4. Выбор характеристик и расчет уставок ступенчатых токовых защит от междуфазных коротких замыканий

Релейная защита линий (6, 10, 35) кВ выполняется ступенчатыми токовыми защитами. Первая ступень – токовая отсечка без выдержки времени, вторая ступень – токовая отсечка с небольшим замедлением и третья самая чувствительная ступень – максимальная токовая защита (МТЗ) с выдержкой времени. На коротких линиях выполнить трехступенчатую защиту часто бывает невозможно по условию недостаточной чувствительности первой или второй ступени. Тогда применяют либо две ступени – отсечку без выдержки времени и МТЗ, либо одну ступень – только МТЗ. Таким образом МТЗ является обязательной защитой на всех линиях напряжением до 35 кВ. На линиях более высоких напряжений применяют дистанционные защиты (см. 3.2.3).

Задачей МТЗ является не только защитить свою линию, на которой установлена МТЗ, но и обеспечить дальнее резервирование в случае отказа защиты или выключателя при повреждениях на нижестоящих (предыдущих) линиях.

4.1. Расчет тока срабатывания мтз

Ток срабатывания МТЗ выбирается в амперах (первичных) по трем условиям:

1) несрабатывание защиты при сверхтоках после аварийных перегрузок, т.е. после отключения КЗ на предыдущем элементе (рис. 4.1);

Рис. 4.1 Расчетная схема для выбора уставок токовых защит

2) согласование чувствительности защит последующего и предыдущего элементов;

3) обеспечение достаточной чувствительности при КЗ в конце защищаемого элемента (основная зона) и в конце каждого из предыдущих элементов (зона дальнего резервирования).

По первому из этих условий ток срабатывания МТЗ выбирается по выражению:

(4.1)

где К_н – коэффициент надежности несрабатывания защиты, учитывающий погрешность и необходимый запас;

К_в – коэффициент возврата максимальных реле тока;

К_сзп – коэффициент самозапуска нагрузки, отражающий увеличение рабочего тока I_{раб. max} за счет одновременного пуска электродвигателей, которые затормозились при снижении напряжения во время короткого замыкания.

Для бытовой нагрузки К_сзп =1,2¸1,3. Промышленную нагрузку с большой долей (более 50 %) электродвигателей 0,4 кВ принято считать обобщенной нагрузкой, у которой сопротивление, отнесенное к максимальной рабочей нагрузке составляет Х_об = 0,35. Например, определить коэффициент самозапуска обобщенной нагрузки, питающейся от трансформатора с напряжением короткого замыкания U_к = 10,5 % :

К_сзп =1/(0,105+0,35) = 2,2.

При наличии высоковольтных двигателей 6(10) кВ значение К_сзп определяется специальным расчетом, имея в виду, что к моменту самозапуска сопротивление двигателя считается равным сверхпереходному сопротивлению заторможенного двигателя (см. п. 5.2).

Значения коэффициентов К_н и К_в для цифровых реле соответственно равны 1,1¸1,2 и 0,96. Для сравнения напомним, что при использовании электромеханических реле типа РТ-40 или РТ-80 К_н=1,2, а К_в=0,8, типа РТВ (прямого действия) – соответственно 1,3 и 0,65.

Максимальное значение рабочего тока защищаемого элемента I_раб. max определяется с учетом его допустимой перегрузки. Например, для трансформаторов с первичным напряжением 6 (10) кВ мощностью до 630 кВ×А допускается перегрузка до 1,6 – 1,8 номинального тока, для трансформаторов 110 кВ до 1,4 – 1,6.

По условию согласования чувствительности защит последующего (защищаемого) и предыдущего элементов ток срабатывания последующей защиты выбирается по выражению:

(4.2)

где К_н.с – коэффициент надежности согласования, значение которого принимается в зависимости от типа токовых реле от 1,1 для цифрового реле, 1,2 для реле РТ-40, РТ-80 и 1,3¸1,4 для реле типа РТВ;

I_{с.з.пред.} – наибольшее значение тока срабатывания максимальных токовых защит предыдущих элементов, с которыми производятся согласования;

– арифметическая сумма значений рабочих токов нагрузки всех предыдущих элементов, за исключением того элемента, с защитой которого производится согласование.

Например, при согласовании защиты 3РЗ с защитой 2РЗ (см. рис. 4.1), которая имеет ток срабатывания I_с.з.2=300 А, а ток нагрузки других линий I_н2=100 А должно выполняться условие:

За расчетный ток срабатывания защиты принимается значение наибольшего тока, из условий 1 и 2.

Для выполнения третьего условия необходимо знать значение токов КЗ в конце защищаемого элемента, например, I_к2 и в конце зоны резервирования I_к1. Методика расчета токов КЗ приведена в п. 10. Определение коэффициентов чувствительности защиты, например, 3РЗ (см. рис. 4.1) производят по выражениям:

(4.3)

где - коэффициенты чувствительности защиты соответственно в основной и резервной зонах;

- минимальные (обычно двухфазные) токи коротких замыканий.

Согласно ПУЭ [3] должны выполняться условия:

После выполнения трех вышеназванных условий определяется ток срабатывания реле (вторичный) , который устанавливается на реле. Значение этого тока в общем случае рассчитывается по выражению:

(4.4)

где - ток срабатывания защиты (первичный);

- коэффициент трансформации трансформаторов тока;

- коэффициент схемы соединения трансформаторов тока и реле; при применении схемы полной или неполной звезды , при полном или неполном треугольнике .

Следует отметить, что в некоторых типах цифровых реле, например Sepam 2000, уставка выставляется в первичных токах, а коэффициент трансформации трансформаторов тока заранее заносится в память реле. Коэффициент схемы при использовании цифровых реле, как правило, равен единице, поскольку трансформаторы тока на входе реле всегда включаются в звезду, но если потребуется обеспечить угловой сдвиг фазного тока на 30^о, например, в дифференциальной защите трансформатора, то это выполняется программным способом.

Таким образом, уставка по току МТЗ предыдущего элемента должна всегда быть больше уставке МТЗ последующего элемента, что некоторым образом обеспечивает так называемую токовую селективность, имея в виду разную кратность токов в рассматриваемых реле. Однако, этого недостаточно для выполнения полной селективности защит.