6.1.2 Требования к релейной защите

К устройствам релейной защиты предъявляются следующие требования:

Селективность действия – это такое действие релейной защиты, при котором обеспечивается отключение только поврежденного элемента системы. Так, применительно к схеме радиальной сети, показанной на Рис. 6.1, требование селективности действия сводится к тому, чтобы при коротком замыкании в точке К1 отключался только выключатель Q3, а при КЗ в точке К2 – выключатель Q2.

Быстродействие. Поврежденный элемент системы всегда желательно отключить возможно быстрее. Однако быстрота отключения ограничивается собственными временами действия релейной защиты и выключателя, а также условиями обеспечения селективной работы релейной защиты. В общем случае время отключения равно:

t_откл = t_с,р,з+ t_з + t_{с,в,откл} + t_д = t_с,р,з + t_з+ t_в,откл,

где t_с,р,з – собственное время релейной защиты; t_з – выдержка вре­мени, установленная на защите; t_{с,в,откл} – собственное время выключателя, т. е. время от подачи импульса на катушку отключения до момента начала расхождения дугогасительных контактов выключателя; t_д – время горения дуги; t_в,откл – полное время отключения выключателя.

Д ля защит, действующих без выдержки времени, в зависимости от типов реле и выключателей время отключения оказывается равным t_откл = t_с,р,з+ t_в,откл = (0,02  0,04)+(0,04  0,2) = 0,06  0,24 с. Таким образом, при существующих типах реле и выключателей нижний предел времени отключения коротких замыканий может составлять 3  12 периодов тока частотой 50 Гц.

Рис. 6.1. Релейная защита радиальной сети

Чувствительность. Релейная защита должна быть достаточно чувствительной (т.е. реагирующей) к повреждениям на защищаемом элементе энергосистемы, а в ряде случаев — также к повреждениям на смежных элементах. При этом обеспечивается резервирование действия защит в случае отказа одной из них. Так, например, если при КЗ в точке К1 (Рис. 6.1) откажет в действии основная защита АКЗ, то резервирующая защита АК2, чувствительная к этому КЗ, должна прийти в действие и отключить выключатель Q2. Чувствительность защит оценивается коэффициентом чувствительности К₄.

Надежность. Требование надежности работы релейной защиты, как свойства выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки, сводится к тому, чтобы защита надежно срабатывала в тех случаях, когда она должна работать, и надежно не срабатывала в остальных случаях. Чем проще схема защиты, меньше количество реле и контактов в схеме, лучше качество реле и качество монтажа вторичных цепей, тем надежнее работает защита в целом. Если на один и тот же выключатель действует несколько независимых защит, то надежность срабатывания повышается, а надежность несрабатывания понижается.

6.2 Релейная защита линий электропередачи

6.2.1 Максимальная токовая защита с независимой выдержкой времени

Принципиальная и развернутая схемы такой защиты линии с односторонним питанием приведены соответственно на рис. 6.2, а и б.

При возникновении короткого замыкания на защищаемой линии защита приходит в действие – срабатывают одно или несколько (в зависимости от вида КЗ) реле тока КА, замыкая цепь катушки реле времени КТ. Реле времени КТ обеспечивает селективность действия релейной защиты. Это достигается тем, что наименьшую выдержку времени имеют защиты наиболее удаленных от источника питания линий, наибольшую – защиты линии, ближайших к источнику питания. Разницу в выдержках времени защит двух смежных линий называют ступенью выдержки времени – t.

Контакты реле времени имеют относительно небольшую коммутационную способность, поэтому в выходную цепь защиты включается промежуточное реле KL, работающее практически без замедления. При замыкании контактов реле KL через последовательную обмотку указательного реле КН и вспомогательные контакты выключателя SQ образуется замкнутая цепь на электромагнит отключения выключателя YAT, который, срабатывая, освобождает подвижную часть выключателя и выключатель отключается. Вспомогательные контакты выключателя разрывают выходную цепь защиты несколько ранее разрыва тока в силовой цепи, тем самым разгружая контакты промежуточного реле.

З ащита характеризуется двумя параметрами – током срабатывания и выдержкой времени. Различают ток срабатывания защиты I_cз – ток в первичной цепи, при котором защита приходит в действие, и ток срабатывания реле (уставка реле) I_ср – ток в реле, при котором реле срабатывает. Ток срабатывания защиты должен быть больше максимального рабочего тока защищаемой линии

Iсз >Iраб max_.

С другой стороны, для правильной работы защиты необходимо, чтобы так называемый ток возврата защиты или максимальный ток, при котором защита возвращается в первоначальное состояние, был больше максимального тока послеаварийного режима I_{па max}, возникающего после отключения тока КЗ на смежной линии. С учетом самозапуска двигателей максимальный (начальный) ток послеаварийного режима может быть больше максимального рабочего тока. Возможный характер изменения тока в линии (например, в линии W2, Рис. 6.1) при коротком замыкании в сети (в точке К1) и после отключения КЗ представлен на Рис. 6.3. Максимальное значение послеаварийного тока:

I_{па max} = k_з I_{раб max} ,

где k_з  коэффициент расчетного самозапуска электродвигателей нагрузки линии. Поэтому ток возврата защиты связан с максимальным рабочим током неравенством:

I _вз > k_з I_{раб max} .

Рис. 6.3. Изменение тока линии при КЗ в сети

В зависимости от характера нагрузки линии (осветительная, силовая и т. п.) коэффициент k_з изменяется в широких пределах (k_з = 1÷3).

Ток срабатывания защиты определяется по выражению

,

а ток срабатывания реле

,

где k_отс  коэффициент отстройки (k_отс = l,l  l,2); k_сх  коэффициент схемы, учитывающий схему соединения трансформаторов тока и реле (при включении реле на фазные токи k_сх =l, при включении реле на разность токов двух фаз k_сх = 1,73; k_i  коэффициент трансформации, трансформаторов тока; k_в  коэффициент возврата токового реле:

.

В ыдержку времени защиты подбирают по ступенчатому принципу, исходя из того, что каждая последующая защита по направлению к источнику питания должна иметь выдержку времени, превышающую выдержку времени предшествующей защиты на ступень t (Рис. 6.4).

l

Выдержка времени каждой защиты не зависит от того, в каком месте линии возникло короткое замыкание, т. е. не зависит от значения тока в первичной цепи. Отсюда название защиты – максимальная токовая защита с независимой выдержкой времени. Минимальная ступень выдержки времени t определяется параметрами защит и выключателей. Так, применительно к схеме, показанной на Рис. 6.1.

t = t₂ – t_з = t_уск2 + t_{зам з} + t_вз + t_зап,

где t_уск2  возможное ускорение по различным причинам (несоответствие фактических и расчетных уставок реле, их параметров и т.п.) защиты АК2 (выключателя Q2); t_{зам з}  возможное замедление по тем же причинам защиты АК3 (выключателя Q3); t_вз  полное время отключения выключателя Q3; t_зап  время запаса.

У электромагнитных реле времени разброс выдержек времени (погрешность) 86ействии86ет ±(0,1  0,15) с. Полное время отключения различных выключателей находится в пределах 0,04 – 0,2 с.

Принимая tзап = 0,1 с, получаем t = (0,1  0,15) + (0,1  0,15)4 + (0,04  0,2) + 0,1 = 0,34  0,6 с. В энергосистемах принимают t = 0,5  0,7 с.

Чувствительность защиты характеризуют коэффициентом чувствительности

,

где I_{к min}  ток КЗ в конце защищаемой зоны в минимальном режиме работы энергосистемы, т. е. при возможном в условиях эксплуатации отключении некоторых источников, электрических линий и т. п. Согласно ПУЭ максимальная токовая защита должна быть чувствительной к коротким замыканиям в защищаемой зоне и в конце смежной линии (резервирование действия защит). При этом с учетом сопротивления дуги в месте КЗ необходимо, чтобы выполнялось условие: при КЗ в защищаемой зоне Kч >1,5, а при КЗ в конце смежной линии Kч > 1,2. Достоинством максимальной токовой зашиты с независимой выдержкой времени 87ейстется простота схемы и настройки. Недостатком являются значительные выдержки времени при отключении наиболее тяжелых и опасных КЗ вблизи источников.