Электроснабжение гидромеханизации осуществляется обычно одиночными воздушными и кабельными линиями с односторонним питанием. Ь сетях подобного рода достаточно применения максимальной токовой защиты с селективным действием на отключение поврежденных участков.
Защита выполняется двухфазной (с двумя трансформаторами тока) в одно- или двухрелейном исполнении, в зависимости от требований чувствительности. Трансформаторы тока на всех защищаемых участках должны быть установлены со стороны питания на одних и тех же фазах.
Селективность максимальной защиты обеспечивается ступенчатой настройкой выдержек времени на всех защищаемых участках линий.
В некоторых случаях в сочетании с максимальной токовой защитой применяется отсечка. Применение отсечки обязательно там, например, где принятая по условиям селективности выдержка времени приводит к недопустимым перегрузкам или затормаживанию двигателей на линиях, смежных с поврежденными, т. е. на линиях, подключенных к той же системе шин, что и поврежденный участок, подлежащий отключению.
Расчет уставок и селективности защиты с выдержкой времени
Расчет уставок защиты производится, исходя из следующих требований: 1) защита не должна отключать максимальную нагрузку; 2) защита должна надежно действовать на отключение при к. з. на защищаемом участке, и ее чувствительность при к. э. в конце защищаемого участка должна быть не ниже 1,5.
При расчете многоступенчатой защиты удобно пользоваться значениями первичного тока электролиний, которые для определения уставок реле затем переводятся в значения тока во вторичных обмотках трансформаторов тока.
Для выполнения первого требования необходимо, чтобы ток срабатывания защиты (первичный ток трансформаторов тока) удовлетворял условию
(13-14)
где Iн.макс — максимальный ток нагрузки линии; кн— коэффициент надежности, принимаемый равным 1,15—1,25; кв— коэффициент возврата реле.
Коэффициент возврата реле вводится для того, чтобы защита вышестоящей ступени, пришедшая в действие при к. з. на следующей ступени, но не отключившая выключатель, вернулась в исходное состояние после отключения поврежденного участка.
Второе условие выполняется путем проверки параметров срабатывания защиты на смежных ступенях и обеспечения ступенчатой настройки селективности при токе к. з.
На рис. 13-16 показана схема линии с односторонним питанием, состоящей из нескольких участков. Каждый из участков линии имеет свой выключатель В и максимальную токовую защиту МТЗ. Выдержка времени срабатывания защиты каждого участка должна отличаться от соседнего на значение ступени селективности и возрастать по мере удаления от электроприемника к источнику питания.
Ступень селективности определяется временем срабатывания выключателя, погрешностью (разбросом) времени срабатывания реле, инерцией реле и временем запаса, учитывающим остальные погрешности в настройке реле. Ступень селективности с независимой характеристикой времени составляет 0,4—0,6 с, реле с зависимой характеристикой—0,5—0,7 с.
Согласование уставок реле максимальной токовой защиты производится на основании следующих исходных данных: а) электрической схемы защищаемой линии с обозначениями источника питания, шин, трансформаторов, приборов защиты и нагрузки; б) значения тока нагрузки на каждом участке линии; в) максимального значения тока к. з. для каждого участка; г) коэффициентов трансформации трансформаторов тока.
Для удобства расчета параметры п. «б», «в», «г» указывают также на схеме. Далее ход расчета зависит от характеристик времени принятых реле защиты — независимых или зависимых.
- Согласование уставок защит с независимой характеристикой.
Если на всех участках защищаемой линии приняты реле с независимой характеристикой времени, то для согласования защит необходимо и достаточно, чтобы выполнялись следующие условия:
а) ток срабатывания защиты должен быть больше максимального тока нагрузки на защищаемом участке, что обеспечивается соблюдением равенства (13-14);
б) ступень селективности должна обеспечивать отключение ближайшего к точке к. з. выключателя, для чего, как указывалось выше, уставки времени защит соседних участков должны различаться на Δt= 0,4-:-0,6 с, возрастая в направлении от электроприемников к источнику питания.
Реле с независимой характеристикой срабатывает через один и тот же интервал времени при любом значении тока перегрузки, поэтому выполнение второго условия само по себе обеспечивает селективность действия защиты в полном диапазоне возможных значений сверхтока, до тока к. з. включительно.
2. Согласование уставок реле защит с зависимой и независимой характеристиками времени.
Способы согласования защит с зависимыми характеристиками времени между собой, а также защит, с зависимыми и независимыми характеристиками на разных ступенях практически не различаются. Поэтому рассмотрим метод согласования защит с различными характеристиками — независимыми и зависимыми.
Схема сети представлена на рис. 13-16. У источника питания (генератора или трансформаторной подстанции системы) установлена защита с независимой, а на линиях Л1 и Л2 — с зависимой характеристикой времени. Ток в линиях неодинаков, потому что от каждой системы шин отходит не одна, а несколько линий.
Метод расчета максимальной токовой защиты для данного случая отличается от предыдущего тем, что время срабатывания защит неодинаково для разных значений тока и поэтому селективность действия реле не может определяться одним значением тока, а требует проверки по нескольким точкам характеристик.
Для наглядности решения расчет селективности и выбор уставок может быть выполнен в виде графического построения характеристик защит (рис. 13-17).
Пусть по условиям работы линии Л1 с их нагрузками ток срабатывания защиты МТЗ1 составляет Ic.з1 и выдержка времени tс.з1. Реле МТЗ1, выбранные для защиты линий Л1, имеют характеристику времени, изображенную кривой 1. Защита следующей ступени МТЗ2 будет согласована со ступенью МТЗ1 в том случае, если при к. з. в линии Л1 отключится выключатель В1, а не В2 (т. е. сработает ступень МТЗ1, л не МТЗ2).
Рис. 13-17. Диаграмма селективности зашиты сети электроснабжения, показанной на рис. 13-16.
Максимальное значение тока соответствует к. з. непосредственно за выключателем B1. В разветвленных сетях принято рассчитывать токи при к. з. в узлах разветвления, в данном случае — на шинах, и так как значения тока к. з. в непосредственной близости от выключателя по обе его стороны равны, то контроль за селективностью защит МТ31 и МТ32 ведется по току к. з. к1 в точке К1.
Таким образом, селективность действия двух рассматриваемых защит обеспечивается ступенью ∆t при токе 1К1. Зная ток срабатывания защиты, определяемый по выражению (13-14), и пользуясь типовой характеристикой реле, строят кривую 2, представляющую собой полную характеристику времени защиты на ступени МТЗ2.
Аналогичным образом для определения контрольной точки защиты МТЗ3 используется значение тока к. з. 1кг. Время отключения выключателя В3 должно превышать время отключения выключателя В2 при токе к. з., равном Iк2, на ступень селективности ∆t и составлять Iκ2· Контрольная точка характеристики 3 защиты МТЗ3, таким образом, определяется координатами Iк2 и tк2. Построение характеристики производится, как и в предыдущем случае, по известной уставке тока срабатывания (полученной расчетом) и типовой характеристике реле. После построения характеристики 3 необходимо проверить, чтобы притоке к. з. в точке К1 ступень селективности между защитами МТЗ2 и МТЗ3 не была ниже допустимого значения ∆t, т. е. чтобы ∆t1≥∆t1.
Согласование зависимой и независимой характеристик защит МТЗ3 и МТЗ4 производится при токе срабатывания защиты МТЗ4 —Ic34.
При построении характеристик необходимо учитывать, что шкала уставок тока реле с зависимой характеристикой не является непрерывной, а состоит из нескольких ступеней. Поэтому при переходе от первичного тока срабатывания защиты к току срабатывания реле (через коэффициенты схемы и трансформации трансформаторов тока) получают, как правило, некоторые промежуточные значения вторичного тока, не содержащиеся в шкале уставок реле.
1 Такая проверка особенно нужна при согласовании смежных защит с использованием разнотипных реле, например РТ-80 и РТВ.
В таких случаях принимают ближайшую высшую уставку с последующим пересчетом на истинное значение первичного тока срабатывания защиты.
Практически в установках гидромеханизации часто приходится производить расчет защиты в обратном порядке. Это имеет место, когда к существующей системе электроснабжения подключают дополнительные энергоемкие установки. При этом в качестве исходных данных для расчета даются контрольные точки последующей Ступени защиты за источником питания (например, главной понижающей подстанции). Таким образом, электроснабжающие организации обеспечивают защиту сборных шин источника питания от повреждений на линиях потребителя и создают гарантию бесперебойности электроснабжения по всем остальным исправным каналам распределения электроэнергии. В таких случаях определение количества ступеней электропередачи и расчет селективности защиты производятся от источника питания к потребителю.
Токовая отсечка
Ток к. з. зависит от сопротивления линии, а следовательно, от ее протяженности. Защита от тока к. з. в зависимости от регулировки реле на то или иное значение тока срабатывания может охватывать большую или меньшую зону действия.
В начале линии длиной L1 (рис. 13-18) установлена защита от тока к. з. Ток к. з., действующий на защиту в зависимости от удаления точки к. з. от начала линии, имеет разные значения, примерно определяемые кривой. Если на этом графике в том же масштабе, построить прямую Iс.з.о= const, параллельную горизонтальной оси, то зона действия защиты определится расстоянием от начала отсчета до точки пересечения кривой с прямой.
При увеличении тока срабатывания защиты, как видно из рисунка, зона действия ее сокращается, и наоборот.
Таким образом, меняя уставку реле, можно уменьшать или увеличивать зону действия защиты.
Такая защита носит название токовой отсечки. Токовая отсечка является максимальной токовой защитой, охватывающей ограниченную зону. Селективность действия токовой отсечки сводится к реакции устройства защиты на к. з. только в пределах ограниченной зоны и определяется уставкой тока срабатывания.
Отсечка выполняется в большинстве случаев мгновенной; реже — с малой выдержкой времени.
Обычно ток срабатывания отсечки выбирается таким, чтобы отсечка охватывала часть линии и чтобы трансформатор в конце линии находился за пределами зоны действия отсечки.
Ток срабатывания отсечки Iс.з.о определяется из выражения
(13-15)
где /к.з — ток к. з. в конце линии ^обычно на шинах подстанции, питаемой защищаемой линией); kH — коэффициент надежности, принимаемый равным 1,2—1,3 для электромагнитных реле косвенного действия (типа РТ-40) и 1,4—1,5 —для индукционных реле (типа РТ-80).
Токовая отсечка, реагирующая на к. з. в пределах ограниченной зоны, применяется только как дополнительное средство защиты.
Рис. 13-19. Диаграмма селективности зашит с ограниченно зависимой характеристикой в сочетании с отсечкой.
Применение токовой отсечки в сочетании с максимальной токовой защитой позволяет снизить выдержки времени последней. Выше было показано, что выдержка времени любой последующей ступени максимальной токовой защиты определяется контрольной точкой срабатывания предыдущей ступени при максимальном значении тока к. з. в зоне ее защиты. Если же этот ток к. з. охвачен зоной действия отсечки, то он отключится мгновенно и ордината времени — контрольная точка для выбора уставки последующей ступени — снижается до нуля.
Таким образом, применение отсечки в качестве дополнительного средства защиты в рассмотренном примере позволяет снизить выдержку времени защит на одну ступень селективности. Это положение иллюстрируется рис. 13-19. При сопоставлении диаграмм селективности на рис. 13-17 и 13-19 видно, что из-за использования отсечки характеристики времени срабатывания защиты линии располагаются ниже.
В устройствах защиты, работающих на оперативном переменном токе, сочетание максимальной токовой защиты и отсечки осуществляется с помощью реле РТ-80 (ИТ-80), совмещающих элемент выдержки и отсечку в одном аппарате.
