книги / Основы расчета и проектирования электроснабжения предприятий

подключаемых к защищаемому элементу системы через измерительные трансформаторы тока или напряжения.

Назначением устройств релейной защиты, кроме от­ ключения поврежденных элементов системы, является также сигнализация появления ненормальных режимов ра­ боты защищаемых элементов.

4 .2 . О с н о в н ы е т р е б о в а н и я к рел ей н о й за щ ите

Функциями релейной защиты являются [12, 13] сра­ батывание при повреждении защищаемого элемента (внут­ ренние повреждения) и несрабатывание при повреждениях за пределами этого элемента (внешнее к. з.), а также в нор­ мальных режимах. Защиту в системах электроснабжения подразделяют на основную и резервную. Основная защита срабатывает при к. з. или перегрузках в пределах всего за­ щищаемого элемента с временем, меньшим, чем у других защит. Резервная защита работает вместо основной в слу­ чае ее отказа или вывода из работы.

В условиях эксплуатации в силу ряда причин защита может не справиться с заданными функциями: не сработать при повреждении в пределах защищаемого элемента (отказ срабатывания); сработать при внешних к.з. (излишнее сра­ батывание) и при отсутствии повреждений в системе элек­ троснабжения (ложное срабатывание). Все эти неправиль­ ные действия называются отказом функционирования за­ щиты. Для ограничения отказов функционирования защита должна обладать определенными свойствами [11,13]:

1. Селективностью, под которой понимают главное свойство релейной защиты, действующей на отключение, определять поврежденный элемент и отключать только

его. Для релейной защиты, действующей на сигнал, селек­ тивность — это способность однозначно указывать место возникновения ненормального режима и конкретно эле­ мент системы электроснабжения, требующий вмешатель­ ства персонала.

Селективное действие защиты является одним из ос­ новных условий для обеспечения надежности электро­ снабжения потребителей.

2. Быстродействием, необходимым для уменьшения разрушений изоляции и токоведущих частей токами к.з. или токами перегрузки для уменьшения влияния снижения напряжения на работу потребителей, для повышения эф­ фективности работы устройств АПВ и АВР и устойчивости нагрузки энергосистем.

Время отключения поврежденного элемента складыва­ ется из времени срабатывания защиты и времени действия выключателя. Защиты, время срабатывания которых не пре­ вышает 0,1-0,2 с, считаются быстродействующими. Одна­ ко современные зашиты могут работать с временем сраба­ тывания 0,02-0,04 с. Время отключения наиболее распро­ страненных выключателей не превышает 0,06-0,15 с. Сле­ довательно, для ускорения отключения поврежденных элементов требуются и быстродействующая защита, и бы­ стродействующие выключатели.

3. Чувствительностью, под которой понимают спо­ собность защиты реагировать на возможные повреждения в пределах защищаемой зоны, когда изменение контроли­ руемой величины минимально. Обычно стремятся сделать защиту более чувствительной, сохраняя ее селективность, что ограничивает возможную чувствительность защиты.

С ростом нагрузок систем электроснабжения и уве­ личением длины ЛЭП значения токов и напряжений при

к.з. приближаются к их значениям в нормальных режимах.

Всвязи с этим удовлетворить требование чувствительно­ сти защиты затруднительно.

Чувствительность зашиты оценивается коэффициен­ том чувствительности Кг, представляющим собой отноше­ ние минимального значения контролируемой величины защищаемого элемента в зоне защиты значению параметра срабатывания защиты. Правилами устройства электроус­ тановок (ПУЭ) [2] нормируются минимальные значения Кг для различных защит и защищаемых элементов.

4.Надежностью — безотказной работой при корот­ ком замыкании и недопустимых перегрузках в пределах установленной для нее зоны и несрабатыванием в режи­ мах, при которых ее работа не предусматривается.

Отказ в работе или неправильное действие какойлибо защиты всегда приводит к дополнительным отключе­ ниям, а иногда к авариям системного значения.

Надежность защиты обеспечивается простотой схе­ мы, уменьшением в ней числа реле и контактов, простотой конструкции и качества реле и других элементов. Необхо­ дим качественный монтаж устройств защиты, квалифици­ рованное обслуживание при эксплуатации.

Новое направление в теории и практике релейной защиты [13]— это автоматизация диагностирования при оценке надежности защиты, что особенно необходимо в связи с использованием в устройствах релейной защиты и автоматики систем электроснабжения в качестве элемент­ ной базы интегральных микросхем и средств микропро­ цессорной техники.

5. МАКСИМАЛЬНО-ТОКОВАЯ ЗАЩИТА

ЛИНИЙ

5 .1 . О б щ и е с в е д е н и я

Максимально-токовая защита (МТЗ) линий получила наибольшее распространение в радиальных сетях с одно­ сторонним питанием. Селективность МТЗ обеспечивается за счет правильного выбора тока срабатывания и выдержки времени срабатывания защиты. В радиальных сетях с одним источником питания комплекты защиты устанавливаются на каждой линии. В многозвенной сети защита наиболее удаленной от источника питания линии имеет наименьший ток срабатывания и наименьшую выдержку времени. За­ щита каждой последующей линии имеет выдержку време­ ни, большую выдержки времени предыдущей защиты. Ток срабатывания защиты выбирается большим максимального рабочего тока защищаемой линии. При этом защита обычно чувствительна к токам к. з. и токам перегрузки на предыду­ щих участках сети.

Основными параметрами МТЗ являются:

-ток срабатывания защиты /ср.3;

-время срабатывания защиты (выдержка времени) ^р.з5

-ступень селективности защиты At.

Взависимости от используемых аппаратов (выклю­ чателей и реле) At может иметь различные значения. При использовании вторичных реле косвенного действия А/ не превышает 0,2-0,6 с. При использовании менее точных реле прямого действия At может принимать значения

84

0,8-1,0 с. В современных релейных МТЗ значение ступени селективности чаще всего принимают равным 0,5 с [13].

МТЗ линий в зависимости от типа используемых реле может иметь независимую от тока, а следовательно, и от места к.з. выдержку времени (например, с реле типа РТ-40) или ограниченно-зависимую от тока к.з. характеристику вы­ держки времени (с реле типа РТ-80). Защита с зависимой ха­ рактеристикой времени срабатывания позволяет автоматиче­ ски ускорить отключение линий с большими токами к.з.

Ток срабатывания МТЗ, т. е. минимальный ток в фазах линии, при котором защита надежно срабатывает, должен быть больше максимального рабочего тока защищаемой ли­ нии с учетом необходимости возврата токового реле защита после отключения поврежденного предыдущего участка се­ ти. Для обеспечения возврата реле защиты ток возврата 1ВЗ,

должен быть больше тока самозапуска двигателей [11,12]:

	Лл = -^Н *^эап >			(5*1)
где	Кц — коэффициент надежности (отстройки), боль­
	ший 1,0.
	Ток самозапуска может быть выражен через рабочий
максимальный ток линии
	Аап	*з *^раб.м кс »		(5*2)
где	К3— коэффициент		самозапуска,	определяемый кон­
	кретным видом нагрузки, получающей питание
	по защищаемой линии (1<К3<3,0).
	Поэтому
	4 з =	‘	' ^р.б.макс •	(5.3)
	Учитывая, что коэффициент возврата

(5.4)

**ср.з

Окончательно с учетом (5.3) ток срабатывания МТЗ можно выразить в виде

^ К н -К

■^ср.з ^раб.макс* (у .и)

Рассчитываемый в соответствии с (5.6) ток срабаты­ вания защиты является первичным током линии, т. е. то­ ком в фазах защищаемой линии, при котором защита будет надежно срабатывать.

Ток срабатывания реле (уставка) как измерительного органа защиты будет зависеть от коэффициента трансфор­ мации трансформаторов тока и от схемы соединения трансформаторов тока и реле следующим образом:

	К.ск	(5.7)
	к.т,т

Или с учетом (5.6) ток срабатывания реле рассчиты­ вается по формуле

	Кп	К ,.К а	(5.8)
^ср.з	g	раб.макс

т.т

где Ксх — коэффициент схемы, равный отношению тока в обмотке реле к вторичному току трансфор­ матора тока;

Кт.т— коэффициент трансформации тока. Чувствительность МТЗ линий характеризуется коэф­

фициентом чувствительности Кг, равным отношению тока в обмотке реле к току срабатывания реле в том контроли­ руемом режиме работы сети, когда ток в реле имеет мини­ мальное значение:

(5.9)

с р .р

Обычно расчетным режимом для линий по чувстви­ тельности МТЗ является режим двухфазного к. з. в наиболее удаленной точке для данной линии. Поэтому коэффициент чувствительности, как правило, вычисляют по формуле

LK,3.MHH _	(5.10)

ьср.з

МТЗ линий считается достаточно чувствительной, если коэффициент чувствительности при к. з. на защищае­ мой линии не меньше 1,5-2,0, а при к. з. на предыдущем участке сети, для которого данная защита должна действо­ вать как резервная, — не менее 1,2.

5 .2 . Л а б о р а т о р н а я ра бо та № 1

Исследование работы МТЗ с зависимой характеристикой времени

срабатывания в радиальной сети

Цель работы: изучение основных требований к ре­ лейной защите линий, принципиальных схем МТЗ, усвоение методики расчета и выбора уставок для настройки защиты.

Перед выполнением работы необходимо изучить тео­ ретический материал, схемы защит с независимой и зави­ симой характеристиками времени срабатывания, методику расчета и выбора параметров защиты (токи срабатывания, выдержки времени, коэффициенты чувствительности), по­ рядок согласования характеристик защит смежных участ­ ков в радиальных сетях с односторонним питанием.

Содержание работы

1)Ознакомление со стендом.

2)Моделирование и исследование режимов работы линий электропередачи.

3)Расчет параметров МТЗ линий.

4)Настройка защит линий на выбранные параметры и проверка их действия в различных режимах работы линий.

Моделирование и исследование

режимов работы линий

Собрать схему согласно рис. 5.1, а. С помощью тумб­ леров К 1-К 4, установленных на панели стенда, смоделиро­ вать различные режимы работы линий JIi и Л2 и измерить величины токов: нормального режима нагрузки; режима перегрузки; режимов короткого замыкания.

Рис.5.1. Схемы для исследования работы защиты в радиальной сети с односторонним

питанием

Тумблеры, относящиеся к подстанции I, имитируют на линии Л 1 следующие режимы:

Ki — нормальный режим нагрузки;

Кг — перегрузка (максимальный рабочий ток); Кз — двухфазное к. з.; К4 — трехфазное к. з.

Тумблеры подстанции П имитируют на линии Л1 ре­ жимы:

Ki — перегрузка;

Кг — двухфазное к. з.; Кз — трехфазное к.з.

Результаты измерений свести в таблицу. При опреде­ лении величин токов необходимо учитывать коэффициен­ ты трансформации токов для линий Л1 и Лг соответственно

й .т .1 - 8 0 И i^r.T.2= 6 0 .

Данные измерений в дальнейшем использовать при расчете и выборе уставок защит.

Расчет параметров и выбор уставок защит линий

Предполагается, что линии Лi и Лг оснащены двух­ фазными двухрелейными МТЗ с ограниченно зависимыми характеристиками срабатывания, реализуемыми с помо­ щью реле типа РТ-80. Для подстанции III считать, что от­ ходящие линии оборудованы максимально-токовой защи­ той с независимой характеристикой, реализуемой с помо­ щью токового реле типа РТ-40 и реле времени. Для упро­ щения схемы и уменьшения объема работы при исследо­ вании защиты линий на стенде установлены на одной фазе.

Расчет тока срабатывания реле защит линий Л 1 и Лг выполнить с использованием формулы (5.8). При этом

значения расчетных коэффициентов рекомендуется при­

нять равными:

-коэффициент надежности, Ки=1,1-1,25 ;

-коэффициент запаса с учетом режима самозапуска двигателей, К3=1-3;

-коэффициент схемы, Ксх=4?> ;

-коэффициент возврата, i£B=0,85.

По результатам расчета для каждой защиты линий Л[ и Лг выбрать уставки реле по условию

^уст ~ ^ср.р * Вьщержки времени защит линий Л 1 и Л2 обосновать

и выбрать по условию селективности действия защит смежных участков, в соответствии с которым

tj > t2 > /j —^2 = A? >^2~ ^3 —^ »

где t\ и t2 — выдержки времени защит линий Л 1 и Л2; h — выдержка времени защиты линии, отходящей

от подстанции Ш; Д/ — ступень селективности (для МТЗ с зависимой

характеристикой срабатывания рекомендуется брать At = 0,6-1,0 с).

При обосновании выдержек времени защит необходи­ мо учитывать, что величины t\ и h нелинейно зависят от ве­ личины тока линий Л 1 и Л2. На линии, отходящей от под­ станции Ш, установлена защита с независимой характери­ стикой срабатывания и независимой выдержкой времени /з=0,7 с. Учитывая эти условия, необходимо согласовать характеристики защит трех участков радиальной сети.

Согласование характеристик защит провести с ис­ пользованием зависимостей (рис. 5.2), которые необходи­