1.4 Максимальная токовая защита

Максимальная токовая защита линий получила наибольшее распространение в радиальных сетях с одним источником питания. Селективность максимальной токовой защиты обеспечивается соответствующим выбором тока и времени срабатывания. В радиальной сети с односторонним питанием защиты устанавливаются на каждой линии. Защита наиболее удалённой от источника питания линии имеет наименьший ток срабатывания и наименьшую выдержку времени. Защита каждой последующей линии имеет выдержку времени больше выдержки времени предыдущей защиты.

Ток срабатывания защиты выбирается больше максимального рабочего тока защищаемой линии. При этом защита обычно чувствительна к коротким замыканиям на предыдущих участках сети.

Параметрами срабатывания максимальной токовой защиты являются ток I_сз и время t_сз срабатывания защиты.

Время срабатывания (выдержка времени) защиты i-й линии в общем случае выбирается на ступень селективности Δt больше наибольшей выдержки времени t_{с.з(i-1)max} – предыдущих защит:

. (3)

В зависимости от используемых аппаратов (выключателей и реле), Δt может иметь различные значения. При использовании вторичных реле косвенного действия Δt не превышает 0,2-0,6 с. При использовании менее точных реле прямого действия Δt может достигать 0,8-1 с.

Ток срабатывания максимальной токовой защиты (I_сз) – это минимальный ток в фазах линии, при котором приходит в действие пусковой орган защиты. Ток I_сз выбирается больше максимального рабочего тока защищаемой линии с учётом необходимости возврата защиты после отключения КЗ защитой предыдущего участка сети. I_сз должен быть меньше I_кз.

Важным условием является обеспечение несрабатывания МТЗ при максимальных токах (I_maxнагр.) и пусковых токов (I_пуск.) нагрузки. Для этого необходимо выполнение следующих условий:

1) I _сз>I_maxнагр. – пусковые органы защит не должны приходить в действие при максимальном рабочем токе нагрузки;

2) пусковые органы защиты, пришедшие в действие при внешнем КЗ, должны вернуться в исходное состояние после его отключения и снижения до I_maxнагр.. Для выполнения этого условия ток возврата защиты I_вз, – это наибольший первичный ток, при котором пусковой орган возвращаются в исходное состояние, – должен удовлетворять требованию:

I _вз >k_сзI_{max нагр.}, (4)

где k_сз≥1,1÷1,3 – коэффициент самозапуска двигательной нагрузки, учитывает возрастание рабочего тока (I_maxнагр.) за счёт одновременного пуска всех тех электродвигателей, которые затормозились при снижении напряжения во время КЗ.

Токи I_сз и I_вз связаны коэффициентом возврата k_в:

, (5)

где k_в<1 , для аналоговых МТЗ РТ-40, 80, 90 0,8 0,85 k_в =0,8÷0,85, РТВ k_в=0,6÷0,7; для микропроцессорных защит k_в =0,935÷0,96 (в зависимости от типа МПС РЗиА).

Следовательно, при выполнении условия 2 всегда выполняется условие 1, поэтому выражение для определения I_сз можно записать следующим образом:

I_вз =k_нk_сзI_maxнагр , (6)

где k_н – коэффициент надёжности, учитывает погрешность в определении I_вз (для МПС РЗиА: k_н =1,1 для реле SEPAM, SPAC, SPAM; k_н =1, 2 – MICOM; k_н =1,3 – REF; для аналоговых электромеханических реле РТ-40, 80, 90 k_н =1,1÷1, 2 и РТВ – k_н =1,2÷1, 4 ).

. (7)

Зная величину I_сз , можно определить I_ср – ток срабатывания реле, как ток I_сз, пересчитанный на вторичную обмотку ТТ:

, (8)

где – коэффициент схемы, зависящий от схемы соединения ТТ и обмоток реле, и равный отношению тока в реле ко вторичному току ТТ, k_сх = 3 при соединении вторичных обмоток ТТ треугольником и k_сх =1 – при соединении обмоток звездой; k_ТТ – коэффициент трансформации ТТ. По рассчитанному значению I_ср определяют I_уст – ток уставки. У части токовых реле I_уст регулируется плавно (реле РТ-40), у других – ступенчато (реле РТ-80), при этом округление I_ср до I_уст производится в большую сторону.

Коэффициент чувствительности (k_ч) защиты характеризует отношение величины контролируемого параметра в режиме КЗ к величине порога срабатывания защиты, т.е. k_ч

определяет, во сколько раз минимальный ток КЗ больше I_сз :

, (9)

где k_ч≥1,5 для основных защит, и k_ч≥1,2 для резервной защиты.

В том случае, когда от отходящей линии подключено несколько потребителей, которые получают питание через понижающие трансформаторы, то для расчёта I_сз встаёт задача определения максимального тока нагрузки в линии. Так как на практике такие данные часто отсутствуют, ток нагрузки выбирают приближённо по сумме всех номинальных токов потребителей с учётом коэффициента загрузки (k_загр), при этом k_загр выбирается равным 1,4.

Если линия электропередач питает нефтепромысловую нагрузку, состоящую из КТП 6(10)/0,4 кВ, то расчёт предлагается выполнять по формуле:

, (10)

где − суммарная номинальная мощность всех КТП, кВА; U_тр – номинальное напряжение высокой стороны КТП, кВ.

Согласование защит по чувствительности производится таким образом, чтобы предыдущая защита не срабатывала, если не работает последующая:

, (11)

где k_н.с − коэффициент надёжности согласования. Значение данного коэффициента зависит от типа токовых реле и принимаются в пределах от 1,1 (при согласовании МПС РЗиА между собой и с реле РТ-40) и до 1,3≥1,4 (при согласовании МПС РЗиА с реле типа РТВ); k_р − коэффициент токораспределения, который учитывается только при наличии нескольких источников питания, при одном источнике питания равен 1; − наибольшая из геометрических сумм токов срабатывания максимальных токовых защит параллельно работающих предыдущих элементов n; − геометрическая сумма максимальных значений рабочих токов всех предыдущих элементов (N), за исключением тех, с защитами которых производится согласование (n). При примерно однородной нагрузке допустимо арифметическое сложение вместо геометрической суммы, что создаст некоторый расчётный запас.

Рассчитаем МТЗ для фидера №4.

Для начала необходимо рассчитать МТЗ на вводе РУ №1. Ток срабатывания этой МТЗ по формуле (11) будет отстраиваться от максимального тока срабатывания МТЗ на одном из фидеров РУ №1, а так е от суммы рабочих токов остальных фидеров РУ №1. Поскольку РУ №1 питает только двигатели, то необходимо рассчитать уставку МТЗ для двигателей. Она рассчитывается, исходя из пускового тока двигателя (расчет номинального тока двигателя см. выше):

А;

А;

А;

А,

где А - рабочий ток ТСН.

Ток срабатывания реле по формуле (8):

А,

где k_сх=1 для соединения обмоток звезда-звезда, k_TT=60 – коэффициент трансформации трансформатора тока на 4 фидере.

Коэффициент чувствительности по формуле (9): ,

где А – двухфазный ток короткого замыкания ТСН.

Коэффициент чувствительности для основных защит по требования ПУЭ должен удовлетворять условию . Данная защита соответствует этому требованию.

Время срабатывания защиты по формуле (3) принимаем t_сз4=Δt=0.3сек., где Δt=0.3ек. – ступень селективности для микропроцессорных защит.

Расчёты МТЗ для остальных фидеров и вводов подстанции сведены в таблицу 3 (см. приложение 1), а для РУ №1 и №2 в таблицы 4 и 5 (см. приложения 2 и 3).