2. Селективная токовая отсечка.

Селективная токовая отсечка с выдержкой времени, с действием на отключение предназначена для защиты от КЗ всех видов на выводах и внутри трансформатора, а также от внешних КЗ, то есть от повреждений на шинах НН и на отходящих линиях НН (на случай отказа их собственных защитных и коммутационных аппаратов).

Уставки селективной токовой отсечки должны обеспечивать:

– несрабатывание защиты при возникновении кратковременных пиковых нагрузок;

– согласование действия по току и по времени с предыдущими защитами;

– необходимую чувствительность при всех КЗ в зоне резервирования – при отказах срабатывания вводных выключателей на стороне НН ТП.

Защита осуществляется с помощью цифровых терминалов Sepam T20 (функция 51).

2.1. Ток срабатывания селективной токовой отсечки выбирается наибольшим, исходя из следующих условий:

2.1.1. Отстройки от максимально возможного тока нагрузки – пикового тока на стороне ВН (выражение 16.5)

где К_Н.О = 1,1 – коэффициент надежности отстройки (несрабатывания) защиты; К_СЗП = 2,2 – коэффициент самозапуска, учитывающий увеличение рабочего тока за счет одновременного пуска электродвигателей, которые затормозились при снижении напряжения во время возникновения внешнего КЗ и последующего действия автоматического ввода резерва (АВР); = 158,8 А – максимальный рабочий ток трансформатора Т1 на стороне ВН.

2.1.2. Должна быть согласована с нижестоящей селективной токовой отсечкой выключателя QF1 (выражение 16.6)

Таким образом, за расчетный ток срабатывания защиты принимаем наибольший из определенных выше токов

2.2. Время срабатывания селективной токовой отсечки принимается по условию селективности на ступень больше по отношению к предыдущей защите (выражение 16.7)

где t_sd.QF1 = 0,3 с – время срабатывания предыдущей защиты (вводного автоматического выключателя QF1); Δt = 0,3 с – ступень селективности по времени для микропроцессорных защит.

2.3. Проверим чувствительность селективной токовой отсечки. Она должна быть чувствительна к токам двухфазного и однофазного КЗ на стороне 0,4 кВ трансформатора в минимальном режиме работы сети. Учитывая, что в рассматриваемом примере ток двухфазного КЗ меньше тока однофазного КЗ, определим коэффициент чувствительности к току двухфазного КЗ.

При использовании трёхфазной схемы соединения трансформаторов тока и измерительных органов блока Т20 в полную звезду и при схеме соединения обмоток Δ/Y_Н-11 силового трансформатора Т1 коэффициент чувствительности для двухфазного КЗ на стороне НН трансформатора Т1 можно записать (см. табл. 16.1)

где – ток двухфазного КЗ в минимальном режиме работы сети на выводах 0,4 кВ трансформатора (точка А, рис. 16.7); К_Т.Н – коэффициент трансформации по напряжению силового трансформатора Т1; – ток срабатывания рассматриваемой селективной отсечки.

Следовательно, селективная токовая отсечка чувствительна к минимальному току двухфазного КЗ на сборных шинах 0,4 кВ ТП.

3. Мгновенная токовая отсечка является быстродействующей максимальной токовой защитой с ограниченной зоной действия. Она предназначена для защиты трансформатора со стороны ВН от междуфазных КЗ. Зона действия отсечки начинается от трансформаторов тока, к которым подключена защита (выключатель на стороне ВН), и включает ошиновку, высоковольтные вводы и часть обмотки трансформатора ВН. Мгновенная токовая отсечка выполняется с действием на отключение трансформатора и не должна срабатывать при трехфазном КЗ на стороне 0,4 кВ трансформатора в максимальном режиме работы сети и при включении трансформатора при броске намагничивающего тока, а также должна быть согласована с нижестоящей защитой.

3.1. Ток срабатывания I_r.Q1 МТО выбирается наибольшим, исходя из следующих условий:

3.1.1. Отстройки от максимального тока трехфазного КЗ на выводах 0,4 кВ трансформатора Т1 (см. выражение 16.8)

где К_Н.О = 1,15 – коэффициент надежности отстройки (несрабатывания) отсечки.

3.1.2. Отстройки от бросков тока намагничивания трансформатора Т1 при его включении (см. выражение 16.9)

где К_ОТС = 3 – коэффициент отстройки от броска тока намагничивания I_НАМ при включении силового трансформатора.

3.1.3. Согласования с нижестоящей мгновенной токовой отсечкой выключателя QF1 (см. выражение 16.10)

где К_Н.СОГЛ = 1,3 – коэффициент надежности согласования защит.

Таким образом, за расчетный ток срабатывания защиты принимаем наибольший из определенных выше токов

Мгновенная токовая отсечка имеет независимую от тока характеристику, срабатывает без выдержки времени и действует на отключение трансформатора. Постоянная минимальная выдержка времени перед отключением, обусловленная временем срабатывания выключателя, составляет 50 мс.

3.2. Мгновенная токовая отсечка должна быть проверена на чувствительность к току двухфазного КЗ в минимальном режиме работы сети в месте установки защиты, т.е. на выводах ВН трансформатора Т1 – должен быть определен соответствующий коэффициент чувствительности и сопоставлен с требованиями ПУЭ. Коэффициент чувствительности отсечки (см. выражение 16.11)

Следовательно, мгновенная токовая отсечка чувствительна к минимальному току двухфазного КЗ на выводах 10 кВ трансформатора Т1.

По результатам расчета строим ВТХ защиты трансформатора Т1 на стороне ВН (см. рис. 16.11).

Проведём анализ результатов рассмотренного примера. На рис. 16.11 приведены время-токовые характеристики ТП и рассматриваемых защит:

1. На карте селективности мы видим нагрузочные токи ТП и токи КЗ:

1.1. Максимальный рабочий ток и пиковый ток трансформатора Т1, приведенные к стороне ВН. Ток намагничивания I_НАМ.

1.2. Токи КЗ на стороне НН (в точке А), приведённые к стороне ВН – двухфазный, минимальный и трёхфазный, максимальный .

1.3. Двухфазный, минимальный ток КЗ на стороне ВН (в точке Б). Трёхфазный, максимальный ток КЗ в этой же точке – на графике не уместился.

2. Защиты от перегрузки:

2.1. Уставки тока I_r.QF1 и I_r.Q1 защит от перегрузки разных уровней разнесены с целью обеспечения селективности.

2.2. Уставка времени t_r.QF1 = 4 с на стороне НН определена при токе 432 А (6 ∙ I_r.QF1), а на стороне ВН t_r.Q1 = 5,4 c – при токе 950 А (10 ∙ I_r.Q1).

2.3. Обе защиты от перегрузки (кривые QF1 и Q1) имеют зависимые от тока выдержки времени срабатывания, разделены по времени не менее, чем на 0,3 с (между точками А и Б) и не имеют пересечений, т.е. обеспечивается необходимая селективность.

2.4. Чувствительность защиты от перегрузки на стороне ВН составляет К_Ч.ЗП = 8,17 и она отключит минимальный ток КЗ на сборных шинах 0,4 кВ ТП (в случае отказа селективной токовой отсечки) за время около 7 с.

3. Селективные токовые отсечки:

3.1. Уставки тока I_sd.QF1 и I_sd.Q селективных токовых отсечек разнесены, несмотря на то, что пиковый ток I_ПИК с учётом приведения одинаковый для обеих защит.

3.2. ВТХ обеих отсечек имеют независимые от тока выдержки времени срабатывания – соответственно равны t_sd.QF1 = 0,3 с и t_sd.Q1 = 0,6 c.

3.3. Чувствительность селективной токовой отсечки на стороне ВН, как основной защиты трансформатора составляет К_Ч.СО = 3,0 и она отключит минимальный ток КЗ на сборных шинах 0,4 кВ ТП через 0,6 с.

4. Мгновенные токовые отсечки:

4.1. Уставки тока I_i.QF1 и I_i.Q1 мгновенных токовых отсечек разнесены.

4.2. Мгновенная токовая отсечка на стороне ВН отстроена от максимального тока трёхфазного КЗ на сборных шинах 0,4 кВ ТП и от бросков тока намагничивания I_НАМ при включении трансформатора

4.3. Чувствительность мгновенной токовой отсечки на стороне ВН к минимальному току двухфазного КЗ достаточна, коэффициент чувствительности равен К_Ч.МО = 5,35. Следовательно, эта отсечка отключит все виды токов КЗ в зоне своего действия (ТА1 – первичная обмотка трансформатора Т1) без выдержки времени – точнее это время определяется временем срабатывания блока защиты Т20 (5–20 мс) плюс время отключения выключателя Q1.

Пример 2. Провести расчет устройства защиты Sepam, устанавливаемого на стороне высшего напряжения трансформатора ТМ-1600 кВА двухтрансформаторной подстанции. Принципиальная электрическая схема силового трансформатора и устройства защиты Sepam блок Т20 совпадают со схемой, приведённой на рис. 16.10.

Максимально токовая защита блока Т20 (функция 51) должна быть согласована с защитными время-токовыми характеристиками расцепителя автоматического выключателя QF1, параметры которых приведены в нижней строке табл. 16.4. Для каждого тока указаны два его значения – в числителе приведенные к напряжению 10 кВ, а в знаменателе – рассчитанные для сети 380 В.

В данном примере рассмотрим расчёт обратно-зависимой время-токовой характеристики защиты от перегрузки. Здесь оказалось, что типовые характеристики SIT и VIT устройства защиты Sepam блока Т20 пересекают время-токовые характеристики микропроцессорного расцепителя Micrologic, установленного на стороне НН трансформатора. И только типовая характеристика EIT пошла выше ВТХ расцепителя Micrologic.

Рассмотрим подробнее особенности расчёта ВТХ блока Т20 для данного случая.

1. Защита от перегрузки трансформатора Т1. Для реализации этой защиты используем ВТХ с зависимой от тока выдержкой времени, чтобы она максимально приближалась к аналогичной защите выключателя QF1.

Тогда ток срабатывания защиты от перегрузки на стороне ВН трансформатора выбирается наибольшим из следующих условий:

1.1. Ток срабатывания защиты от перегрузки должен быть отстроен от максимального рабочего тока трансформатора (см. выражение 16.1)

где К_Н.О = 1,05 – коэффициент надежности отключения; К_В = 0,935 – коэффициент возврата.

1.2. Поскольку токи и равны друг другу, то уставка по току защиты от перегрузки на стороне ВН трансформатора должна быть отстроена от защиты от перегрузки выключателя QF1 (см. выражение 16.2)

К_Н.СОГЛ = 1,3 – коэффициент надежности согласования с нижестоящей защитой.

Таблица 16.4

Место установки защиты	Выключатель, тип, расцепитель, реле защиты	IРАБ.МАКС, А/А	In, А/А	Защита от перегрузки
				Ir, А/А	t, c Ind, А/А, о.е.	t, c Id, А/А, о.е.	tr, с I, кА о.е.	Время срабатывания Δtr, с при значениях тока, А/кА, отнесённого к Ir
Выключатель на стороне ВН	Q1, Sepam, T20	129	–	200	–	–	–	–	–	–
Вводной выключатель на стороне 0,4 кВ	QF1 Masterpact NW32H2 Micrologic 5.0 A	129 3233	128 3200	128 3200	10000 134 3360 1,05∙Ir	10000 153 3840 1,20∙Ir,	8 19,2 6∙Ir	140–200 192 4,8 1,5∙Ir	6,4–8 768 19,2 6∙Ir	4,4–5,5 921 23,04 7,2∙Ir

Окончание табл. 16.4

Место установки защиты	Выключатель, тип, расцепитель	Селективная токовая отсечка						Мгновенная токовая отсечка
		IПИК, кА	Isd, А кА	ΔIsd, А кА	tsd, с	Δtsd, с	А кА	Ii, А кА	ΔIi, А кА	, А кА	Icu, А кА
Выключатель на стороне ВН	Q1	–	1000	–	0,6	–	3120	1670	–	8130	–
Вводной выключатель на стороне 0,4 кВ	QF1	–	768 19,2	692–844 17,3–21,1	0,3	0,230,32	380 9,5	1280 32,0	1152–1408 28,8–35,2	1104 27,6	2600 65

1.3. Сделаем дополнительную проверку на согласование с нижестоящей защитой, поскольку известно максимальное значение тока срабатывания (с учётом разброса характеристик) защиты от перегрузки QF1 (см. выражение 16.3)

Ток срабатывания I_r.Q1 должен превышать с запасом значение тока I_d на величину погрешности защиты, установленной на стороне ВН. Погрешность работы устройств защиты Sepam составляет 1–3 %. Возьмём 10 %-й запас, т.е.

Из трёх значений, определённых по пунктам 1.1, 1.2, 1.3, выбираем в качестве уставки защиты от перегрузки наибольшее значение I_S = I_r.Q1 = 170 А.

Ближайшее приближение ВТХ защиты от перегрузки выключателя Q1 к ВТХ выключателя QF1 возможно в двух точках А и А' (см. рис. 16.11). Сначала рассмотрим прохождение ВТХ выключателя Q1 вблизи точки А.

ВТХ защиты от перегрузки трансформатора должна пройти через точку Б, отстоящую от точки А на ступень селективности Δt = 0,3 с. Координаты точки А равны I^А = 21,1 кА (максимальное значение тока срабатывания селективной токовой отсечки выключателя QF1) и t^А = 7 с (см. табл. 17.2). Следовательно, координаты точки Б будут

t^Б = t^А + Δt = 7 с + 0,3 = 7,3 с; I^Б = I^А = 844 А

или кратность тока (отношение к току срабатывания защиты I_S = I_r.Q1) в точке Б будет равна

.

Сначала выбираем рекомендуемый тип кривой SIT – самую пологую характеристику, для которой коэффициенты аппроксимации равны α = 0,02 и К =0,14 (см. раздел15, табл. 15.8).

Используя выражение (15.6), рассчитываем коэффициент для кривой, проходящей через точку Б

Теперь рассчитаем, используя выражение (15.7)

рассчитаем несколько точек кривой , проходящей через точку Б. Для кратности тока получим

.

Остальные расчеты сведены в табл. 16.5 (строка для кривой SIT).

Таблица 16.5

Тип кривой	К	α	IS=Ir.Q1, А	tБ, с	, А		, с, при разных , о.е./А
							1,1* 187	2 340	3 510	4,96 844	6 1020	10 1700	8,28 1408
SIT	0,14	0,02	170	7,3	4,965	1,698	124,4	17,0	10,7	7,3	6,5	5,0	–
VIT	13,5	1	170	7,3	4,965	2,144	289	28,9	14,5	7,3	5,8	3,2	–
EIT	80	2	170	7,3	4,965	2,158	822	57,5	21,6	7,3	4,9	1,7	2,55

* – Примечание. В числителе показано значение тока I^Б в относительных единицах, в знаменателе – в амперах.

Наносим полученную ВТХ SIT на карту селективности (рис. 16.12). Видим, что она пересекается с защитными время-токовыми характеристиками автоматического выключателя QF1. Поэтому выбираем более крутую характеристику VIT – очень обратнозависимую от тока выдержку времени, для которой коэффициенты аппроксимации равны α = 1 и К = 13,5 (табл. 15.8). Снова, используя выражение (15.6), рассчитываем новый коэффициент

,

и используя выражение (15.7), несколько точек кривой . Расчеты сводим в табл. 16.5 (строка для кривой VIT). Построив новую характеристику VIT, опять видим пересечение с защитными время-токовыми характеристиками автоматического выключателя QSF1. Поэтому выбираем ещё более крутую характеристику EIT – чрезвычайно обратнозависимую от тока выдержку времени, для которой коэффициенты аппроксимации равны α = 2 и К = 80 (табл. 15.8). Расчеты сводим в табл. 16.5 (строка для кривой EIT).

Полученная кривая EIT идёт выше защитных время-токовых характеристик автоматического выключателя QF1 (рис. 16.12), что говорит о выполнении условий селективности между защитами от перегрузок, установленных на сторонах НН и ВН силового трансформатора Т1.

Кроме того, нужно проверить выполнение условия селективности в точке А' (угол пересечения ВТХ селективной токовой отсечки и мгновенной токовой отсечки автоматического выключателя QF1 – рис. 16.11) с полученной кривой EIT. Время срабатывания селективной токовой отсечки в этой точке равно t^А' = 0,32 с. Рассчитаем время срабатывания защиты от перегрузок, реализуемой с помощью кривой EIT, при токе I^А' = 1408/35,2 кА (максимальном значении тока срабатывания мгновенной токовой отсечки выключателя QF1, табл. 16.5) или относительном его значении (кратности) токе

Рис. 16.12. Карта селективности защиты силового трансформатора напряжением 10/0,4 кВ мощностью 1600 кВА

что значительно больше времени срабатывания защиты выключателя QF1 в точке А' – t^А' = 0,32 с, т.е. условие селективности соблюдается и для этой точки. Значение определенного времени запишем в последней колонке табл. 16.5.

Окончательно для реализации от защиты от перегрузок на стороне ВН трансформатора Т1 выбираем зависимую от тока характеристику EIT.

Примечание. Если бы и полученная кривая EIT имела бы пересечение с ВТХ выключателя QF1, то потребовалось бы построение персонализированной кривой отключения (см. рис. 15.23).

Расчет параметров селективной токовой отсечки и мгновенной токовой отсечки в данном примере не проводился.