется согласно кривой 3, а ток Iс.з. определяется прямой 4. Для предотвращения неправильного действия защиты при нарушении цепей напряжения ток Iс.з. должен быть отстроен от максимального рабочего тока по условию

Iс.з. = Кзап. * Iраб.max /Кв,

Окончательно ток срабатывания Iс.з. выбирают по большему из двух значений, полученных по приведенным условиям.

1.7 Расчет токовой отсечки питающей лэп.

В ПУЭ предусматривают на одиночных линиях с односторонним питанием для защиты от многофазных КЗ установку ступенчатых токовых защит или ступенчатых защит тока и напряжения. Если такие защиты не отвечают требованиям чувствительности или быстроты срабатывания предусматриваются ступенчатые дистанционные защиты, в этом случае в качестве дополнительной защиты используют токовую отсечку без выдержки времени.

Для защиты от замыканий на землю предусматривается ступенчатая токовая защита нулевой последовательности (направленная или ненаправленная).

Токовая отсечка не защищает всю длину линии, поэтому не может использоваться как основная защита, однако в частном случае, когда защищаемая линия питает тупиковую подстанцию, отсечка может выполняться чувствительной при КЗ в любой точке линии.

1. Выбирается ток срабатывания отсечки но следующему условию:

[А] (1.7.1)

где .

Производим расчёт по формуле(1.7.1):

Ток срабатывания проверяется по условию от броска намагничивающего тока трансформатора:

[А] (1.7.2)

где (А)

Производим расчёт по формуле(1.7.2):

Выбираем большее .

2. Проверяется чувствительность токовой отсечки при 2-хфазном КЗ в конце линии.

(1.7.3)

Производим расчёт по формуле(1.7.3):

3. Определяется зона действия отсечки в минимальном и максимальных режимах.

Зона действия отсечки охватывает всю линию.

4. Время срабатывания отсечки определяется типом используемых реле тока и промежуточных реле, и обычно не более 0.1 сек.

1.8 Расчёт комбинированной отсечки по току и напряжению.

В случае недостаточной чувствительности отсечки при КЗ в конце линии, её необходимо дополнить пусковым минимальным органом напряжения.

1. Выбор токов срабатывания.

Ток срабатывания отсечки выбирается из условия обеспечения достаточной чувствительности при двухфазном КЗ в конце линии в минимальном режиме .

[А] (1.8.1)

Производим расчёт по формуле(1.8.1):

Кроме этого условия должен удовлетворять условию надёжной отстройки от токов самозапуска в режиме АПВ, при неисправностях в цепях напряжения.

[А] (1.8.2)

где [А]

Производим расчёт по формуле(1.8.2):

Выбираем большее значение , А.

2. Напряжения срабатывания выбирается таким образом, чтобы оно было меньше остаточного напряжения в месте установки отсечки при КЗ за трансформатором при протекании по линии тока равному току срабатывания отсечки .

[кВ] (1.8.3)

Производим расчёт по формуле(1.8.3):

Нижняя граница напряжения определяется минимальной уставкой стандартного реле напряжения. Верхняя, необходимость отстройки от возможных отклонений напряжения в сети.

(1.8.4)

где ,

Производим расчёт по формуле(1.8.4):

Из двух принимаем меньшее.

2. Определяем коэффициент чувствительности отсечки по напряжению.

где — остаточное напряжения в месте установки отсечки при КЗ в конце линии, в режиме при котором это напряжения максимально:

, [кВ] (1.8.5)

(1.8.6)

Производим расчёты по формулам(1.8.5-1.8.6):

Если не обеспечивается нужный коэффициент чувствительности, то это происходит из-за длины , комбинированная отсечка является неэффективной, то есть чем короче и мощнее , тем больше шансов, что отсечка будет эффективной.

Так как , а это не удовлетворяет требованиям условия, то линию необходимо дополнить пусковым минимальным органом напряжения.

Проверка чувствительности защиты

ПУЭ требуют для токовых защит коэффициент чувствительности 1,5 при коротких замыканиях на защищаемом оборудовании, и 1,2 в зоне резервирования. Коэффициент чувствительности определяется по выражению: I (2) k ч = кз , (7.17) I cз где I кз (2) – ток двухфазного КЗ, А.

Для расчёта берется ток двухфазного КЗ в минимальном режиме. Ток двухфазного КЗ равен току трёхфазного КЗ умноженному на коэффициент 2 3 = 0,866 . Ток срабатывания для защит с зависимой или независимой характеристикой принимается равным уставке реле по току. Поскольку все перечисленные защиты включаются на трансформаторы тока, соединённые в звезду, при проверке чувствительности не используется коэффициент схемы, применяемый при включении однофазного реле на разность токов. При проверке чувствительности при КЗ за трансформатором, соединённым по схеме звезда-треугольник, следует учитывать количество фаз, куда включена защита. Если произошло двухфазное короткое замыкание на стороне НН, то на стороне ВН, где находится проверяемая защита, ток КЗ в одной фазе равен току трёхфазного короткого замыкания за трансформатором, а в двух других фазах протекает по половине этого тока. Поэтому, для обеспечения одинаковой чувствительности, защита должна выполняться в трёхфазном исполнении. Чувствительность отсечки без выдержки времени проверяется в месте установки защиты (по току КЗ в начале линии) и должна составлять не менее . Чувствительность отсечки с выдержкой времени проверяется по току КЗ в конце линии и должна быть порядка 1,2, при наличии на линии более чувствительной максимальной защиты имеющей чувствительность не менее 1,5. Особенности выбора уставок защиты на кабельных линиях 6–10 кВ Кабельные линии, как правило, имеют малую длину по сравнению с воздушными линиями, удельное сопротивление их ниже. По этой причине ток КЗ в начале и конце линии отличается незначительно. Это делает неэффективным применение защит с зависимой характеристикой, за исключением случая согласования защит линии с предохранителями ПК, если будет признано

необходимым, обеспечить это согласование во всем диапазоне токов КЗ. Чаще такое согласование производится только при токах КЗ в месте установки предохранителей, допустив неселективную работу при маловероятных повреждениях внутри трансформатора. При таком согласовании можно использовать защиту с независимой характеристикой с выдержкой времени большей на ступень ∆ t чем время перегорания предохранителя при токе в месте его установки. Токовая отсечка получается не всегда, так как отстроив её от тока КЗ в конце линии или в месте установки предохранителей, не удается обеспечить её чувствительность 1,2 в месте установки защиты. Однако если токовая отсечка получается, она должна быть использована обязательно. Особенности выбора уставок на кабельных, воздушных и смешанных линиях 35 кВ Как правило на линиях 35 кВ применяются защиты с независимой выдержкой времени. Нагрузкой линии является трансформатор, защищённый дифференциальной защитой или токовой отсечкой и максимальной защитой с независимой выдержкой времени. Защиты действуют на отключение выключателя или на включение короткозамыкателя. Применение защит с независимой выдержкой времени, как ясно из предыдущего, упрощает расчёты, не требует построения графиков. Снижения выдержек времени при больших токах добиваются применением трехступенчатой защиты. Защиты на линиях 35 кВ должны устанавливаться в трёх фазах, или быть трёхэлементными, с установкой двух элементов в фазах (как правило, А и С ) а третьего в обратный провод соединённых в звезду двух фазных трансформаторов тока, где протекает сумма токов двух фаз. Это требование диктуется тем соображением, что при двухфазном коротком замыкании за трансформатором со схемой соединения звезда-треугольник, ток короткого замыкания только в одной

фазе равен полному току КЗ а в двух других – половине этого тока. Поэтому защита, которая резервирует КЗ за трансформатором, должна быть обязательно трёхфазной (трёхэлементной). Тогда её чувствительность будет одинаковой при любом коротком замыкании на стороне НН трансформатора. Схема сети 35 кВ обычно сложная, из-за наличия связей по сети и разных источников питания. Обычно применяются кольцевые разомкнутые сети. Может меняться как источник питания, так и направление питания. Поэтому выбор и согласование уставок в такой сети производится для различных режимов, в каждом из которых должны обеспечиваться требования чувствительности и селективности защиты. В этих случаях можно использовать, имеющуюся в большинстве устройств защиты, возможность переключения на второй набор уставок. Защиты от замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью Как правило, такие защиты на линиях действуют на сигнал, однако, применение таких защит целесообразно, так как место замыкания на землю нужно отыскать и устранить по возможности быстро, так как упавший провод опасен для окружающих. В ряде случаев защита двигателей и генераторов при токе замыкания на землю более 5 А должна действовать на отключение. Существенным осложнением является то, что ток замыкания на землю имеет очень малую величину. Эта величина мала по сравнению с небалансом в нулевом проводе трансформаторов тока, поэтому в нулевой провод защиту от замыканий на землю не включают. Для подключения защиты используют специальные трансформаторы тока нулевой последовательности (ТЗ – с неразъёмным магнитопроводом, надеваемым на кабель до монтажа воронки; ТЗЛ и ТЗР – с разъёмным магнитопроводом, которые можно устанавливать на кабелях, находящихся в эксплуатации, без снятия кабельной воронки) и к ним подключают защиты от замыканий на землю. Защиту можно выполнить только при наличии

кабельного вывода из ячейки. Если вывод воздушный, или линия напряжением 35 кВ защиту подключить нельзя. Конструкция кабельного ТНП показана на рис. 7.8. Рис. 7.8. Трансформатор тока нулевой последовательности: а – устройство; в – установка ТНП на кабеле; 1 – магнитопровод; 2 – обмотка; 3 – трёхфазный силовой кабель Магнитопровод 1 , собранный из листов трансформаторной стали, имеет обычно форму кольца или прямоугольника, охватывающего все три фазы защищаемой кабельной ЛЭП. Провода фаз А , В , С , проходящие через отверстие ТНП, являются первичной обмоткой трансформатора, вторичная обмотка 2

располагается на магнитопроводе с числом витков w = 20 − 30 . Токи фаз	I A , I B , I C
создают в магнитопроводе соответствующие магнитные потоки Ф A , Ф B , Ф C ,
которые, складываясь, образуют результирующий поток:
Ф рез. =Ф A + Ф B +Ф C .	(7.18)

Так как сумма токов I A + I B + I C = 3 I 0 , то можно сказать, что результирующий поток, создаваемый первичными токами ТНП, пропорционален составляющей тока нулевой последовательности:

Ф рез. = k 3 I 0 .

(7.19)

Поток Ф рез. , а следовательно, вторичная ЭДС Е 2 и вторичный ток I 2 могут возникнуть только при условии, что сумма токов фаз не равна нулю, или, иначе говоря, когда фазные токи, проходящие через ТНП, содержат составляющую I 0 . Поэтому, ток во вторичной цепи ТНП будет появляться только при замыкании на землю. В режиме нагрузки, трёхфазного и двух фазного КЗ (без замыкания на землю) сумма токов фаз I A + I B + I C = 0 , и поэтому, ток в реле отсутствует ( Ф рез. =0 ). Однако, поскольку из-за неодинакового расположения фаз А , В и С относительно вторичной обмотки ТНП коэффициенты взаимоиндукции этих фаз со вторичной обмоткой различны, несмотря на полную симметрию первичных токов, сумма их магнитных потоков в нормальном режиме не равна нулю. Появляется магнитный поток небаланса ( Ф рез. − Ф неб. ), вызывающий во вторичной обмотке ЭДС и ток небаланса ( I нб ). ТНП имеют малую мощность, поэтому, как правило, значительная часть тока уходит на ток намагничивания. Это приводит к необходимости применять реле с очень малым потреблением или подбирать условия, при которых отдача мощности от ТТ будет максимальной. Для получения наибольшей мощности от ТНП, а следовательно, и максимальной чувствительности реле, питающихся от ТНП, сопротивление обмотки реле Z p должно равняться сопротивлению ТНП. Пренебрегая

сопротивлением вторичной обмотки Z 2 получаем	Z НТП = Z нам. , и	тогда условие
отдачи максимальной мощности можно выразить	равенством	Z р = Z нам. . При

выполнении этого условия вторичный ток, поступающий и реле, и ток намагничивания оказываются одинаковыми . Отсюда следует, что погрешность ТНП достигает примерно 50%. При такой большой погрешности нельзя вычислять вторичный ток по первичному, пользуясь коэффициентом трансформации k = w 2 . Поэтому чувствительность защиты, включённой на ТНП, w 1 оценивается по значению первичного тока, при котором обеспечивается действие защиты. В ряде случаев она должна быть на уровне долей одного ампера. При

малых значениях 3 I 0 ТНП работает в начальной части характеристики намагничивания, при которой МДС, созданная одновитковым ТНП, очень мала. Таким образом, для обеспечения необходимой чувствительности кроме конструктивных улучшений ТНП требуется применение высокочувствительных измерительных органов (ИО). ИО устройства МПС РЗиА имеют высокую чувствительность и малое потребление (УЗА-10 I ср = 0,05 А , S = 0,01 ВА ). Это позволяет не обязательно добиваться наивысшей отдачи от трансформатора тока. Первичный ток срабатывания защиты целесообразно проверять опытным путем, подачей тока в провод, пропущенный через окно ТНП. Для сетей с изолированной нейтралью применяют токовую защиту очень высокой чувствительности или направленную защиту нулевой последовательности. Для сетей с компенсированной нейтралью эти принципы не годятся, так как величина тока в повреждённой линии может быть меньше чем в неповреждённой ЛЭП. При этом направление тока в линиях может быть каким угодно. Для них используется тот факт, что реактор в нейтрали компенсирует только основную гармонику тока, а высшие гармоники остаются (используется устройствами MICOM-122, 123). Величина тока высших гармоник не постоянна, а зависит от схемы сети, тока нагрузки, уровня напряжения на шинах; поэтому величина тока в защите колеблется и трудно подобрать уставку, а рассчитать её тоже нельзя, не имея реальных данных. Поэтому часто единственным методом настройки такой защиты является опыт замыкания на землю, при котором определяются величины токов высших гармоник на повреждённом и неповреждённых фидерах. Наибольший эффект при применении метода высших гармоник, даёт принцип сравнения величины тока на фидерах. Его можно организовать на подстанционном уровне управления. В любом случае величина тока высших гармоник на повреждённом фидере больше чем на неповреждённом.

Ряд устройств защиты (MODN, MICOM – 140) используют реле направления активной мощности нулевой последовательности. Токи утечки на землю не компенсируются реактором, и используются защитой для определения повреждённого фидера. И в данном случае, пока не имеются методики расчёта активной составляющей мощности замыкания на землю. Для начала уставку по мощности можно выполнить равной 5% реактивной мощности замыкания на землю без учёта компенсации. И в этом случае работу защиты желательно проверить при наладке опытом короткого замыкания. При выборе уставок защиты от замыканий на землю, где отсутствует компенсация, необходимо определить расчётом суммарный ток замыкания на землю и токи замыкания на землю конкретного фидера:

I ср	= k н I зз ,,			(7.20)
где k н	– коэффициент надёжности принимается равным 1,5;			I зз – ёмкостной ток
замыкания на землю конкретного фидера.
Проверяется чувствительность защиты по общему току замыкания на землю
сети, за вычетом тока замыкания на землю данного фидера:
k ч =		3 I 0 сети	; k ч ≥ 2.	(7.21)
		I ср

В настоящее время в России и за рубежом используют (начинают осваивать) режим заземления нейтрали через резистор. В России применяют резистор 100 Ом. Активный ток замыкания на землю с таким резистором равен 60 А в сети 10 кВ и 36 А в сети 6 кВ. Такого тока вполне достаточно для обеспечения чёткой и селективной работы токовой защиты нулевой последовательности, в том числе и при её включении в нулевой провод фазных трансформаторов тока. В таких условиях защита от замыкания на землю должна работать на отключение.

Рекомендации по выбору уставок на микропроцессорных устройствах При выборе уставок МПС РЗиА руководствуются следующими параметрами условиями: — номинальная частота сети: 60 или 50Гц. Выполняется 50Гц; — номинальный вторичный ток фазных трансформаторов тока 1 или 5 А выполняется нужный; — номинальный вторичный ток трансформаторов тока нулевой последовательности 1 или 5 А выполняется нужный для реле включённых в нулевой провод трансформаторов тока, а для кабельных ТНП выполняется – 1 А; — номинальный первичный ток фазных трансформаторов тока, выполняется нужный; — номинальный первичный ток трансформаторов тока нулевой последовательности – выполняется нужный для реле, включённых в нулевой провод трансформаторов тока, а для кабельных ТНП – выполняется 100 А, исходя из условно принятого расчётного коэффициента трансформации 100. При необходимости повысить чувствительность защиты от замыканий на землю, он может быть уменьшен; — величина фазного (линейного) напряжения – устанавливается вторичное напряжение трансформаторов напряжения; — величина нулевого напряжения – устанавливается вторичное напряжение обмoтки 3 U 0 трансформаторов напряжения; — токи срабатывания защиты градуируются в относительных единицах к номинальному вторичному току трансформаторов тока. При выборе и задании уставок защиты в первичном токе, относительный вторичный ток в реле рассчитывается по выражению:

I отн. вт =	I ср. перв	.	(7.22)
	I ном. ТТперв

Первичный ток срабатывания делится на первичный номинальный ток трансформаторов тока.

Первичный ток срабатывания защиты от замыкания на землю, для реле, включённых через ТНП типа ТЗ, ТЗЛ или ТЗР определяется подбором уставки на реле, при первичном токе нужной величины, подаваемом в провод, пропущенный через окно трансформатора тока. Выбор уставок направленных защит для некоторых тупиковых схем Схема двух параллельных линий, изображённая на рис. 7.9, часто применяется в случаях, когда по одной линии не удается обеспечить питание всей нагрузки секции. Приходится включать параллельно 2 линии. Для обеспечения селективности на приёмной стороне, защиты РЗ-3, РЗ-4 необходимо выполнить направленными. Рис. 7.9. Распределение ТКЗ при повреждении одной из параллельных линий При коротком замыкании на Л1 через защиты РЗ-3 и РЗ-4 протекает одинаковый ток ( I 2 ), и по его величине невозможно определить, на какой линии произошло короткое замыкание и которую нужно отключить с приёмной стороны. Это правило используется при определении направления тока в защитах. Поэтому защиты РЗ-3 и РЗ-4 необходимо выполнить направленными. С питающей стороны может быть применена ненаправленная 2–3- ступенчатая защита. При коротком замыкании на одной из ВЛ в начале линии, в защите РЗ-3 и РЗ-4 ток КЗ не протекает. В этом случае должна сработать токовая отсечка на ПС-1 и отключить выключатель. После этого весь ток КЗ протечёт по цепи ПС1, Л2, ПС2, Л1, а по защитам РЗ-3, РЗ-4 пройдёт одинаковый ток КЗ,

которого достаточно для срабатывания защиты, и сработает та защита, у которой ток направлен в линию см. рис. 7.10. Рис. 7.10. «Каскадное» отключение линии При коротком замыкании в конце ВЛ у шин ПС2 в режиме рис. 8.9 токи КЗ, протекающие по защитам РЗ-1 и РЗ-2, примерно одинаковы и определить на какой ВЛ повреждение невозможно. В этом случае короткое замыкание первым должна отключить защита на ПС2, которая выполнена направленной и отключит именно повреждённую линию. Выбор уставок: 1) по общим правилам выбирается защита тупиковой линии РЗ-5 (например, выбирается 2 ступени: максимальная защита и отсечка); 2) производится выбор защит на приёмной стороне ПС-2. Для обеспечения четкой работы защиты достаточно одноступенчатой токовой отсечки с этой стороны. Ток срабатывания достаточно отстроить от нагрузки фидера в нормальном рабочем режиме.

I

ср

=

k н

I

нагр. ном.

=

1, 2

I

нагр. ном.

= 1, 25 I

нагр. ном.

;

0,95

k в

3) производится выбор 1 ступени защиты РЗ-1 (РЗ-2). Эта защита должна быть отстроена от тока КЗ в конце линии в максимальном режиме при условии, что вторая линия отключена. I ср = k н I КЗПС2 = 1, 2 I КЗПС2 ; 4) производится выбор 2 ступени (максимальной защиты) РЗ-1(РЗ-2). Принцип выбора обычный: отстройка от максимального тока нагрузки ВЛ с

учётом самозапуска и возможности наброса нагрузки при отключении второй параллельной ВЛ. I ср = k н I нагр. ном. = 1, 25 I нагр. ном. ; k в 5) производится проверка чувствительности максимальной защиты РЗ-1 (РЗ- 2) в минимальном режиме, при двухфазном КЗ и параллельной работе линий.

I (2)
k ч =	КЗmin	.
	I ср

Проверка чувствительности производится в двух точках в основной зоне – на шинах ПС2 ( k ч ≥ 1,5 ) и в зоне резервирования в конце линий, отходящих от ПС2 ( k ч ≥ 1,2 ); 6) производится проверка чувствительности отсечек в зоне их каскадного действия. Проверка производится при минимальном режиме системы и двух параллельно работающих линиях. Цель проверки – убедиться в том, что зоны отсечек перекрываются и, при КЗ в любом месте линии, работает хотя бы одна отсечка. Считается ток, протекающий через защиты РЗ-1 и РЗ-3 (РЗ-2 и РЗ-4) при коротком замыкании в середине линии. Если обе защиты имеют чувствительность при КЗ в этой точке не менее 1,5, значит каскадная работа обеспечивается. Если чувствительность защиты не обеспечивается, обычно это получается для отсечки РЗ-1, первый участок линии делится пополам, и рассчитывается КЗ в середине участка (0,25 длины линии). Производится повторная проверка чувствительности, если снова не получается, то делятся пополам получившиеся участки, считается ток КЗ и опять проверяется чувствительность. 7) если линии очень короткие, то каскадное действие отсечек может быть не обеспечено. В этом случае при КЗ в той точке, где уже не работает отсечка на ПС2 и не работает отсечка на ПС1, КЗ будет отключаться максимальной защитой этой линии. Отключение КЗ будет задержано на время срабатывания максимальной защиты после чего должна сработать отсечка на ПС2. Ускорить отключение может применение на ПС1 второй ступени токовой отсечки с малой выдержкой времени, согласованной по току и по времени с отсечкой отходящей

Релейная защита: чувствительность и её коэффициент.

В отечественной практике термином «чувствительность» принято обозначать свойство релейной защиты, позволяющее выявлять расчётные виды повреждений и ненормальных режимов энергосистемы в зоне действия релейной защиты.

В ПУЭ [1] понятие, обозначаемое термином «чувствительность» [2] используют для характеристики любых защит, независимо от напряжения электроустановки, но определение понятия, обозначаемого этим термином в данном документе нет.

Если чувствительность некоторых изделий можно определить непосредственно [1], то в релейной защите эту характеристику оценивают косвенно, причем способ оценки зависит от напряжения электроустановки [1].

Здесь необходимо отметить, что во многих других странах оценку чувствительности не производят [3].

Согласно ПУЭ для оценки чувствительности защит в электроустановках напряжением свыше 1000 В применяют коэффициент чувствительности [4, 5, 6].

Значение коэффициента чувствительности для защит, реагирующих на возрастание контролируемой величины, находят как отношение их расчетных значений в пределах защищаемой зоны к уставке срабатывания.

Для токовых защит линии коэффициент чувствительности в общем случае находят по формуле:

где — минимальный ток короткого замыкания для защищаемой линии (обычно – в конце защищаемого участка);

— ток срабатывания защиты.

Принято считать, что в общем случае такая защита будет работать правильно, если выполняется соотношение:

Найденное по этой формуле (1) значение коэффициента чувствительности должно быть не меньше нормированного значения, установленного в [1], и которое в зависимости от вида защиты может изменяться от 1,5 до 2,0.

В [3] показано, что при изменении значения коэффициента чувствительности от 1,2 до 1,4 вероятность срабатывания защиты изменяется незначительно, от 0,998 до 1,000.

Рассмотрим теперь, как рекомендуют определять коэффициент чувствительности токовой отсечки в одной из методик расчета уставок (см. [4], пример 2.1).

Для экономии места исходные данные для расчета приведены в экспликациях к формулам.

Расчет начинают с определения пускового тока электродвигателя I пуск эд по формуле :

I пуск эд = k пуск · I ном = 5,7 · 113,2 = 645 А

Где k пуск – каталожное значение пускового тока, равное 5,7 для асинхронного электродвигателя серии А4;

I ном – номинальный ток электродвигателя, определенный по известным значениям номинальной мощности, номинального напряжения, коэффициентв полезного действия и мощности или взятый из каталожных данных.

Пусковой ток может быть определен и по приведенному в каталожных данных номинальному току электродвигателя.

Наименьшее значение тока двухфазного КЗ на выводах электродвигателя находим по формуле:

где – = 3500 — значение тока трехфазного КЗ на вводах питания асинхронного электродвигателя в минимальном режиме работы системы (приведено в исходных данных для расчета).

Ток срабатывания токовой отсечки рассчитывают по формуле:

Коэффициент чувствительности защиты при двухфазном КЗ находим по формуле (1), подставив в неё найденные значения:

На основании выполнений расчетов в методике [4] сделан вывод: «коэффициент чувствительности ТО получился меньше двух».

Можно ли говорить, что уменьшение коэффициента чувствительности всего на 7% (2,00-1,86=0,14; 0,14/2,00=0,07) по сравнению со значением, указанным в ПУЭ, делает данную защиту непригодной?

Отметим, что если в формуле (5) будет использовано расчетное значение = 3031 А, вместо округленного (3000) расчетное значение коэффициента чувствительности будет всего на 6% (3031/1612 = 1,88) меньше значения, рекомендованного ПУЭ.

Приблизительность такого подхода видна и в том, что в формуле (4) условием несрабатывания ТО при пуске электродвигателя служит выбор множителя, равного 2,5, что и приводит к увеличению расчетного тока и, в конечном итоге, уменьшению коэффициента чувствительности.

Если предположить, а потом опытным путем доказать, что токовая отсечка не будет срабатывать при выборе уставки, равной 2,35 пускового тока электродвигателя, то значение коэффициента чувствительности и при пусковом токе 645 А будет удовлетворять требованиям ПУЭ.

В рассматриваемой методике вместо уменьшения множителя в формуле (4) предложено аналогичное по своей сути действие – уменьшение второго сомножителя путем «уточнения» пускового тока электродвигателя [2].

Отметим, что в любом случае реальный пусковой ток электродвигателя останется неизвестным, а все выводы будут основаны на расчетах, выполненных по каталожным данным электродвигателя.

В методике предложено использовать известную формулу (6) для нахождения пускового тока электродвигателя по найденным расчетным путем сопротивления питающей системы = 0,92 Ом и пускового сопротивления электродвигателя = 5,37 Ом :

Ток срабатывания токовой отсечки при таком значении пускового тока составит

В этом случае значение коэффициента чувствительности возрастает до

Если в исходную формулу (5) поставить расчетное значение тока А, то значение коэффициента чувствительности возрастет ещё больше и станет равным 2,18.

После получения искомого результата в методике [4] сделан вывод: «Коэффициент чувствительности ТО получился больше двух, поэтому применять дифференциальную защиту не требуется»

Заключение о таком выводе читатель может сделать самостоятельно.

В электроустановках напряжением до 1000 В для оценки чувствительности токовых защит вместо «коэффициента чувствительности» ПУЭ предусматривает другую характеристику – кратность тока короткого замыкания, задаваемую в процентах по отношению к:

• номинальному току плавкой вставки предохранителя;
• току уставки автоматического выключателя с максимальным расцепителем мгновенного действия;
• номинальному току расцепителя с нерегулируемой обратнозависимой от тока характеристикой;
• току трогания расцепителя с регулируемой обратнозависимой от тока характеристикой.

Значения кратности тока согласно [1] в зависимости от типа аппарата защиты может находится в диапазоне

Разделив правую и левую часть неравенства на 100%, можно убедиться, что по своей сути это немного видоизмененный способ задания коэффициента чувствительности.

Сказанное выше позволяет сделать такие выводы:

1. Использование термина «чувствительность релейной защиты», прежде всего является данью традиции, а понятие, обозначаемое этим термином, не имеет стандартизированного определения.
2. Оценка чувствительности релейной защиты по-разному, в зависимости от напряжения электроустановки, создает ложное впечатление о различии понятий, обозначаемых разными терминами:
   • «кратность тока короткого замыкания» (используют в электроустановках напряжением до 1000В);
   • «коэффициент чувствительности» (применяют в электроустановках напряжением свыше 1000 В).
3. Нормирование «коэффициента чувствительности», а тем более проверка этого коэффициента при расчетах уставок защит, во многом обусловлено свойствами применявшихся ранее реле защиты и перенесено на цифровые устройства без достаточных технических обоснований.

Литература:

1. Правила устройства электроустановок. М.: Главгосэнергонадзор России, 1998, 608 с.
2. Чувствительность // [Электронный ресурс «Всё о релейной защите], Режим доступа:http://www.rza.org.ua/glossary/read/ChUVSTVITELNOST.html (Материал первоначально был размещен здесь: http://maximarsenev.narod.ru/slovar2/chuvst.htm).
3. Шалин А.И. Надежность и диагностика релейной защиты энергосистем. Новосибирск, издательство НГТУ, 2002, 384 с.
4. Гондуров С.А., С.В. Михалев, М.Г. Пирогов, А.Л. Соловьев. Релейная защита электродвигателей напряжением 6-10 кВ терминалами БМРЗ. Методика расчета. С-Петербург, ПЭИПК, 2013, 60 с.
5. Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. М.: Энергоатомиздат, 1998, 800 м.
6. Коэффициент чувствительности // [Электронный ресурс «Всё о релейной защите], Режим доступа: http://rza.org.ua/glossary/read/KOEFFICIENT-ChUVSTVITELNOSTI.html
7. Что такое коэффициент чувствительности защиты?//[Электронный ресурс], Режим доступа: http://www.energomir.net/releinaya/174-2010-01-30-16-08-25.html.

[1] Например, в метрологии чувствительности средства измерения находят как отношение изменения выходного сигнала к изменению измеряемой величины.

[2] Для получения требуемого значения коэффициента чувствительности пусковой ток не должен превышать 600 А.