Максимальная токовая защита линий.
Линии электропередачи, имея большую протяженность, подвержены повреждениям в большей степени, чем другое электрическое оборудование. Все повреждения, происходящие на воздушных и кабельных линиях, приводят в основном к к. з., одним из признаков которых является увеличение тока в линии. Этот признак и используется для выполнения защит, называемых токовыми.
Токовые защиты подразделяются на максимальные токовые защиты и токовые отсечки. Различие между этими защитами заключается в способе обеспечения селективности (избирательности). Селективность действия максимальных защит достигается с помощью выдержки времени, а токовых отсечек — соответствующим выбором тока срабатывания.
Максимальная токовая защита, являясь простой по выполнению и надежной в действии, широко применяется для защиты линий от замыканий между фазами и фаз на землю в сетях всех напряжений, в том числе и в системе собственных нужд станций.
Рис. 7-4. Максимальные токовые защиты в радиальной сети с односторонним питанием.
а — размещение защит; б — выдержки времени защит, выбранные по ступенчатому принципу.
В радиальных линиях с односторонним питанием максимальная защита должна устанавливаться в начале каждой линии со стороны источника питания, как это показано на рис. 7-4.
При к. з. в какой-либо точке сети, например в точке K1, ток к. з. проходит от источника питания до точки К1, в результате чего могут прийти в действие обе защиты 1 и 2, но по условию селективности сработать должна только защита 2, установленная на поврежденной линии.
Для обеспечения селективности защиты выполняются с нарастающими выдержками времени от потребителей к источнику питания, как показано на рис. 7-4, б.
В схему максимальной токовой защиты входят два основных органа: пусковой и выдержки времени. В качестве пускового органа защиты с независимой характеристикой выдержки времени используются реле типа РТ-40, а в качестве органа выдержки времени — реле времени типа ЭВ-134 или ЭВ-234. В защитах с зависимой выдержкой времени применяются реле типа РТ-80, в которых совмещены функции обоих органов.
На рис. 7-5 изображены применяемые на станциях схемы максимальной защиты с независимой характеристикой и постоянным оперативным током. Схема на рис. 7-5, а выполнена в трехфазном исполнении, вторичные обмотки трансформаторов тока и обмотки реле соединены в звезду. Эта схема применяется обычно для защиты сетей с заземленными нулевыми точками трансформаторов (сети 110 кВ и выше). Защита при этом будет реагировать на все междуфазные и однофазные к. з. Схема на рис. 7-5, б выполнена в двухфазном исполнении, вторичные обмотки трансформаторов тока и реле включены в неполную звезду. Применяется она в сетях 6—35 кВ для защиты от междуфазных к. з.
Рис. 7-5. Схемы максимальной токовой защиты с независимой характеристикой.
Для схем на рис. 7-5, а и б коэффициент схемы, который учитывает соотношение между токами, проходящими в реле и вторичной обмотке трансформаторов тока, kcx=1, так как ток, проходящий по обмоткам реле, во всех случаях равен току вторичной обмотки трансформатора тока.
Схема на рис. 7-5, в выполнена в двухфазном однорелейном исполнении, причем обмотка реле включена на разность токов двух фаз. Эта схема, как и предыдущая, применяется для защиты от междуфазных замыканий в сетях 6—35 кВ. Данная схема имеет неодинаковую чувствительность к разным видам к. з., которая объясняется тем, что в токовом реле при разных видах к. з. проходит неодинаковый ток. Так, при замыканиях между фазами А и С, при трехфазном к. з. ток в реле в 2 и 
раз соответственно больше, чем при замыканиях между фазами А и В и В и С. Это является ее недостатком. Достоинством же ее по сравнению со схемой на рис. 7-5, б является меньшее количество реле.
В схемах на рис. 7-5 при нормальном режиме работы защита не действует, но когда ток в обмотке реле вследствие к. з. увеличится и достигнет тока срабатывания или превысит его, токовые реле Т замкнут свои контакты и подадут «плюс» оперативного тока на обмотку реле времени В, которое, спустя установленное время, замкнет свои контакты и подаст «плюс» через обмотку указательного реле У и блок-контакты БКО на катушку отключения ЭО привода выключателя. Указательное реле фиксирует работу защиты, а блок-контакты, размыкаясь при отключении выключателя, предохраняют катушку отключения от перегрева и контакты реле времени — от оплавления и сваривания.
Параметры, на которые настраивается любая защита, называются ее уставками. Максимальная токовая защита, в частности, характеризуется током срабатывания и выдержкой времени. Ток срабатывания определяется по формуле
Выдержка времени максимальной токовой защиты с независимой характеристикой выбирается по ступенчатому принципу (рис. 7-4, б), согласно которому выдержку времени последующей защиты принимают больше предыдущей на время ∆t, называемое ступенью селективности. Для указанной защиты в зависимости от типов выключателей ∆t принимают равным 0,35—0,6 с.
Токовая отсечка является разновидностью токовой защиты, она позволяет быстро отключить к. з. Токовые отсечки бывают мгновенного действия (0,04—0,06 с) и с выдержкой времени 0,3—0,6 с (29).
В отличие от максимальной токовой защиты отсечка отстраивается не от тока нагрузки, а от тока к. з. при к. з. в конце линии или в другой точке, например за трансформатором или реактором.
В большинстве случаев отсечка выполняется мгновенной, при этом схема ее отличается от схемы максимальной токовой защиты отсутствием реле времени, вместо которого устанавливается промежуточное реле. Для защиты радиальных линий с односторонним питанием токовую отсечку применяют совместно с максимальной токовой защитой, являющейся основной защитой. Отсечка же ускоряет действие защиты при повреждениях на данной линии. Первичный ток срабатывания отсечки определяется по формуле
(7-3)
где
— максимальный ток при к. з. на шинах противоположной подстанции.
Защита трансформаторов.
Для предохранения трансформаторов от сверхтоков при внешних к. з. устанавливают максимальную токовую защиту с действием на отключение. В схему включают также одно дополнительное токовое реле для защиты трансформатора от перегрузки с действием на сигнал (при мощности 630 кВ· А и выше).
Рис. 7-6. Принцип действия дифференциальной защиты трансформатора.
В тех случаях, когда выдержка времени максимальной токовой защиты больше 1 с, на трансформаторе предусматривают быстродействующую защиту — дифференциальную защиту или токовую отсечку. Токовая отсечка значительно проще дифференциальной защиты и она, как правило, устанавливается на трансформаторах небольшой мощности (до 6300 кВ-А).
Максимальная токовая защита трансформаторов и токовая отсечка выполняются аналогично рассмотренным выше для воздушных и кабельных линий.
Дифференциальную защиту применяют в качестве основной защиты трансформаторов от внутренних повреждений в нем (в обмотках) и внешних к. з. в зоне защиты. Она устанавливается на одиночных трансформаторах мощностью 6300 кВ·А и выше и на параллельно работающих трансформаторах мощностью 4000 кВ·А и выше.
Принцип действия данной защиты можно уяснить из рис. 7-6. С обеих сторон защищаемого трансформатора устанавливают трансформаторы тока ΤΤ1 и ТТ2 и их вторичные обмотки соединяют последовательно. Параллельно к ним подключают токовое реле. При прохождении через трансформатор тока нагрузки или тока сквозного к. з. (рис. 7-6, а) токи Ip1 и Ip2 проходят в реле в противоположных направлениях, поэтому ток в реле Ip равен току небаланса Iнб = Ip1 — Ip2 и реле не работает.
При к. з. в трансформаторе или в любом другом месте между трансформаторами (в зоне действия защиты) направление тока I2 , а следовательно, и тока Ip2 изменится на противоположное (рис. 7-6, б), и в реле токи Ip1 и Ip2 будут проходить в одном и том же направлении, т. е. будут суммироваться: 1р=1р1+Ip2, в результате чего реле сработает н отключит трансформатор с обеих сторон.
Газовую защиту устанавливают на трансформаторах с масляным охлаждением, имеющих расширители. Она применяется для трансформаторов мощностью 1000 кВ-А и выше и на трансформаторах собственных нужд станций мощностью от 630 кВ·А, устанавливаемых в цехах. Газовая защита реагирует на все виды внутренних повреждений в трансформаторе, при которых происходит разложение масла и органической изоляции обмоток, сопровождающееся выделением газа. Основным элементом этой защиты является реле, устанавливаемое в разрез маслопровода, соединяющего бак трансформатора с расширителем.
Раньше отечественная промышленность выпускала газовые реле поплавкового типа ПГ-22, РГЗ-22 и ПГЗ-61. В настоящее время вместо этих реле, снятых с производства, выпускаются лопастные реле и реле с чашкообразными элементами типа РПЧЗ-66 (рис. 7-7). Чашечные реле не имеют недостатка, присущего реле поплавковой конструкции, действующей ложно при вибрации трансформатора и нарушении герметичности поплавков.
Рис. 7-7. Схематическое устройство газового реле типа РГЧЗ-66.
Внутри кожуха чашечного реле на оси закреплены две открытые плоскодонные алюминиевые чашки. С корпусом чашек связаны подвижные контакты реле.
При медленном газообразовании, свидетельствующем о небольшом повреждении, газы, поднимающиеся к расширителю, постепенно заполняют верхнюю часть реле и вытесняют масло. С понижением уровня масла верхняя чашка, опускаясь, поворачивается на своей оси, вследствие чего замыкаются ее контакты, действующие на сигнал.
При повреждениях, сопровождающихся бурным выделением газов, сильный поток смеси газа и масла устремляется в расширитель через газовое реле, и при скорости масла около 0,5 м/с нижняя чашка, находящаяся иа пути потока, опускается, ее контакты замыкаются, и защита действует на отключение с временем 0,1—0,3 с. За последнее время все большее применение находят газовые лопастные реле и реле с чашкообразными элементами (29).
Релейная защита электродвигателей
Релейная защита электродвигателей, так же как и защита трансформаторов, должна реагировать на внутренние повреждения и опасные ненормальные режимы. К внутренним повреждениям электродвигателей относятся междуфазные к. з., однофазные замыкания на землю и междувитковые замыкания обмоток статора. К ненормальным режимам электродвигателей относятся сверхтоки, вызываемые перегрузкой механизма, снижение напряжения и обрыв одной фазы.
Защита электродвигателей ответственных механизмов станций должна отличаться особой надежностью, так как отключение последних из-за неправильного действия защиты может нарушить работу электростанций.
Для защиты электродвигателей до 1000 В от токов междуфазных к. з. применяют плавкие предохранители (на двигателях мощностью до 40 кВт) и воздушные автоматы (на двигателях мощностью выше 40 кВт).
На электродвигателях напряжением выше 1000 В (3—6 кВ с. н. станций) от междуфазных к. з. применяют токовую отсечку, а на мощных двигателях (мощностью более 5000 кВт) — дифференциальную токовую защиту.
Для защиты от однофазных замыканий на «землю» на двигателях мощностью до 2000 кВт при токе замыкания свыше 10 А, а на более мощных двигателях при токе свыше 5 А устанавливают специальную защиту от замыканий на «землю».
Рис. 7-8. Схемы защиты электродвигателей.
Защиту от перегрузки устанавливают только на двигателях, механизмы которых могут перегружаться по технологическим причинам (дробилки, мельницы, дымососы, транспортеры топливоподачи и т. д.). Эта защита может действовать как на отключение, так и на сигнал или на разгрузку приводимого механизма.
Защита от перегрузки двигателей до 1000 В осуществляется автоматами, магнитными пускателями (со встроенными тепловыми реле) и для мелких двигателей — предохранителями. Для двигателей 3—6 кВ используется максимальная токовая защита с выдержкой времени, причем уставка по току выбирается около 1,25—1,4 номинального и по времени — не менее 10 с (по условию отстройки от времени пуска двигателя).
На рис. 7-8 приведены две наиболее употребляемые схемы защиты двигателей. Первая схема — токовая отсечка (рис. 7-8, а) выполнена с одним токовым реле РТ-40 с независимой характеристикой, включенным на разность токов двух фаз. Схема обладает пониженной чувствительностью при двухфазных к. з. между фазами, на одной из которых нет трансформатора тока. Эта схема защищает только при к. з. и поэтому применяется для двигателей, не подверженных перегрузке. Защита, приведенная на рис. 7-8, б, выполнена двумя токовыми реле РТ-84 с зависимой характеристикой, которые обеспечивают раздельное действие отсечки и индукционного элемента. При перегрузке срабатывает индукционный элемент реле с действием на сигнал, а при к. з. срабатывает электромагнитный элемент реле, действующий на отключение двигателя. Схема обладает одинаковой чувствительностью ко всем видам к. з.
При снижении напряжения на шинах с. н. станции ниже 60— 70% с целью облегчения самозапуска ответственных двигателей неответственные двигатели должны отключаться защитой минимального напряжения.
Защита генераторов.
Согласно ПУЭ на генераторах мощностью более 1000 кВт в качестве основной защиты от междуфазных замыканий в обмотке статора и на выводах применяется быстродействующая продольная дифференциальная защита, принцип действия которой был рассмотрен выше. Эта защита действует на отключение генератора от сети и на АГП (гашение магнитного поля возбуждения).
Для защиты от однофазных замыканий в обмотке статора, которые могут приводить к выгоранию изоляции и стали, на генераторе устанавливается защита от замыкания на землю с действием или только на сигнал (при токе замыкания на землю до 5 А), или на отключение (при токе замыкания на землю выше 5 А). Для защиты генераторов (с косвенным охлаждением) от двойных замыканий на землю в цепи возбуждения устанавливается защита с действием на сигнал. У генераторов с непосредственным охлаждением эта защита действует на отключение.
Для защиты от витковых замыканий на генераторах, имеющих выводы (в нуле) параллельных ветвей обмоток статора, устанавливают поперечную дифференциальную защиту.
Защита генераторов от внешних к. з. (при повреждениях на шинах станции или на отходящих от них присоединениях) осуществляется максимальной токовой защитой, которая дополнительно используется и для резервирования дифференциальной защиты генераторов. Эта защита должна действовать на отключение генератора и АГП. Во избежание ложной работы данной защиты ее отстраивают от перегрузок генератора посредством блокировки минимального напряжения.
Защита же от перегрузки с действием на сигнал выполняется при помощи одного токового реле, включенного в одну из фаз генератора (так как перегрузка является симметричным режимом).
При выполнении релейной защиты блока генератор — трансформатор ряд защит элементов блока объединяют, осуществляя защиту блока в целом. Это касается продольной дифференциальной защиты и защит от внешних к. з. и перегрузок. В остальном же защита блока выполняется примерно такой же, как на генераторах и трансформаторах, работающих раздельно.
