Меню

Схемы соединения трансформаторов тока мтз



Максимальная токовая защита: принцип действия, виды, примеры схем

В силу разных причин аварии в электросетях случаются довольно часто. При коротком замыкании губительно действует на все электроприборы сверхток. Если не предпринять защитных мер, то последствием от неуправляемого увеличения тока может стать не только повреждение электроустановок на участке от места аварии до источника питания, но и выведение из строя всей энергосистемы. Во избежание негативных последствий, вызванных авариями, применяются разные схемы электрозащиты:

  • отсечка;
  • дифференциально-фазная;
  • высокоэффективная максимальная токовая защита электрических цепей (МТЗ).

Из перечисленных видов защиты самой распространённой является МТЗ. Этот простой и надёжный способ предотвращения опасных перегрузок линий нашёл широкое повсеместное применение благодаря обеспечению селективности, то есть, обладанию способностью избирательно реагировать на различные ситуации.

Устройство и принцип действия

Конструктивно МТЗ состоят из двух важных узлов: автоматического выключателя и реле времени. Они могут быть объединены в одной конструкции либо размещаться отдельными блоками.

Отличия от токовой отсечки

Из всех видов защиты по надёжности лидирует токовая отсечка. Примером может служить защита бытовой электросети устройствами с применением плавких предохранителей или пакетных автоматов. Метод токовых отсечек гарантирует обесточивания защищаемой цепи в аварийных ситуациях. Но для возобновления подачи электроэнергии необходимо устранить причину отсечения и заменить предохранитель, либо включить автомат.

Недостатком такой системы является то, что отключение может происходить не только вследствие КЗ, но и в результате даже кратковременного превышения параметров по току нагрузки. Кроме того, требуется участие человека для восстановления защиты. Эти недостатки не критичны в бытовой сети, но они неприемлемы при защите разветвлённых линий электропередач.

Благодаря тому, что в конструкциях МТЗ предусмотрены реле времени, задерживающие срабатывание механизмов отсечения, они кратковременно игнорируют перепады напряжений. Кроме того, токовые реле сконструированы таким образом, что они возвращаются в исходное положение после ликвидации причины, вызвавшей размыкание контактов.

Именно эти два фактора кардинально отличают МТЗ от простых токовых отсечек, со всеми их недостатками.

Принцип действия МТЗ

Между узлом задержки и токовым реле существует зависимая связь, благодаря которой отключение происходит не на начальной стадии возрастания тока, а спустя некоторое время после возникновения нештатной ситуации. Данный промежуток времени слишком короткий для того, чтобы величина тока достигла критического уровня, способного навредить защищаемой цепи. Но этого хватает для предотвращения возможных ложных срабатываний защитных устройств.

Принцип действия систем МТЗ напоминает защиту токовой отсечки. Но разница в том, что токовая отсечка мгновенно разрывает цепь, а МТЗ делает это спустя некоторое, наперёд заданное время. Этот промежуток, от момента аварийного возрастания тока до его отсечения, называется выдержкой времени. В зависимости от целей и характера защиты каждая отдельная ступень времени задаётся на основании расчётов.

Наименьшая выдержка времени задаётся на самых удалённых участках линий. По мере приближения МТЗ к источнику тока, временные задержки увеличиваются. Эти величины определяются временем, необходимым для срабатывания защиты и именуются ступенями селективности. Сети, построенные по указанному принципу, образуют зоны действия ступеней селективности.

Такой подход обеспечивает защиту поврежденного участка, но не отключает линию полностью, так как ступени селективности увеличиваются по мере удаления МТЗ от места аварии. Разница величин ступеней позволяет защитным устройствам, находящимся на смежных участках, оставаться в состоянии ожидания до момента восстановления параметров тока. Так как напряжение приходит в норму практически сразу после отсечения зоны с коротким замыканием, то авария не влияет на работу смежных участков.

Примеры использования защиты

  • с целью локализации и обезвреживания междуфазных КЗ;
  • для защиты сетей от кратковременных перегрузок;
  • для обесточивания трансформаторов тока в аварийных ситуациях;
  • в качестве протектора при запуске мощного, энергозависимого оборудования.

Задержка времени очень полезна при пуске двигателей. Дело в том, что на старте в цепях обмоток наблюдается значительное увеличение пусковых токов, которое системы защиты могут воспринимать как аварийную ситуацию. Благодаря небольшой задержке времени МТЗ игнорирует изменение параметров сети, возникающие при пуске или самозапуске электродвигателей. За короткое время показатели тока приближаются к норме и причина для аварийного отключения устраняется. Таким образом, предотвращается ложное срабатывание.

Пример подключения МТЗ электродвигателя иллюстрирует схема на рисунке 1. На этой схеме реле времени обеспечивает уверенный пуск электромотора до момента реагирования токового реле.

МТЗ с выдержкой времени

Рисунок 1. МТЗ с выдержкой времени

Аналогично работает задержка времени при кратковременных перегрузках в защищаемой сети, которые не связаны с аварийными КЗ. Отсечка действует лишь в тех случаях, когда на защищаемой линии возникает значительное превышение номинальных значений, которое по времени превосходит величину выдержки.

Для надёжности защиты на практике часто используют схемы двухступенчатой и даже трёхступенчатой защиты участков цепей. Стандартная трёхступенчатая защитная характеристика выглядит следующим образом (Рис. 2):

Карта селективности стандартной трёхступенчатой защиты

Рис. 2. Карта селективности стандартной трёхступенчатой защиты

На абсциссе отмечено значения тока, а на оси ординат время задержки в секундах. Кривая в виде гиперболы отображает снижение времени защиты от возрастания перегрузок. При достижении тока отметки 170 А включается отсчёт времени МТЗ. Задержка времени составляет 0,2 с, после чего на отметке 200 А происходит отключение. То есть, разрыв цепи происходит в случае отказа защиты остальных устройств.

Расчет тока срабатывания МТЗ

Стабильность работы и надёжность функционирования максимально-токовой защиты зависит от настройки параметров по току срабатывания. Расчёты должны обеспечивать гарантированное срабатывание реле при авариях, однако на её работу не должны влиять параметры тока нагрузки, а также кратковременные всплески, возникающие в режиме запуска двигателей.

Следует помнить, что слишком чувствительные реле могут вызывать ложные срабатывания. С другой стороны, заниженные параметры срабатывания не могут гарантировать безопасности стабильной работы электроприборов. Поэтому при расчетах уставок необходимо выбирать золотую середину.

Существует формула для расчёта среднего значения тока, на который реагирует электромагнитное реле [ 1 ]:

где Iс.з. – минимальный первичный ток, на который должна реагировать защита, а Iн. макс. – предельное значение тока нагрузки.

Ток возврата реле подбирается таким образом, чтобы его хватило повторного замыкания контактов в отработавшем устройстве. Для его определения используем формулу:

Здесь Iвз– ток возврата, kн. – коэффициент надёжности, kз – коэффициент самозапуска, Iраб. макс. величина максимального рабочего тока.

Для того чтобы токи возврата и срабатывания максимально приблизить, вводится коэффициент возврата, рассчитываемый по формуле:

kв = Iвз / Iс.з. с учётом которого Iс.з. = kн.×kз.×Iраб. макс. / kв

В идеальном случае kв = 1, но на практике этот коэффициент всегда меньший за единицу. Чувствительность защиты тем выше, чем выше значение kв.. Отсюда вывод: для повышения чувствительности необходимо подобрать kв в диапазоне, стремящимся к 1.

Виды максимально-токовых защит

В электрических сетях используют 4 разновидности МТЗ. Их применение диктуется условиями, которые требуется создать для уверенной работы электрооборудования.

МТЗ с независимой от тока выдержкой времени

В таких устройствах выдержка времени не меняется. Для задания уставок периода, достаточного для активации реле с независимыми характеристиками, учитывают ступени селективности. Каждая последующая выдержка (в сторону источника тока) увеличивается от предыдущей на промежуток времени, соответствующий ступени селективности. То есть, при расчётах необходимо соблюдать условия селективности.

МТЗ с зависимой от тока выдержкой времени

В данной защите процесс задания уставок МТЗ требует более сложных расчётов. Зависимые характеристики, в случаях с индукционными реле, выбирают по стандарту МЭК: tсз = A / (k n — 1), где A, n – коэффициенты чувствительности, k = Iраб / Iср — кратность тока.

Из формулы следует, что выдержка времени уже не является константой. Она зависит от нескольких параметров, в т. ч. и от силы тока, попадающего на обмотки реле, причём эта зависимость обратная. Однако выдержка не линейная, её характеристика приближается к гиперболе (рис. 3). Такие МТЗ используют для защиты от опасных перегрузок.

Характеристика МТЗ с зависимой выдержкой

Рисунок 3. Характеристика МТЗ с зависимой выдержкой

МТЗ с ограниченно-зависимой от тока выдержкой времени

В устройствах данного вида релейных защит совмещено две ступени защиты: зависимая часть с гиперболической характеристикой и независимая. Примечательно, что времятоковая характеристика независимой части является прямой, плавно сопряжённой с гиперболой. При малых кратностях критичных токов характеристика зависимого периода более крутая, а при больших – пологая кривая (применяется для защиты электромоторов большой мощности).

МТЗ с пуском (блокировкой) от реле минимального напряжения

В данном виде дифференциальной защиты применена комбинация МТЗ с использованием влияния минимального напряжения. В электромеханическом реле произойдёт размыкание контактов только тогда, когда возрастание тока в сети приведёт к падению разницы потенциалов. Если падение превысит нижнюю границу напряжения уставки – это вызовет отработку защиты. Поскольку уставка задана на падение напряжения, то реле не среагирует на резкие скачки тока в сети.

Примеры и описание схем МТЗ

С целью защиты обмоток трансформаторов, а также других элементов сетей с односторонним питанием используются различные схемы.

МТЗ на постоянном оперативном токе.

Особенность данной схемы в том, что управление элементами защиты осуществляется выпрямленным током, который меняет полярность, реагируя на аварийные ситуации. Мониторинг изменения напряжения выполняют интегральные микроэлементы.

Для защиты линий от последствий междуфазных замыканий используют двухфазные схемы на двух, либо на одном токовом реле.

Однорелейная на оперативном токе

В данной защите используется токовое пусковое реле, которое реагирует на изменение разности потенциалов двух фаз. Однорелейная МТЗ реагирует на все межфазные КЗ.

Схема на 1 реле

Схема на 1 реле

Преимущества: одно токовое реле и всего два провода для подсоединения.

Недостатки:

  • сравнительно низкая чувствительность;
  • недостаточная надёжность – при отказе одного элемента защиты участок цепи остаётся незащищённым.

Однорелейка применяется в распределительных сетях, где напряжение не превышает 10 тыс. В, а также для безопасного запуска электромоторов.

Двухрелейная на оперативном токе

В данной схеме токовые цепи образуют неполную звезду. Двухрелейная МТЗ реагирует на аварийные междуфазные короткие замыкания.

Схема на 2 реле

Схема на 2 реле

К недостаткам этой схемы можно отнести ограниченную чувствительность. МТЗ выполненные по двухфазным схемам нашли широкое применение, особенно в сетях, где используется изолированная нейтраль. Но при добавлении промежуточных реле могут работать в сетях с глухозаземлённой нейтралью.

Трехрелейная

Схема очень надёжная. Она предотвращает последствия всех КЗ, реагируя также и на однофазные замыкания. Трехфазные схемы можно применять в случаях с глухозаземлённой нейтралью, вопреки тому, что там возможны ситуации с междуфазными так и однофазными замыканиями.

Из рисунка 4 можно понять схему работы трёхфазной, трёхлинейной МТЗ.

Схема трёхфазной трёхрелейной защиты

Рисунок 4. Схема трёхфазной трёхрелейной защиты

Схема двухфазного трёхрелейного подключения МТЗ изображена на рисунке 5.

Рис. 5. Схема двухфазного трёхрелейного подключения МТЗ

На схема обозначены:

  • KA — реле тока;
  • KT — реле времени;
  • KL — промежуточное реле;
  • KH — указательное реле;
  • YAT — катушка отключения;
  • SQ — блок контакт, размыкающий цепь;
  • TA — трансформатор тока.
Читайте также:  В каких величинах измеряется мощность тока

Видео в дополнение темы

Источник

СХЕМЫ МТЗ НА ПОСТОЯННОМ ОПЕРАТИВНОМ ТОКЕ

Структурная схема. 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 времениКТ (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 KLпосле отключения КЗ в цепи отключения на приводе выключателя предусматривается блокировочный вспомогательный контакт (БК) SQ. При включенном выключателе SQзамкнут (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 KLне 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.

Принципиальные схемы МТЗ на постоянном оперативном токе. Схемы на электромеханических реле. На рис.4.3 приведена трехфазная схема МТЗ, выполненная на электромеханических реле, которые пока еще преобладают в электрических сетях нашей страны. Построение схемы и все ее элементы соответствуют структурной схеме (см. рис.4.2). Три измерительных органа (рис.4.3, а) выполняются с помощью трех реле РТ-40, орган времени – с помощью реле типа РВ-100, исполнительный элемент – посредством промежуточного реле типов РП-20, РП-16 или других промежуточных реле, контакты которых рассчитаны на ток электромагнита отключения выключателя. Из рассмотрения схемы понятно, что эта защита действует при всех видах КЗ. В случае недостаточного значения тока при К(1) в нулевой провод включается реле КА0(на схеме оно не показано), чувствительность которого выше, чем у реле КАфв фазах, так как КА0не надо отстраивать от Iнагр mах. Контакты реле КА соединяются по схеме ИЛИ. Питание оперативных цепей защиты осуществляется постоянным током с шин управления (ШУ) через свои предохранители, а электромагнит отключения ЭО от других предохранителей. Трехфазные схемы обычно применяются в сетях с глухозаземленными нейтралями (в России это сети 110кВ и выше).

Схемы на интегральных микроэлементах. На рис.4.4 в качестве примера приведена принципиальная схема трехфазной МТЗ (одна из возможных), построенная на ИМС. Рассматривается вариант трехфазной схемы в односистемном исполнении, при котором вместо трех ИО тока (реле тока) устанавливается один орган, реагирующий на все виды КЗ. Такое исполнение защиты уменьшает количество измерительных реле, что упрощает схему. Как уже отмечалось в §2.14, полупроводниковый ИО тока (реле тока) имеет три узла: входной узел (ВУ), преобразующий входной сигнал; узел сравнения (УС), сравнивающий его с заданной величиной (уставкой срабатывания); узел выхода (УВ), формирующий выходной сигнал ИО достаточного уровня, воздействующий на элементы логической части защиты.

Входной узел получает сигналы в виде синусоидальных мгновенных значений токов трех фаз iA,iB,iCот измерительных ТТ защищаемого объекта. Эти токи промышленной частоты с помощью трех промежуточных ТТ LTAA,LTAB,LTACпреобразуются в токи заданного уровня и поступают соответственно на вход выпрямительных мостов VSA,VSB,VSC,которые превращают переменный ток ПТТ в выпрямленный ток постоянного знака. Чтобы обеспечить действие реле тока односистемной МТЗ при всех видах КЗ, выходы трех выпрямительных мостов соединяются между собой последовательно (рис.4.4, а), образуя общую цепь выпрямленного тока, замкнутую на выходной резистор Rвых. При таком исполнении схема входного блока работает как максиселектор. На выходном резисторе схемы (Rвых) выделяется один выходной сигнал ВУ в виде напряжения (uRвых = iвых maxRвых), соответствующий наибольшему из мгновенных токов фаз, поступающих на вход узла. Мгновенное значение выпрямленного тока iвых max,протекающего по Rвых, определяется входным током iвх и ему пропорционально. В качестве примера проследим, как проходит ток по выходной цепи выпрямителей VSA, VSB, VSCпри трехфазном КЗ. Допустим, что в данный момент из трех входных мгновенных токов большим является ток положительной полуволны iA. В этом случае мост будет работать в режиме N (два диода открыты положительным током, два других заперты), а четыре диода каждого моста с меньшими токами VSVSCпод действием большего выпрямленного тока (ivsa) будут открыты (работают в режиме А). С учетом этого выпрямленный ток + ivsa, проходя через свой выпрямитель, открывает диоды мостов VSVSC,замыкается через них, через резистор Rвых и возвращается вVSA.При этом меньшие токи замыкаются по открытым диодам своих мостов, не выходя за их пределы, а на зажимах Rвых появляется напряжение uRвых = ivsaRвых,которое поступает на узел сравнения.

Узел сравнения ИО на рис. 4.4, а построен на времяимпульсном принципе *1. Устройство и принцип работы подобных ИО рассмотрены в гл. 2, поэтому ниже дается краткое описание работы в схеме МТЗ. В состав узла сравнения, выполняемого по указанному принципу, входят:

пороговое устройство А1, построенное на ОУ с постоянным опорным напряжением положительного знака Uоп на H-входе усилителя;

времясравнивающая цепочка, образованная резисторами R5-R6, конденсатором С1 и двухсторонним стабилизатором VD8;

второе пороговое устройство А2, выполненное по схеме триггера на ОУ с положительной обратной связью (UOC= Uв), поступающей на H-вход по резистору R9. Работа триггера определяется значением и знаком напряжения на инвертирующем входе, поступающем с конденсатора C1(UC1).

Работа схемы. В нормальном режиме, когда по защищаемому объекту проходят токи нагрузки, мгновенное значение выпрямленного напряжения (uRвых), поступающего с выходного узла УВ на И-вход А1, меньше UопA1.При этом входное напряжение А1 (и – Uоп1) имеет отрицательную полярность, поэтому на выходе А1 устанавливается напряжение UвыхA1,положительное по знаку (противоположное знаку входного сигнала) и наибольшее по значению 12-13 В (при Еп = ± 15 В), поскольку при отсутствии обратной связи ОУ работает в насыщенной части выходной характеристики (см. гл. 2). Под действием этого напряжения через резистор R5 происходит заряд конденсатора C1 до наибольшего положительного напряжения + UC1, ограниченного стабилитроном VD8. При положительном напряжении на И-входе А2 его выходное напряжение имеет отрицательное наибольшее для ОУ значение. В этом режиме орган тока не работает, так как при отрицательном напряжении диод VD5 открыт и транзистор VT1 выходного узла заперт и сигнал на пуск логической схемы (рис.4.4, б) отсутствует (элемент времени КТ и реле KL).

При КЗ в сети защищаемого объекта мгновенное выпрямленное напряжение uRвыхстановится больше UопA1на время, пока и > иопА1;напряжение на входе ОУ (uRвых – UопA1)изменяет свой знак (с «–» на «+»), А1 переключается и на его выходе появляется максимальное напряжение отрицательного знака (–UвыхА1).Под действием напряжения отрицательного знака конденсатор С1 по резисторам R5 и R6 (диод VDзакрыт) перезаряжается, напряжение UC1уменьшается, и после прохождения через нулевое значение UC1становится отрицательным и начинает увеличиваться по абсолютному значению. Через некоторое (заданное) время tпнапряжение на конденсаторе будет —UC1, а следовательно, и на И-входе А2 достигнет уровня, при котором А2 переключится и на его выходе появится максимальное положительное напряжение UвыхА2.Под действием этого напряжения диод VD5 выходного узла запирается, тогда на базе VT1 появляется положительный сигнал – транзистор Т1 открывается, и выходной узел ИО МТЗ передает на логическую схему команду на срабатывание. Элемент времени КТ (рис.4.4, б) срабатывает с заданной выдержкой времени, промежуточное реле KL2 замыкает контакты и посылает импульс на отключение выключателя защищаемого объекта. После отключения КЗ входной ток, а следовательно, и напряжение uRвых снижаются и становятся меньше опорного напряжения А1 – ИО тока и логические элементы МТЗ возвращаются в исходное состояние.

В качестве ИО используется реле тока типа РСТ-13 или реле типа ТО111, входящее в комплект устройств ЯРЭ-2201, предназначенных для выполнения РЗ в КРУ 6-10 кВ. Для создания выдержки времени в рассматриваемой схеме могут использоваться статическое реле времени из комплекта ЯРЭ-2201 типа ВО200 с регулировкой времени от 0,2 до 12 с или реле РВ-01 с регулировкой времени от 0,1 до 10 с. В качестве промежуточных реле применяются малогабаритные реле типа РП-13 и реле с магнитоуправляемыми контактами типа РПГ-5.

Защита с зависимой характеристикой. Наряду с независимой применяется МТЗ с зависимой и ограниченно зависимой характеристиками (кривые 2 и 3 на рис.4.1, в). Оба вида зависимых МТЗ выполняются при помощи токовых реле, работающих не мгновенно, а с выдержкой времени, зависящей от значения тока. В схеме зависимой МТЗ на рис.4.2, г, кроме реле времени, отсутствуют промежуточное и указательное реле, так как реле типов РТ-80 и РТ-90 имеют контакты достаточной мощности и сигнальный флажок, выпадающий при срабатывании реле. Статические ИО тока использованы в МТЗ с зависимой характеристикой в устройстве типа ЯРЭ-2201, выпускаемом ЧЭАЗ.

В отличие от РЗ с независимой характеристикой (прямая 1 на рис.4.1, в) МТЗ с зависимой характеристикой (кривые 2 и 3) действуют при токах Iр= (1-2)Iс.з со значительно большей выдержкой времени, чем при КЗ, что улучшает отстройку РЗ от кратковременных перегрузок (Iп).

Читайте также:  Как направляется ток в электрической лампе рис 135

Защиты с зависимой характеристикой позволяют также ускорить отключение при повреждении в начале ЛЭП (точка К1 на рис.4.1, г). Однако согласование выдержек времени независимых МТЗ значительно проще (см. §4.5).

Трехфазные схемы МТЗ, приведенные на рис.4.3, в, г,реагируют на все виды КЗ, включая и однофазные, и поэтому их можно применять в сети с глухозаземленной нейтралью, где возможны как междуфазные, так и однофазные КЗ.

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 (см. §3.6). Достоинством двухрелейной схемы является то, что она, реагируя на все междуфазные КЗ, экономичнее трехфазной схемы (два ТТ и реле вместо трех).

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.3.18). 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. Сдополнительным 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.

Однорелейная схема (рис.4.5, в, г). Защита состоит из тех же элементов, что и предыдущая схема, но выполняется одним токовым реле КА, которое включается на разность токов двух фаз Ip = Ia Icи реагирует на все случаи междуфазных КЗ.

К недостаткам, ограничивающим применение схемы, нужно отнести меньшую чувствительность по сравнению с двухрелейной схемой при КЗ между фазами АВ и ВС;недействие МТЗ при одном из трех возможных случаев двухфазного КЗ за трансформатором с соединением обмоток Y/Δ (см. §3.6) 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).

*1 Согласно этому принципу ИО тока срабатывает при условии, что сигнал, поступающий на вход УС (uRвых), превышает Uопв течение времени , где tп – время превышения; Т – период тока (50 Гц); tн – время, в течение которого uRвых

Источник

Максимальная токовая защита

В нормальном режиме по линии, в трансформаторе, двигателе течет рабочий ток, значение которого известно и определяется номинальными параметрами.

Однако, порой возникают аварийные, переходные ситуации, когда происходят перерывы питания, вследствие коротких замыканий, самозапуска, перегрузок. Значение тока повышается до величины, которая может привести к нарушению работоспособности электрической сети, выхода из строя электрооборудования.

Чтобы не происходило подобных аварий, необходимо на этапе проектирования предусмотреть методы защиты от переходных токов. Для этого служит релейная защита, а в частности защита от токов короткого замыкания — максимальная токовая защита. Эта защита также относится к токовым, как и токовая отсечка.

На линиях с односторонним питанием МТЗ устанавливается в начале линии со стороны источника питания. Так как сеть может состоять из нескольких линий, то на каждой из них ставят свой комплект защит. При повреждении на одном из участков линии сработает защита этого участка и отключит линию. Защиты других линий отстроены по времени, таким образом соблюдается селективность. Они отключатся, не успев сработать. Время срабатывания увеличивается в направлении от потребителя к системе.

На линиях с двухсторонним питанием защита МТЗ является дополнительной и достижение селективности одними лишь средствами выдержки времени является невозможным. Поэтому в таких сетях применяются направленные защиты.

Классификация МТЗ

Максимальные токовые защиты классифицируются на трехфазные и двухфазные (в зависимости от схемы исполнения), в зависимости от способа питания (с постоянным или переменным опертоком), защиты с зависимой и независимой характеристикой.

Принцип действия максимальной токовой защиты

При достижении током величины уставки подается сигнал на срабатывание реле времени с заданной выдержкой времени. Затем после реле времени сигнал идет на промежуточное реле, которое мгновенно отправляет ток в цепь отключения выключателя.

У зависимых защит выдержка времени задается уставкой на реле, у независимых — выдержка зависит от величины тока. Зависимые защиты проще отстраивать и согласовывать.

Схема защиты МТЗ

схема максимальной токовой защиты

На рисунке выше приведена схема максимальной токовой защиты — токовые цепи и цепи управления.

Параметры и расчет максимальной токовой защиты

МТЗ не может совмещать в себе функцию защиты от перегрузки, так как действие МТЗ должно происходить по возможности быстрее, а защита от перегрузки должна действовать, не отключая допустимые кратковременные токи перегрузки или пусковые токи при самозапуске электродвигателей.

  1. То есть первое условие выбора МТЗ — отстройка от максимального рабочего тока нагрузки
  2. После срабатывания защиты реле должно вернуться в рабочее положения. Ток возврата должен быть больше максимального рабочего тока, с учетом самозапуска, после предотвращения нарушения снабжения
  3. Ток срабатывания защиты равен коэффициенту запаса отнесенный к коэффициенту возврата и умноженный на коэффициент запуска и максимальный рабочий ток
  4. Ток срабатывания реле зависит от коэффициента схемы (зависит от реле), тока срабатывания защиты отнесенных к коэффициенту трансформатора тока
  5. Чувствительность защиты определяется отношением минимального тока короткого замыкания в конце зоны защиты к току срабатывания защиты
  6. Ступень времени для согласования выдежек времени зависит от выдержки времени соседней защиты, погрешности замедления реле времени соседней защиты, времени отключения выключателя соседней защиты. Для защит с независимой выдержкой времени это время может быть 0,4-0,5с, для защит с зависимой — 0,6-1с

К достоинствам МТЗ относится их простота и наглядность, надежность, невысокая стоимость. К недостаткам можно отнести большие выдержки времени вблизи источников питания, хотя именно там токи короткого замыкания должны отключаться быстро.

Максимальная токовая защита является основной в сетях до 10кВ, однако, применение она нашла и в сетях выше 10кВ.

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

Источник

Максимальная токовая защита (МТЗ)

Максимальная токовая защита (МТЗ)

Принцип действия МТЗ. Одним из наиболее характерных признаков возникновения КЗ, а также нарушений нормального режима работы электроустановок является резкое увеличение тока (появление сверхтока), который становится значительно больше тока нагрузки.

На рис. №1 показан принцип действия МТЗ.

К реле МТЗ через трансформатор тока ТА подводится ток, проходящий по защищаемому элементу (линии W). При нормальных значениях тока нагрузки защита не действует, но когда ток увеличивается и достигает заранее установленных значений, защита сработает и отключит выключатель Q. Значение тока, при котором происходит срабатывание защиты, называется током срабатывания.

Первым требованием МТЗ является правильное выявление момента возникновения повреждения в защищаемой цепи.

Появление сверхтока в каком – либо элементе не всегда является признаком повреждения именно этого элемента, так как сверхток проходит не только по повреждённому элементу, но и по связанным с ним неповреждённым элементам. На рис. №2 показана схема электросети, состоящая из трёх последовательно соединённых участков.

При КЗ в точке К сверхток Iк проходит от источника питания Е к месту повреждения как по повреждённому участку I, так и по неповреждённым участкам II и III. Если сверхток превысит ток срабатывания, то сработают МТЗ всех трёх участков. В результате такого действия будут отключены не только повреждённый, но и не повреждённые участки электросети, что недопустимо. Правильная ликвидация аварии будет иметь место лишь в том случае, если сработает МТЗ первого участка и отключит выключатель ближайший к месту повреждения Q1.

Вторым требованием МТЗ является избирательность или селективность. МТЗ должны участков электросети должны иметь различное время срабатывания, возрастающее в направлении к источнику питания. Время срабатывания защиты от момента возникновения сверхтока до воздействия на выключатель – выдержка времени. В рассмотренном примере МТЗ состоит из двух органов: пускового, который выявляет момент КЗ и производит пуск защиты, и замедляющего органа (орган выдержки времени), который замедляет действие защиты для обеспечения селективности.

В качестве пусковых органов МТЗ используются реле увеличения тока (максимальные токовые реле), а в качестве замедляющего органа – реле времени. Токовые реле типов РТВ, РТ – 80, РТ – 90 содержат в себе оба органа. Поэтому МТЗ, выполняемая с помощью этих реле, называется МТЗ с зависимой характеристикой времени срабатывания. При использовании в качестве пусковых органов МТЗ токовых реле мгновенного действия типа РТ – 40 или ЭТ – 520 выдержка времени создаётся отдельными реле времени типа ЭВ или РВМ. Время срабатывания МТЗ, выполненной с помощью этих реле, не зависит от тока КЗ, так как реле времени срабатывают с одним и тем же установленным на них временем срабатывания. Защита такого типа называется МТЗ с независимой характеристикой времени срабатывания.

МТЗ является наиболее простой и дешёвой защитой и поэтому широко применяется для защиты генераторов, трансформаторов, электродвигателей и линий электропередачи с односторонним, а в ряде случаев и с двухсторонним питанием.

Размещение МТЗ. Ток КЗ проходит от источника питания к месту КЗ. Поэтому, чем ближе к источнику питания расположена защита, тем больше зона, при повреждении в которой защита приходит в действие.

На рис. №3 показана схема размещения МТЗ для защиты понижающего трансформатора.

Если для защиты трансформатора ТА и защиту МТЗ установить со стороны обмотки ВН, т. е. со стороны источника питания Е, то в зону защиты войдут: кабели, вводы и обмотки трансформатора, выключатель Q2, шины низкого напряжения А2. Если ТА и МТЗ установить со стороны обмотки НН, то в зоне защиты окажутся только Q2 и шины А2. Поэтому МТЗ следует устанавливать со стороны источника питания и по возможности ближе к нему.

Место установки МТЗ зависит также от схемы соединения электроустановки или электросети. На рис.№4 показана схема размещения МТЗ питающих линий и электрооборудования приёмных подстанций.

Читайте также:  3 фазная схема подключения с трансформаторами тока

От подстанции П отходят две кабельные линии: по линии W1 питается подстанция П1 с одним электродвигателем М, а по линии W2 – подстанция П2 с двигателем М и трансформатором Т. Для защиты линий на них со стороны подстанции П устанавливаются МТЗ 1 и МТЗ 2. На электродвигателе М подстанции П1 отдельную защиту можно не устанавливать, т. к. он входит в зону защиты МТЗ 1, а сточки зрения правильности ликвидации аварии не имеет значения, каким выключателем, Q или Q1, будет отключен электродвигатель при его повреждении.

В случае питания от подстанции П2 двух и более элементов МТЗ должна устанавливаться как на линии со стороны источника питания, так и на всех элементах электрооборудования, подключенных к шинам приёмной подстанции.

Получить полный текст Подготовиться к ЕГЭ Найти работу Пройти курс Упражнения и тренировки для детей

На рис.№5 показан пример размещения МТЗ в радиальной сети с односторонним питанием от электростанции с генераторами G1 и G2. Для защиты электродвигателей М на каждом из них устанавливается МТЗ с действием на отключение своих выключателей Q1.

На трёхобмоточных трансформаторах МТЗ, как правило, устанавливается со стороны каждой обмотки. Защита II со стороны НН защищает шины А1 и, кроме того, может действовать при повреждении электродвигателя в случаях, если откажет его защита I или выключатель Q1. Таким образом, защита II имеет два защищаемых участка – основной, в который входят шины А1, и резервируемый, в который входят электродвигатели М. В соответствии с этим защита II является основной для шин А1 и резервной для электродвигателя М.

Аналогичные функции выполняет защита IV в отношении шин среднего напряжения А2 и линии W2. Защита III со стороны ВН является основной для Т2 и резервной для шин А1 и А2. Если, учитывая наличие защиты III, отказаться от установки защит II и IV, то при повреждении, например, на шинах А1 будет отключаться трансформатор от защиты III и при этом кроме повреждённых шин А1 останутся без напряжения неповреждённые шины А2 и линия W2, что недопустимо. Неправильно будет ликвидирована авария и при повреждении на шинах А2.

На линии W1 защиту VI можно устанавливать только со стороны источника питания с действием на отключение выключателя Q6. Эта защита будет основной для линии W1 и шин А3, а так же резервной для Т2 и линии W3. Установка защиты только на одном конце линии создаёт неудобство в эксплуатации, которое заключается в том, что после срабатывания защиты VI и отключения линии W1выключателем Q6 персонал должен выяснить, где произошло повреждение – на линии W1 или на шинах А3. На Т1 защиту VII достаточно установить только со стороны НН с действием на отключение Q7, которая будет основной защитой для Т1 и шин А4, а также резервной защитой для линий W1,W4. Последние комплекты МТЗ VIII устанавливаются на генераторах G1, G2. Они являются основной защитой для генераторов и шин А5, а также резервной защитой для Т1 и линии W5.

Трёхфазная схема требует установки трёх ТТ трёх токовых реле. На рис.№6 показана трёхфазная схема включения пусковых реле МТЗ.

Первичные обмотки ТА включаются в фазы А, В,С защищаемого элемента, а вторичные соединяются в звезду. К выводам вторичных обмоток подключены реле, обмотки которых соединяются также в звезду. Провода, соединяющие выводы вторичных обмоток ТА и реле называются фазными, а провод, соединяющий нулевые точки – нулевым нейтральным проводом.

В реле трёхфазной схемы проходит тот же ток, что и во вторичных обмотках ТА:

Поэтому коэффициент схемы, представляющий собой отношение тока в реле к току во вторичных обмотках ТА, равен единице:

Трёхфазная схема реагирует на все виды междуфазных и однофазных КЗ, имея при этом равную чувствительность. Недостаток этой схемы – относительно большое количество оборудования и соответственно большая стоимость, чем у других схем. Недостатком трёхфазной схемы является также возможность неселективного действия при замыкании на землю разных фаз в двух точках сети с изолированной нейтралью. Если защиты имеют одинаковые выдержки времени, то одновременно отключаются обе линии. В то же время по условиям работы сети с изолированной нейтралью достаточно отключить только одно место замыкания на землю. Учитывая отмеченные недостатки и то, что в сети с изолированной нейтралью однофазных КЗ не бывает, а в сети с заземлённой нейтралью для защиты от однофазных КЗ применяется специальная защита с токовыми реле, включенными на фильтр тока нулевой последовательности, трёфазная схема имеет ограниченное применение.

Двухфазная схема с соединением ТТ в неполную звезду. Рассматриваемая двухфазная схема требует установки двух ТТ и двух или трёх реле в зависимости от условий применения.

На рис.№7 показана двухфазная двухрелейная схема, которая получила наибольшее применение.

Схема реагирует на все виды междуфазных КЗ, но поскольку ТТ установлены не во всех фазах, схема не может быть использована для защиты от однофазных КЗ. Коэффициент схемы также равен единице.

Чувствительность двухфазной схемы можно повысить установкой третьего реле, включенного в нейтральный провод (рис.№8). В нейтральном проводе проходит геометрическая сумма фазных токов

Ток в нейтральном проводе равен по величине току, проходящему по фазе, не имеющей ТТ. Поэтому дополнительное реле будет иметь в 2 раза большую чувствительность, чем реле фаз А и С.

На рис.№9 показана двухфазная однорелейная схема с соединением ТТ на разность токов двух фаз. Эта схема наиболее экономична, так как требует установки двух ТТ и только одного реле. Первичные обмотки ТА включаются в две фазы защищаемого элемента, а вторичные обмотки соединяются на разность токов. К точкам соединения вторичных обмоток подключается обмотка токового реле. Ток равен геометрической разности вторичных токов.

Коэффициент схемы на рис.№9 составляет:

Одним из недостатков однорелейной схемы является её различная чувствительность при разных видах КЗ:

Трёхфазное КЗ – Ip(3) = 1,73I2;

Двухфазное КЗ – Ip(2) = 2I2.

Другим весьма существенным недостатком схемы является отказ в действии при одном из трёх возможных видов трёхфазного КЗ за трансформатором с соединением обмоток звезда – треугольник. При двухфазном КЗ между фазами со стороны треугольника токи в этих же фазах со стороны звезды равны по значению и имеют одинаковое направление. Поэтому ток в реле равен нулю. Эта схема применяется в основном для защиты электродвигателей.

Получить полный текст Подготовиться к ЕГЭ Найти работу Пройти курс Упражнения и тренировки для детей

Ток срабатывания пусковых токовых реле МТЗ выбирается таким, чтобы обеспечить выполнение следующих условий:

-Защита не должна приходить в действие при прохождении по защищаемому элементу максимального тока нагрузки;

-Защита должна надёжно действовать при КЗ на защищаемом участке и иметь коэффициент чувствительности не менее 1,5;

-Защита, как правило, должна действовать и при КЗ на смежном (резервируемом) участке и иметь коэффициент чувствительности в конце этого участка не менее 1,2.

Для выполнения первого условия ток срабатывания должен быть больше максимального тока нагрузки. Однако выполнения одного этого требования недостаточно для того, чтобы надёжно отстроиться от максимального тока нагрузки. Для выяснения условий отстройки пусковых органов МТЗ от максимального тока нагрузки рассмотрим поведение защиты I, установленной на подстанции П1 на линии W1(рис.№10.), когда ток нагрузки, проходящий по линии W1 и равный сумме токов нагрузок подстанций П2 и П3, имеет максимальное значение. При возникновении КЗ в точке К на линии W2 ток КЗ проходит от источника питания к месту КЗ как по повреждённой линии, так и по линии W1. При этом придут в действие защита II, установленная на повреждённой линии, и защита I на линии W1, поведение которой рассматривается. После отключения повреждённой линии W2 ток КЗ прекратится и по линии W1 будет вновь проходить максимальный ток нагрузки. При этом новое значение максимального тока нагрузки может значительно превышать ток в доаварийном режиме за счёт того, что при восстановлении напряжения после отключения КЗ происходит самозапуск электродвигателей, которые при этом потребляют повышенные (пусковые) токи. В этих условиях пусковые токовые реле защиты I, сработавшие в момент возникновения КЗ, должны вернуться в исходное положение до того, как истечёт выдержка времени защиты, что обеспечивается только в том случае, если ток возврата пусковых токовых реле будет больше максимального тока нагрузки послеаварийного режима. Увеличение тока нагрузки в результате самозапуска электродвигателей учитывается коэффициентом самозапуска kЗ.

Таким образом, для выполнения первого условия необходимо, чтобы

IВ. З. = kHkзIH, max, где – kH коэффициент надёжности отстройки.

Известно, что ток возврата и ток срабатывания связаны между собой коэффициентом возврата следующим образом

Отсюда ток возврата выразим

kBIс. з. = kHkЗIH, max.

Теперь получим окончательную формулу для расчёта тока срабатывания пусковых токовых реле МТЗ:

, где kH принимаем равным 1,1 – 1,25: kЗ составляет 2 -3.

Вторичный ток срабатывания, т. е. уставка пусковых токовых реле, определим по формуле:

, где К1 – коэффициент трансформации ТТ; kСХ – коэффициент схемы, равный 1 для схем соединения в полную и неполную звезду и 1,73 для схем соединения ТТ в треугольник и на разность токов двух фаз.

При определении максимального тока нагрузки необходимо исходить из наиболее тяжёлых, но реальных режимов работы оборудования. Для защиты параллельных линий в качестве максимального тока нагрузки на каждую линию принимают суммарную максимальную нагрузку обеих линий с тем, чтобы при аварийном отключении одной из них вторая не отключалась от перегрузки.

Для защиты параллельно работающих трансформаторов максимальный ток определяют с учётом максимального количества работающих параллельно трансформаторов.

При выборе тока срабатывания необходимо учитывать коэффициент самозапуска, если он неизвестен, то принимают равным 4 номинальным токам защищаемого оборудования.

После определения тока срабатывания защиты проверяется выполнение второго и третьего условий, которые определяются коэффициентами чувствительности действия защиты в режиме, когда токи КЗ имеют минимальные значения (Ik, min).

При расчёте kч защиты, включенной на разность токов двух фаз, минимальный ток КЗ определяется при двухфазном КЗ между фазами, на одной из которых нет ТТ, так как в этом случае через реле защиты проходит меньший ток КЗ. При расчёте kч для случая КЗ за трансформатором с соединением обмоток звезда – треугольник минимальный ток КЗ определяется при двухфазном КЗ, когда в фазах с ТТ проходит ток, в 2 раза меньший, чем в фазе без ТТ.

Источник