Защита со ступенчатой характеристикой выдержки времени

В УМК «Электроэнергетика. Ч. 2» изложены основные сведения о максимальной токовой защите (МТЗ) и токовой отсечке (ТО). Поэтому нет необходимости повторять этот материал. Остановимся на современном подходе к решению задачи проектирования МТЗ и ТО воздушной или кабельной линии с односторонним питанием напряжением 6-35 кВ.

В настоящее время для целей релейной защиты и автоматики применяются цифровые устройства (терминалы), выпускаемые рядом фирм в России и за рубежом. Расчеты параметров срабатывания МТЗ и ТО ведутся точно так же, как это делалось для устройств релейной защиты, выполненных на релейно-контактных элементах. Ток срабатывания МТЗ отстраивается от максимального рабочего тока защищаемого элемента, ток срабатывания ТО отстраивается от максимального тока КЗ в конце защищаемой линии. Время срабатывания МТЗ, как защиты с относительной селективностью, определяется путем согласования с защитой смежного участка. МТЗ может иметь независимую или зависимую от тока характеристику выдержки времени.

Цифровые терминалы защиты и автоматики многофункциональны, имеют широкие возможности и дают проектировщику возможность выбрать зависимую характеристику выдержки времени из большого числа таковых, предлагаемых изготовителем терминала.

При выборе той или иной характеристики следует руководствоваться общеизвестными принципами: при заданной или рассчитанной ступени селективности Δ t и заданных уровнях (кратностях) токов КЗ следует выбрать такую характеристику, которая обеспечит селективность защит и минимальные выдержки времени согласуемых МТЗ.

Выбрав определенного изготовителя терминала, следует внимательно ознакомиться с инструкцией (описанием) и провести необходимые расчеты в соответствии с этой инструкцией.

В качестве примеров ниже приводятся краткая характеристика цифрового терминала защиты и автоматики «Сириус-2» предприятия «Радиус-Автоматика» и принципы расчета МТЗ и ТО участка сети, содержащего две линии с одним источником питания.

Микропроцессорное устройство защиты «Сириус-2» предназначено для выполнения функций релейной защиты, автоматики, управления и сигнализации присоединений напряжением 6-35 кВ.

Функции защиты, выполняемые устройством:

- трехступенчатая МТЗ от междуфазных повреждений с контролем двух- или трехфазных токов;

- автоматический ввод ускорения любых ступеней МТЗ при любом включении выключателя;

- защита от обрыва фазы питающего фидера;

- защита от однофазных замыканий на землю по сумме высших гармоник;

- защита от однофазных замыканий на землю по току основной частоты;

- выдача сигнала пуска МТЗ для организации логической защиты шин.

Кроме того, устройство имеет ряд функций автоматики, дополнительных сервисных функций и встроенных устройств.

МТЗ в устройстве «Сириус-2-Л» может иметь 4 ступени:

- 1-я ступень – МТЗ-1 (токовая отсечка) с независимой времятоковой характеристикой;

- 2-я ступень – МТЗ-2 с зависимыми или независимыми времятоковыми характеристиками;

- 3-я ступень – МТЗ-3 с зависимыми или независимыми времятоковыми характеристиками;

- дополнительная ступень – МТЗ-4 обеспечивает отключение присоединения при длительном превышении током заданной уставки, что, например, требуется при «адресном отключении».

Для ступеней МТЗ-2 и МТЗ-3 возможен выбор одной из шести времятоковых характеристик:

1. Независимая характеристика. Время выдержки определяется набран-ным значением уставки по времени Т _уст.

Диапазон уставок по току:

Рис. 2.1. Нормально-инверсная характеристика Рис. 2.2. Сильно инверсная характеристика

Рис. 2.3. Чрезвычайно инверсная характеристика Рис. 2.4. Крутая характеристика

Рис. 2.5. Пологая характеристика Рис. 2.6. Участок распределительной сети (а) и кривая спада тока (б)

для 1-й ступени – 2-200 А;

для 2-й ступени – 1-200 А;

для 3-й ступени – 0,4-100 А;

для 4-й ступени – 0,4-20 А.

Диапазон уставок по времени T _уст:

для 1-й ступени – 0-10 с;

для 2-й ступени – 0,1-20 с;

для 3-й ступени – 0,2-99 с;

для 4-й ступени – 1-99 мин.

Дискретность уставок:

по току – 0,01 А;

по времени – 0,01 с;

по времени для 4-й ступени – 1 мин.

Основная погрешность срабатывания:

по току ± 5 % от уставки;

по времени для независимых характеристик:

± 3 % от уставки при выдержке более 1 с;

± 25 мс при выдержке менее 1 с;

по времени для зависимых характеристик ± 7 % от уставки.

Коэффициент возврата по току 0,95¸0,92.

2. Пять зависимых времятоковых характеристик (рис. 2.1¸2.5), в выражениях которых:

t – время срабатывания защиты при кратности тока ,

T _уст – уставка по времени;

I – ток защиты;

I _уст – уставка по току защиты (ток срабатывания).

В качестве примера проведем расчет согласования по времени защит смежных линий на участке радиальной распределительной сети. На рис. 2.6, а показаны воздушные линии W 1 длиной 4,5 км, W 2 длиной 10,5 км и W 3, высоковольтные выключатели Q 1, Q 2, Q 3 и группы трансформаторов тока, к которым подключены МТЗ. Питание подается слева от системы с внутренним сопротивлением 1 Ом, напряжение сети 10 кВ. Задана кривая спада тока, т. е. зависимость (рис. 2.6, б) максимального трехфазного тока КЗ от расстояния от источника до точки КЗ

= .

Заданы токи срабатывания защит I _сз1=1,68 кА, I _сз2=0,72 кА, I _сз3=0,38 кА.

Обозначим кратности токов КЗ буквой K с двумя индексами: первый индекс i – номер точки КЗ, второй индекс j – номер МТЗ, по отношению к которой рассчитана кратность. Номер МТЗ – это номер выключателя. Расчет кратности будем вести по токам КЗ и токам срабатывания защит:

K _ij= ,

где – параметр времятоковых характеристик (рис. 2.1-2.5).

Для нашего примера

= 3,76; = 2; = 4,96;

= 2,13; = 5,95.

Величины K ₃₃, K ₃₂, K ₂₂, K ₂₁, K ₁₁ указаны на рис. 2.6, б. Величина выбранной выдержки времени срабатывания МТЗ3 t ₃ при кратности тока К ₃₃=3,76 и ступень селективности Δ t указаны на рис. 2.6, а.

Задача состоит в том, чтобы рассчитать уставки всех защит по времени T _уст3, T _уст2, T _уст1, предварительно выбрав вид времятоковой характеристики.

Прежде всего, грубо оценим крутизну времятоковых характеристик, показанных на рис. 2.1, 2.2, 2.3. Учитывая полученные значения К _ij будем ее в диапазоне кратностей 2…6 для Т _уст=0,2 с как отношение приращения времени срабатывания к изменению кратности тока:

для рис. 2.1 крутизна составит (2-0,8)/(6-2)=0,3;

для рис. 2.2 крутизна составит (2,8-0,5)/(6-2)=0,575;

для рис. 2.3 крутизна составит (4,8-0,4)/(6-2)=1,1.

Так как крутизна характеристики рис. 2.3 наибольшая, попытаемся выбрать ее для нашего участка сети. Это даст наибольший выигрыш в быстродействии МТЗ.

По кривой с минимальной уставкой T _уст3=0,2 с (рис. 2.3) при кратности K ₃₃=3,76 получим время срабатывания t ₃'»0,9 c > t ₃=0,8 с. Его и будем использовать при расчете первого приближения. МТЗ2 при КЗ в точке КЗ должна срабатывать с временем t ₂= t ₃'+D t =0,9+0,4=1,3 c.

В качестве первого приближения для МТЗ2 принимаем эту же характеристику с наименьшей уставкой по времени T _уст2=0,2 с.

При K ₃₂ = 2 время срабатывания t ₂'=4,7 c > 1,3 c. Это слишком большая выдержка времени, совершенно не приемлемая.

Поэтому переходим к расчету второго приближения и обращаемся к следующей характеристике (рис. 2.2). При T _уст3=0,2 с и кратности K ₃₃=4 получаем t ₃''=0,9 c. Эта величина может быть принята, так как в этом случае также t ₃'' > t ₃.

Для МТЗ2 также принимаем кривую по рис. 2.2 с T _уст2=0,2 с. Тогда при K ₃₂=2 t ₂=2,8 c. Эта выдержка времени также слишком велика.

Приходится рассчитывать третье приближение и обращаться к рис. 2.5. Принимаем кривую с T _уст3=1 с. При кратности K ₃₃=3,76 выдержка времени t ₃'''=1,15 c, t ₃'''> t ₃, t ₂= t ₃'''+D t= =1,15+0,4=1,55 c. Для МТЗ 2 рассчитываем T _уст2 для t ₂ = 1,55 с по формуле

Имея в виду, что , получим =0,29 с. На характеристиках рис. 2.5 меньшая уставка T _уст = 0,5 с, поэтому придется обратиться к этой кривой.

Для МТЗ2 принимаем кривую с T _уст2=0,5 с. При K ₃₂=2 получаем t ₂'''=1,7 c, t ₂'''> t ₂. Значит, кривая подходит. Отмечаем на рис. 2.6, а T _уст2 = 0,5 с.

Проведем согласование МТЗ1 с МТЗ2.

Для МТЗ2 по кривой с T _уст2 = 0,5 с при K ₂₂ = 4,96 получаем t ₂''''=0,67 c. Время срабатывания МТЗ1 при КЗ в точке K ₂, т. е. при K ₂₁=2,13, будет t ₁ = t ₂''''+D t =0,67+0,4=1,07 c. Этой величине соответствует кривая с T _уст1 = 0,5 с. По этой кривой при K ₂₁ = 2,13 t ₁=1,5 c. Согласование закончено.

Если для МТЗ3, МТЗ2, МТЗ1 принять независимые характеристики, то выдержки времени будут t ₃ = 0,8 c, t ₂ = 1,2 c, t ₁ = 1,6 c. Отсюда видно, что защиты, имеющие характеристики рис. 2.5, имеют меньшие времена срабатывания по сравнению с независимыми характеристиками. Это хорошо видно на рис. 2.7, где показаны три ступени защит с независимыми характеристиками: 0,8 с, 1,2 с, 1,6 с и времена срабатывания защит по кривым рис. 2.5: 1,15 с; 1,7-0,7 с, 1,5-0,7 с.

Рис. 2.7. Сравнение выдержек времени защит с зависимыми и

независимыми характеристиками

Рис. 2.8. Зоны действия токовых отсечек

Рассмотрим расчет токовой отсечки (ТО), представляющей собой разновидность МТЗ, также построенную на максимальном токовом принципе. Селективность ТО достигается согласованием их по токам срабатывания.

Расчет ТО проведем для участка сети, показанного на рис.2.6, а. Кривая спада тока КЗ (рис. 2.6, б) воспроизведена на рис. 2.8.

Ток срабатывания отсечки линии W 2 , где K _н = 1,25¸1,3.

Ток срабатывания отсечки линии W 1 .

На рис. 2.8 показаны токи срабатывания в виде горизонтальных линий. Точки пересечения кривой спада тока с линиями I _сзо1, I _сзо2 определяют зоны действия отсечек L _з1, L _з2.

График рис. 2.8 показывает, что зоны срабатывания ТО L _з1, L _з2 составляют не всю длину каждой линии.

В заключение данной темы рассмотрим современные реле тока типа РСТ-40 В и РСТ-80 АВ. Это статические электронные реле тока. РСТ-40 В имеют регулируемую и независимую от входного сигнала выдержку времени. Функциональная схема реле приведена на рис. 2.9, а.

Реле РСТ-80 АВ – это реле тока с зависимыми характеристиками. Функциональная схема этого реле приведена на рис. 2.9, б. Принцип преобразования аналоговых сигналов позволяет получить времятоковые характеристики двух типов – А и В, показанные на рис. 2.10, а и б.

а) б)

Рис. 2.9. Функциональные схемы реле:

а – РСТ-40В (U 1 – блок питания, U 2 – электронный преобразователь, U 3 – реагирующий орган, U 4 – элемент выдержки времени, U 5 – выходной орган);

б – РСТ-80АВ (U 1 – блок питания, U 2 – электронный преобразователь, U 3 – орган формирования зависимой выдержки времени, U 4 – элемент отсечки, U 5 – выходной орган)

а) б)

Рис. 2.10. Времятоковые характеристики типа А (а) и типа В (б)

РСТ-80 АВ позволяет получать характеристики зависимости времени срабатывания t _ср от кратности тока I / I _cp по следующей формуле:

,

где K_{t max} – временной коэффициент;

I – входной ток; I _ср – ток срабатывания;

α – коэффициент кривизны характеристики;

β – коэффициент регулирования уставки по времени.

Числовые значения K_{t max} и α следует подбирать по видам кривых рис. 2.10, а и б, а значения β указаны справа на этих рисунках. Технические данные реле РСТ-40 В и РСТ-80 АВ приведены в табл. 2.1 и 2.2.

Таблица 2.1

Таблица 2.2

Исполнение токовых защит

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: