Схема мтз с независимой выдержкой времени

Токовые защиты — МТЗ и токовая отсечка

Все потребители электроэнергии подключаются к генераторному концу силовым выключателем. Когда нагрузка соответствует номинальной величине или меньше ее, то причины для отключения отсутствуют, а токовые защиты сканируют схему в постоянном режиме.

Выключатель может отключаться от токовых защит, когда:

1. величина нагрузки в результате возникновения короткого замыкания резко превысила номинальное значение и создались токи КЗ, способные сжечь оборудование. Отключение такой аварии необходимо выполнять максимально быстро;

2. за счет подключения дополнительных потребителей (либо по другим причинам) в схеме возникла перегрузка — ток незначительно превысил уставку. В результате происходит постепенный нагрев оборудования и токоведущих частей, когда нарушается баланс между отводом тепла в атмосферу и тепловым действием тока. В этом случае целесообразно отключать выключатель через небольшой интервал времени, создающий задержку в питаниия схемы, в течение которой излишние нагрузки могут самоустраниться;

3. направление тока через силовой выключатель резко изменилось на противоположное — сдвинулась фаза тока.

Под эти три случая аварийных ситуаций созданы следующий виды токовых защит:

Для работы токовых защит создаются измерительные комплексы, состоящие из:

измерительных трансформаторов тока (ТТ), преобразующих первичный ток во вторичное значение с заданным классом метрологической погрешности;

реле тока, настраиваемые на уставку срабатывания;

схема коммутации, передающая вторичный ток от ТТ к реле с минимально допустимыми потерями.

Токовая отсечка (ТО)

Ее назначение: максимально быстрая ликвидация коротких замыканий, возникающих в начале (минимум порядка 20% протяженности) рабочей зоны, хотя она в отдельных случаях может применяться и для всей линии полностью.

В комплект токовой отсечки входят:

измерительный орган из реле тока, выставленного на срабатывание минимально возможной нагрузки при возникновении металлического замыкания в конце защищаемой зоны (или чувствительности);

промежуточное реле, на обмотку которого подается напряжение от сработавшего контакта измерительного органа. Выходной контакт промежуточного органа воздействует непосредственно на соленоид отключения силового выключателя, отключает его.

Как правило, этих двух реле бывает достаточно. В качестве исключения в состав токовой отсечки может быть введено реле времени, которое включается в логическую схему между измерительным и исполнительным органами для создания временно́й задержки срабатывания нескольких защит в целях их селективности.

Для обеспечения контроля действия цепей управления и отключения в схему вводятся цепи сигнализации на основе указательных блинкеров Кн, которые помогают оперативному персоналу анализировать состояние схемы и работу защит.

Технической характеристикой токовой отсечки является коэффициент чувствительности, определяющий отношение токов трёхфазного КЗ в начале линии к фактическому срабатыванию отсечки. Для токовой отсечки он выбирается ≥1,2.

Токовая максимальная защита (МТЗ)

Назначение: защита объектов от токов, превышающих номинальные величины с учетом коэффициентов:

надежности срабатывания и возврата реле;

Такая отстройка создается для устранения возможностей ложных срабатываний при номинальном режиме.

В комплект МТЗ входят те же компоненты, что и в токовую отсечку, но они обязательно дополняются реле времени, создающим задержку на срабатывание выключателя в целях обеспечения ступеней селективности.

Технической характеристикой МТЗ является коэффициент чувствительности, определяющий отношение токов междуфазного КЗ в конце линии к фактическому срабатыванию максимальной защиты. Для МТЗ он выбирается ≥1,5 для дальнего резервирования и ≥1,2 — внутри собственной зоны.

К токовым защитам в РЗиА также относится дифференциальная защита.

Максимальная токовая защита: принцип действия, виды, примеры схем

В силу разных причин аварии в электросетях случаются довольно часто. При коротком замыкании губительно действует на все электроприборы сверхток. Если не предпринять защитных мер, то последствием от неуправляемого увеличения тока может стать не только повреждение электроустановок на участке от места аварии до источника питания, но и выведение из строя всей энергосистемы. Во избежание негативных последствий, вызванных авариями, применяются разные схемы электрозащиты:

• отсечка;
• дифференциально-фазная;
• высокоэффективная максимальная токовая защита электрических цепей (МТЗ).

Из перечисленных видов защиты самой распространённой является МТЗ. Этот простой и надёжный способ предотвращения опасных перегрузок линий нашёл широкое повсеместное применение благодаря обеспечению селективности, то есть, обладанию способностью избирательно реагировать на различные ситуации.

Устройство и принцип действия

Конструктивно МТЗ состоят из двух важных узлов: автоматического выключателя и реле времени. Они могут быть объединены в одной конструкции либо размещаться отдельными блоками.

Отличия от токовой отсечки

Из всех видов защиты по надёжности лидирует токовая отсечка. Примером может служить защита бытовой электросети устройствами с применением плавких предохранителей или пакетных автоматов. Метод токовых отсечек гарантирует обесточивания защищаемой цепи в аварийных ситуациях. Но для возобновления подачи электроэнергии необходимо устранить причину отсечения и заменить предохранитель, либо включить автомат.

Недостатком такой системы является то, что отключение может происходить не только вследствие КЗ, но и в результате даже кратковременного превышения параметров по току нагрузки. Кроме того, требуется участие человека для восстановления защиты. Эти недостатки не критичны в бытовой сети, но они неприемлемы при защите разветвлённых линий электропередач.

Благодаря тому, что в конструкциях МТЗ предусмотрены реле времени, задерживающие срабатывание механизмов отсечения, они кратковременно игнорируют перепады напряжений. Кроме того, токовые реле сконструированы таким образом, что они возвращаются в исходное положение после ликвидации причины, вызвавшей размыкание контактов.

Именно эти два фактора кардинально отличают МТЗ от простых токовых отсечек, со всеми их недостатками.

Принцип действия МТЗ

Между узлом задержки и токовым реле существует зависимая связь, благодаря которой отключение происходит не на начальной стадии возрастания тока, а спустя некоторое время после возникновения нештатной ситуации. Данный промежуток времени слишком короткий для того, чтобы величина тока достигла критического уровня, способного навредить защищаемой цепи. Но этого хватает для предотвращения возможных ложных срабатываний защитных устройств.

Принцип действия систем МТЗ напоминает защиту токовой отсечки. Но разница в том, что токовая отсечка мгновенно разрывает цепь, а МТЗ делает это спустя некоторое, наперёд заданное время. Этот промежуток, от момента аварийного возрастания тока до его отсечения, называется выдержкой времени. В зависимости от целей и характера защиты каждая отдельная ступень времени задаётся на основании расчётов.

Наименьшая выдержка времени задаётся на самых удалённых участках линий. По мере приближения МТЗ к источнику тока, временные задержки увеличиваются. Эти величины определяются временем, необходимым для срабатывания защиты и именуются ступенями селективности. Сети, построенные по указанному принципу, образуют зоны действия ступеней селективности.

Такой подход обеспечивает защиту поврежденного участка, но не отключает линию полностью, так как ступени селективности увеличиваются по мере удаления МТЗ от места аварии. Разница величин ступеней позволяет защитным устройствам, находящимся на смежных участках, оставаться в состоянии ожидания до момента восстановления параметров тока. Так как напряжение приходит в норму практически сразу после отсечения зоны с коротким замыканием, то авария не влияет на работу смежных участков.

Примеры использования защиты

• с целью локализации и обезвреживания междуфазных КЗ;
• для защиты сетей от кратковременных перегрузок;
• для обесточивания трансформаторов тока в аварийных ситуациях;
• в качестве протектора при запуске мощного, энергозависимого оборудования.

Задержка времени очень полезна при пуске двигателей. Дело в том, что на старте в цепях обмоток наблюдается значительное увеличение пусковых токов, которое системы защиты могут воспринимать как аварийную ситуацию. Благодаря небольшой задержке времени МТЗ игнорирует изменение параметров сети, возникающие при пуске или самозапуске электродвигателей. За короткое время показатели тока приближаются к норме и причина для аварийного отключения устраняется. Таким образом, предотвращается ложное срабатывание.

Пример подключения МТЗ электродвигателя иллюстрирует схема на рисунке 1. На этой схеме реле времени обеспечивает уверенный пуск электромотора до момента реагирования токового реле.

Рисунок 1. МТЗ с выдержкой времени

Аналогично работает задержка времени при кратковременных перегрузках в защищаемой сети, которые не связаны с аварийными КЗ. Отсечка действует лишь в тех случаях, когда на защищаемой линии возникает значительное превышение номинальных значений, которое по времени превосходит величину выдержки.

Для надёжности защиты на практике часто используют схемы двухступенчатой и даже трёхступенчатой защиты участков цепей. Стандартная трёхступенчатая защитная характеристика выглядит следующим образом (Рис. 2):

Рис. 2. Карта селективности стандартной трёхступенчатой защиты

На абсциссе отмечено значения тока, а на оси ординат время задержки в секундах. Кривая в виде гиперболы отображает снижение времени защиты от возрастания перегрузок. При достижении тока отметки 170 А включается отсчёт времени МТЗ. Задержка времени составляет 0,2 с, после чего на отметке 200 А происходит отключение. То есть, разрыв цепи происходит в случае отказа защиты остальных устройств.

Расчет тока срабатывания МТЗ

Стабильность работы и надёжность функционирования максимально-токовой защиты зависит от настройки параметров по току срабатывания. Расчёты должны обеспечивать гарантированное срабатывание реле при авариях, однако на её работу не должны влиять параметры тока нагрузки, а также кратковременные всплески, возникающие в режиме запуска двигателей.

Следует помнить, что слишком чувствительные реле могут вызывать ложные срабатывания. С другой стороны, заниженные параметры срабатывания не могут гарантировать безопасности стабильной работы электроприборов. Поэтому при расчетах уставок необходимо выбирать золотую середину.

Существует формула для расчёта среднего значения тока, на который реагирует электромагнитное реле [ 1 ]:

где I_с.з. – минимальный первичный ток, на который должна реагировать защита, а I_{н. макс.} – предельное значение тока нагрузки.

Ток возврата реле подбирается таким образом, чтобы его хватило повторного замыкания контактов в отработавшем устройстве. Для его определения используем формулу:

Здесь I_вз– ток возврата, k_н. – коэффициент надёжности, k_з – коэффициент самозапуска, I_{раб. макс.} – величина максимального рабочего тока.

Для того чтобы токи возврата и срабатывания максимально приблизить, вводится коэффициент возврата, рассчитываемый по формуле:

k_в = I_вз / I_с.з. с учётом которого I_с.з. = k_н.×k_з.×I_{раб. макс.} / k_в

В идеальном случае k_в = 1, но на практике этот коэффициент всегда меньший за единицу. Чувствительность защиты тем выше, чем выше значение kв.. Отсюда вывод: для повышения чувствительности необходимо подобрать k_в в диапазоне, стремящимся к 1.

Виды максимально-токовых защит

В электрических сетях используют 4 разновидности МТЗ. Их применение диктуется условиями, которые требуется создать для уверенной работы электрооборудования.

МТЗ с независимой от тока выдержкой времени

В таких устройствах выдержка времени не меняется. Для задания уставок периода, достаточного для активации реле с независимыми характеристиками, учитывают ступени селективности. Каждая последующая выдержка (в сторону источника тока) увеличивается от предыдущей на промежуток времени, соответствующий ступени селективности. То есть, при расчётах необходимо соблюдать условия селективности.

МТЗ с зависимой от тока выдержкой времени

В данной защите процесс задания уставок МТЗ требует более сложных расчётов. Зависимые характеристики, в случаях с индукционными реле, выбирают по стандарту МЭК: t_сз = A / (k n — 1), где A, n – коэффициенты чувствительности, k = I_раб / I_ср — кратность тока.

Из формулы следует, что выдержка времени уже не является константой. Она зависит от нескольких параметров, в т. ч. и от силы тока, попадающего на обмотки реле, причём эта зависимость обратная. Однако выдержка не линейная, её характеристика приближается к гиперболе (рис. 3). Такие МТЗ используют для защиты от опасных перегрузок.

Рисунок 3. Характеристика МТЗ с зависимой выдержкой

МТЗ с ограниченно-зависимой от тока выдержкой времени

В устройствах данного вида релейных защит совмещено две ступени защиты: зависимая часть с гиперболической характеристикой и независимая. Примечательно, что времятоковая характеристика независимой части является прямой, плавно сопряжённой с гиперболой. При малых кратностях критичных токов характеристика зависимого периода более крутая, а при больших – пологая кривая (применяется для защиты электромоторов большой мощности).

МТЗ с пуском (блокировкой) от реле минимального напряжения

В данном виде дифференциальной защиты применена комбинация МТЗ с использованием влияния минимального напряжения. В электромеханическом реле произойдёт размыкание контактов только тогда, когда возрастание тока в сети приведёт к падению разницы потенциалов. Если падение превысит нижнюю границу напряжения уставки – это вызовет отработку защиты. Поскольку уставка задана на падение напряжения, то реле не среагирует на резкие скачки тока в сети.

Примеры и описание схем МТЗ

С целью защиты обмоток трансформаторов, а также других элементов сетей с односторонним питанием используются различные схемы.

МТЗ на постоянном оперативном токе.

Особенность данной схемы в том, что управление элементами защиты осуществляется выпрямленным током, который меняет полярность, реагируя на аварийные ситуации. Мониторинг изменения напряжения выполняют интегральные микроэлементы.

Для защиты линий от последствий междуфазных замыканий используют двухфазные схемы на двух, либо на одном токовом реле.

Однорелейная на оперативном токе

В данной защите используется токовое пусковое реле, которое реагирует на изменение разности потенциалов двух фаз. Однорелейная МТЗ реагирует на все межфазные КЗ.

Схема на 1 реле

Преимущества: одно токовое реле и всего два провода для подсоединения.

Недостатки:

• сравнительно низкая чувствительность;
• недостаточная надёжность – при отказе одного элемента защиты участок цепи остаётся незащищённым.

Однорелейка применяется в распределительных сетях, где напряжение не превышает 10 тыс. В, а также для безопасного запуска электромоторов.

Двухрелейная на оперативном токе

В данной схеме токовые цепи образуют неполную звезду. Двухрелейная МТЗ реагирует на аварийные междуфазные короткие замыкания.

Схема на 2 реле

К недостаткам этой схемы можно отнести ограниченную чувствительность. МТЗ выполненные по двухфазным схемам нашли широкое применение, особенно в сетях, где используется изолированная нейтраль. Но при добавлении промежуточных реле могут работать в сетях с глухозаземлённой нейтралью.

Трехрелейная

Схема очень надёжная. Она предотвращает последствия всех КЗ, реагируя также и на однофазные замыкания. Трехфазные схемы можно применять в случаях с глухозаземлённой нейтралью, вопреки тому, что там возможны ситуации с междуфазными так и однофазными замыканиями.

Из рисунка 4 можно понять схему работы трёхфазной, трёхлинейной МТЗ.

Рисунок 4. Схема трёхфазной трёхрелейной защиты

Схема двухфазного трёхрелейного подключения МТЗ изображена на рисунке 5.

Рис. 5. Схема двухфазного трёхрелейного подключения МТЗ

На схема обозначены:

• KA — реле тока;
• KT — реле времени;
• KL — промежуточное реле;
• KH — указательное реле;
• YAT — катушка отключения;
• SQ — блок контакт, размыкающий цепь;
• TA — трансформатор тока.

Максимальная токовая защита: МТЗ, принцип действия, реализация, схемы, выбор уставок

При коротком замыкании ток в линии увеличивается. Этот признак используется для выполнения токовых защит. Максимальная токовая защита (МТЗ) приходит в действие при увеличении тока в фазах линии сверх определенного значения.

Токовые защиты подразделяются на МТЗ, в которых для обеспечения селективности используется выдержка времени, и токовые отсечки, где селективность достигается выбором тока срабатывания. Таким образом, главное отличие между разными типами токовых защит в способе обеспечения селективности.

Рис. 4.1.1

МТЗ с независимой выдержкой времени

МТЗ – основная защита для воздушных линий с односторонним питанием. МТЗ оснащаются не только ЛЭП, но также и силовые трансформаторы, кабельные линии, мощные двигатели напряжением 6, 10 кВ.

Рис. 4.2.1

Расположение защиты в начале каждой линии со стороны источника питания. На рис. 4.2.1 изображено действие защит при КЗ в точке К. Выдержки времени защит подбираются по ступенчатому принципу и не зависят от величины тока, протекающего по реле.

Схемы защиты МТЗ

Трехфазная схема защиты МТЗ на постоянном оперативном токе

Схема защиты представлена на рис.4.2.2: Основные реле:

• Пусковой орган – токовые реле КА.
• Орган времени – реле времени КТ.

Вспомогательные реле:

• KL – промежуточное реле;
• KH – указательное реле.

Рис. 4.2.2

Промежуточное реле устанавливается в тех случаях, когда реле времени не может замыкать цепь катушки отключения YAT из-за недостаточной мощности своих контактов. Блок-контакт выключателя SQ служит для разрыва тока, протекающего по катушке отключения, так как контакты промежуточных реле не рассчитываются на размыкание.

Двухфазные схемы защиты МТЗ на постоянном оперативном токе

В тех случаях, когда МТЗ должна реагировать только при междуфазных КЗ, применяются двухфазные схемы с двумя или одним реле, как более дешевые.

Двухрелейная схема

Достоинства

1. Схема реагирует на все междуфазные КЗ на линиях.

2. Экономичнее трехфазной схемы.

Недостатки

Меньшая чувствительность при 2 – фазных КЗ за трансформатором с соединением обмоток Y/–11 гр. (В два раза меньше чем у трехфазной схемы).

Рис. 4.2.4

При необходимости чувствительность можно повысить, установив третье токовое реле в общем проводе токовых цепей. Чувствительность повышается в два раза – схема становиться равноценной по чувствительности с трехфазной.

Схемы широко применяются в сетях с изолированной нейтралью, где возможны только междуфазные КЗ.

двухфазные схемы применяются в качестве защиты от междуфазных КЗ и в сетях с глухозаземленной нейтралью, при этом для защиты от однофазных КЗ устанавливается дополнительная защита, реагирующая на ток нулевой последовательности.

Одно-релейная схема МТЗ

Схема реагирует на все случаи междуфазных КЗ.

Достоинства

Только одно токовое реле.

Недостатки

1. Меньшая чувствительность по сравнению с 2 – релейной схемой при КЗ между фазами АВ и ВС.
2. Недействие защиты при одном из трех возможных случаев 2 – фазных КЗ за трансформатором с соединением обмоток Y/–11 гр.
3. Более низкая надежность – при неисправности единственного токового реле происходит отказ защиты. Схема применяется в распределительных сетях 6…10 кВ и для защиты электродвигателей.

Рис. 4.2.6

Выбор тока срабатывания защиты МТЗ

Защита должна надежно срабатывать при повреждениях, но не должна действовать при максимальных токах нагрузки и её кратковременных толчках (например, запуск двигателей).

• Слишком чувствительная защита может привести к неоправданным отключениям.
• Главная задача при выборе тока срабатывания состоит в надежной отстройке защиты от токов нагрузки.

Существуют два условия определения тока срабатывания защиты.

Первое условие. Токовые реле не должны приходить в действие от тока нагрузки:

Iс.з>Iн.макс, (4.1)

где Iс.з – ток срабатывания защиты (наименьший первичный ток в фазе линии, необходимый для действия защиты);

Iн.макс – максимальный рабочий ток нагрузки.

Второе условие. Токовые реле, сработавшие при КЗ в сети, должны надёжно возвращаться в исходное положение после отключения КЗ при оставшемся в защищаемой линии рабочем токе.

При КЗ приходят в действие реле защит I и II (рис.4.2.1). После отключения КЗ защитой I прохождение тока КЗ прекращается и токовые реле защиты II должны вернуться в исходное положение.

Ток возврата реле должен быть больше тока нагрузки линии, проходящего через защиту II после отключения КЗ.

И этот ток в первые моменты времени после отключения КЗ имеет повышенное значение из–за пусковых токов электродвигателей, которые при КЗ тормозятся вследствие понижения (при КЗ) напряжения:

Iвоз>kзIн.макс . (4.2)

Увеличение Iн.макс, вызванное самозапуском двигателей, оценивается коэффициентом запуска kз.

Учет самозапуска двигателей является обязательным.

При выполнении условия (4.2) выполняется и условие (4.1), так как Iвоз Рис. 4.2.8

2. Линии, питающие потребителя: Iн.макс=I1+I2.

Рис. 4.2.9

Чувствительность защиты МТЗ

Ток срабатывания защиты Iс.з проверяется по условию чувствительности защиты.

Рис. 4.2.10

Значение kч для различных типов защит нормируется. В основной зоне kч как правило равен 1,5; в зоне резервирования допускается 1,2.

Выдержка времени защиты МТЗ

Для обеспечения селективности выдержки времени МТЗ выбираются по ступенчатому принципу (см. рис. 4.2.1). Разница между временем действия защит двух смежных участков называется ступенью времени (ступенью селективности):

t=t2–t1. (4.7)

Ступень времени t должна быть такой, чтобы при КЗ на линии w2, МТЗ II (см. рис. 4.2.1) не успевала сработать.

Определение ступени селективности времени

При КЗ в точке К защита I работает в течение времени

tзI=tввI+tпI+tвI, (4.8)

где tввI – выдержка времени защиты I;

tпI – погрешность в сторону замедления реле времени защиты I;

tвI – время отключения выключателя Q1.

Условие несрабатывания защиты II при КЗ на линии w2

tввII>tввI+tпI+tвI. (4.9)

Выдержка времени защиты II может быть определена как

tввII=tввI+tпI+tвI+tпII+tзап, (4.10)

где tпII – погрешность в сторону снижения выдержки времени защиты II; tзап – время запаса.

Таким образом, минимальная ступень времени t может быть вычислена как

t=tввII – tввI=tпI+tвI+tпII+tзап. (4.11)

По формуле (4.11) определяется ступень времени для защит с независимой характеристикой времени срабатывания от тока.

Рекомендуется принимать t =0,35…0,6 с.

Выбор времени действия защит МТЗ

Для МТЗ с независимой выдержкой времени выдержка времени защит вычисляется по формуле (4.12), расчет начинается от МТЗ, установленных у потребителей электроэнергии (см. рис. 4.2.11):

tвв(n)= tвв(n–1)+ t. (4.12)

Рис. 4.2.11

Максимальная токовая защита

МТЗ (расшифровка – максимальная токовая защита) – распространенная техника предохранения электросетей от последствий краткосрочных перегрузок и замыканий. Она может быть задействована в разветвленных сетях, асинхронных двигателях. Электрику нужно знать особенности механизма и его отличия от других предохранительных методов.

Принцип действия

МТЗ – это разновидность защитного механизма электросети с использованием реле, применяемая при угрозе короткого замыкания на некотором отрезке электроцепи.

Принцип действия максимальной токовой защиты достаточно схож с таковым у механизма отсечки. Если при использовании последней ток вырубается сразу же, то при применении МТЗ выключение происходит по истечении некоторого временного отрезка. Он называется выдержкой времени. То, какое значение он примет, определяется близостью места, где происходит инцидент, к поставщику питания. Чем дальше располагается отрезок, тем меньше число. Значение, на которое показатель близлежащего участка отличается от такового для удаленного (ступень селективности), описывает период, по истечении которого защита включается на ближнем участке (отключая и дальний), если она не активизировалась на дальнем, на котором случился инцидент КЗ.

Важно! Показатель ступени надо делать небольшим, чтобы система успела включиться до причинения инцидентом серьезных повреждений электросети.

Отличия от токовой отсечки

В МТЗ используются реле времени, позволяющие игнорировать скачки напряжения, что невозможно при отсечке (которая срабатывает не только при эпизоде короткого замыкания, но и при повышении тока любой другой природы и продолжительности). Кроме того, использование механизма отсечки требует задействования оператора для возобновления нормального функционирования системы. Реле сами приходят в первоначальное состояние, когда причина размыкания будет ликвидирована.

Разновидности максимально-токовых защит

Ориентируясь на условия работы в конкретной электросети, можно выбрать один из четырех типов системы.

МТЗ с независимой от тока выдержкой времени

Параметр задержки здесь неизменен, период активации зависит только от ступени селективности: на каждом последующем отрезке время увеличивается на эту величину.

МТЗ с зависимой от тока выдержкой времени

Используется расчет выдержки по нелинейной формуле. Параметр зависит от величины тока на обмотках. Используется в системах, где предохранение от избыточных нагрузок имеет особенную значимость для безопасности.

МТЗ с ограниченно-зависимой от тока выдержкой времени

Здесь совмещены две компоненты: не зависящая от тока часть и зависящая, причем у последней время-токовая характеристика имеет вид гиперболы. Чем больше перегрузка, тем более пологий вид имеет графическое представление. Такая установка используется в высокомощных электромоторах.

МТЗ с пуском (блокировкой) от реле минимального напряжения

Здесь инициатором размыкания контактов становится разность потенциалов. Уставка привязывается к падению напряжения ниже определенной границы.

Задание уставок

Защита МТЗ определяется тем, насколько правильно выбрана уставка – величина тока, при достижении которой включается функция. При определении ее значения учитывают назначение сети (например, при самостоятельном запуске электродвигателя после временного выключения питания показатель может превышать номинальный, тогда МТЗ не должна выключать его) и минимальный ток замыкания в ней. При зависимой (полностью или ограниченно) время-токовой характеристике ориентируются на значение, когда реле перегрузки вот-вот сработает, а время задают, ориентируясь на независимую часть.

Важно! Иногда блокировка в защитной системе ставится с ориентацией на напряжение, тогда параметром срабатывания, задаваемым в качестве уставки, становится оно.

Реализация

В основном, систему реализуют с применением устройств, совмещающих функции пуска и задержки времени, либо с помощью сочетания нескольких разных реле, каждое из которых выполняет одну из этих функций. Сейчас все чаще применяются микропроцессоры, реализующие, помимо обозреваемого, еще ряд процессов релейной защиты.

Схемы защиты МТЗ

Применяется несколько вариантов конструкций, различающихся устройством.

Трехфазная схема защиты МТЗ на постоянном оперативном токе

В главный блок входят два реле: времени и пуска. Используются также указательное реле и еще одно добавочное, ставящееся тогда, когда временное реле неспособно замкнуть цепочку катушки выключения.

Двухфазные схемы защиты МТЗ на постоянном оперативном токе

Они применяются, когда нужно, чтобы система включалась лишь при замыкании между фазами. Существуют схемы с одиночным реле и с парой.

Двухрелейная схема

Ее плюс – реагирование на любые межфазовые замыкания. Минус – меньшая восприимчивость при двухфазных замыканиях за трансформатором. Повысить ее вдвое можно, поставив третье реле. Схема в основном используется для конструкций с изолированной нейтралью – случающиеся в них замыкания происходят только между фазами. Возможно применение при глухом заземлении, но тогда для предотвращения однофазного замыкания ставится добавочная конструкция, срабатывающая при токе нулевой последовательности.

Одно-релейная схема МТЗ

Плюс схемы – легкость конструирования. Минусы – наименее высокая чувствительность, несрабатывание при некоторых типах замыканий с двумя фазами.

Выбор тока срабатывания защиты МТЗ

Выбор осуществляется с расчетом, чтобы установка уверенно срабатывала при повреждающих воздействиях, но не проявляла активности при недолгих толчках (к примеру, когда запускается электродвигатель) или высоком токе нагрузки. Дифференциация последнего от ситуации, когда должна активизироваться защита, является основной задачей. Также установка не должна быть излишне восприимчивой, иначе цепь будет отключаться, когда это не нужно.

Должны соблюдаться условия:

• реле не должны активизироваться нагрузочным током, поэтому параметр, при котором срабатывает МТЗ, должен быть больше максимального нагрузочного показателя;
• возвратный ток реле должен превышать нагрузочное значение, идущее по защите после окончания замыкания – это нужно для возврата реле в начальное положение.

Чувствительность защиты МТЗ

Значение коэффициента, вариабельно в зависимости от вида защиты. В главной зоне коэффициент обычно равен 1,5, в резервной – его часто берут равным 1,2.

Выдержка времени защиты МТЗ

Для ее нахождения проводится следующий расчет. Узнается время работы первой из защит при замыкании:

где:

• Т1 – искомое время,
• tп1 – погрешность выдержки,
• to1 – время вырубания выключателя,
• tв1 – выдержка для этого реле.

Вторая защита не сработает при условии, что время выдержки для нее будет больше Т1, т.е. tв2>T1.

где:

• tп2 – погрешность второго реле,
• tз – запасное время.

Таким образом, ступень будет равна Т=tв2-tв1=tп1+tо1+tп2+tз (для независимой время-токовой характеристики).

Выбор времени действия защит МТЗ

Используется формула:

На картинке выше разница между временем t2 и t1, t3 и t2 и любыми другими соседними идентична.

Примеры и описание схем МТЗ

Для защиты разных компонентов сетей с питанием, поступающим с одной стороны, используются схемы различных типов.

Однорелейная на оперативном токе

Применяется реле пуска, реагирующее на изменения разности фазовых потенциалов. Плюсами являются ее простота и малый расход ресурсов – нужны только одно реле и два кабеля. Минусы – невысокая восприимчивость и то, что, если отказал какой-то элемент, фрагмент линии теряет предохранение. Схема подойдет для сетей с напряжением до 10 кВ.

Двухрелейная на оперативном токе

Эта схема, как и предыдущая, защищает электролинии от последствий короткого замыкания между фазами. Цепи в ней формируют усеченную звезду. Она надежна, но, как и предыдущая, не очень чувствительна.

Трехрелейная

Это наиболее надежная и единственная подходящая для конструкций с заземленной наглухо нейтралью схема.

Хотя отсечка тока эффективнее предотвращает короткие замыкания, применение обозреваемого метода больше подходит для предохранения разветвленных электролиний. Для максимально эффективной работы необходимо правильно задать в схеме уставки.

Видео

Максимальная токовая защита с независимыми и ограниченно зависимыми характеристиками времени

Максимальная токовая защита (МТЗ) является третьей ступенью трехступенчатой токовой защиты, первой и второй ступенью которой являются токовые отсечки. Максимальная токовая защита реагирует на увеличение тока не только при коротких замыканиях, но и при перегрузках. Она и является основным видом защиты для сетей с односторонним питанием. Максимальная токовая защита устанавливается в начале каждой линии со стороны источника питания (рис. 8.9) и отключает линию в случае повреждения.

Максимальная токовая защита может выполняться с независимой или с ограниченно зависимой выдержкой времени ее срабатывания. На рис. 8.9 показаны максимальные токовые защиты с независимыми выдержками времени.

Селективность действия максимальных токовых защит нескольких последовательно включенных участков обеспечивается с помощью выдержек времени, нарастающих от потребителя к источнику питания (см. рис. 8.9).

Например, при КЗ в точке К₃ (см. рис. 8.9) сработают токовые реле защит А2 и АЗ, однако сработать должна только защита АЗ. При КЗ в точке К₂ сработают токовые реле защит А1 и А2, однако сработать должна только защита А2. Такая селективность достигается специальным выбором уставок реле времени каждой из защит Al, А2 и АЗ по ступенчатому принципу. Защита АЗ имеет наименьшую выдержку времени ?д₃ защита А2 — более длительную защита А1 — наибольшую t l «. Выдержка времени определяется с помощью реле времени и не зависит от величины тока КЗ. Поэтому такая защита называется защитой с независимой выдержкой времени. Как следует из рис. 8.9, для третьей ступени защит Al, А2 и АЗ справедливо соотношение

где At — ступень селективности, значение которой обычно принимается равной 0,5 с.

Рис. 8.9. Максимальные токовые защиты с независимыми выдержками времени

Ток срабатывания /_срз максимальной токовой защиты должен быть больше максимального рабочего тока защищаемой линии:/,_рз > /_{раб тах}. Кроме того, токовое реле МТЗ, сработавшее при внешнем КЗ, должно надежно возвращаться в исходное положение после селективного отключения КЗ и снижения тока до максимального значения тока оставшейся нагрузки с учетом возможного самозапуска двигательной нагрузки после ликвидации КЗ и восстановления напряжения (см. замечание 8.1):

где /_в — ток возврата МТЗ; k_C3 — коэффициент самозапуска, определяемый характером нагрузки; /_рабтах — ток оставшейся нагрузки.

Неравенство (8.9) преобразуют в равенство, введя в него коэффициент отстройки k_mc (коэффициент надежности или коэффициент запаса):

Найдем коэффициент возврата k_B реле:

С учетом равенств (8.10) и (8.11) определим значение тока срабатывания защиты:

Коэффициент чувствительности МТЗ определяют по формуле

где /?’/_п — минимальный ток /и-фазного КЗ в конце защищаемой зоны. Так, например, для защиты А1 расчетные точки КЗ принимаются на шинах подстанций Б и В. Защита А1 для участка АБ будет основной (k₄ > 1,5), а для участка БВ — резервной (к_ч >1,2).

Следует отметить, что изменения сопротивления энергосистемы существенно влияют на длину защищаемой зоны. Достоинство МТЗ с независимой характеристикой выдержки времени — ее простота, недостаток — большие выдержки времени, увеличивающиеся по мере приближения к источнику питания. Лучше работают МТЗ с зависимой или ограниченно зависимой характеристикой выдержки времени. Оба вида защит выполняются при помощи токовых реле, работающих с выдержкой времени, зависящей от значения тока.

Для выполнения защиты с ограниченно зависимой характеристикой выдержки времени t = f(T) используют реле серий РТ-80 и РТ-90. Временные характеристики (зависимости выдержек времени от кратности тока, протекающего по обмотке реле, для реле РТ-81/1 приведены на рис. 8.10 [16]. Выдержки времени на этих характеристиках (уставки реле) указаны в их независимой части при кратности тока, равной 10. Например, для РТ-81/1 уставки составляют 0,5; 1; 2; 3 и 4 с. На рис. 8.10 сплошными линиями показаны только две зависимости: для минимальной уставки t_{y min} = 0,5 с и для максимальной уставки ?_{у max} = 4 с. На рис. 8.10 обозначены: /_Р — ток, протекающий через обмотку реле; /_{ср р} — ток срабатывания реле, т.е. по оси абсцисс откладываются кратности тока.

На практике бывает необходимо установить на реле выдержку времени (уставку) t_y, которая отличается от указанных на реле уставок, например t_y — 1,5 с, и построить временную характеристику для этой уставки.

Конструкция реле серии РТ-80 выполнена так, что при любой кратности тока справедливо следующее соотношение (см. рис. 8.10) [16, 17]:

Здесь A = t -t . ;В = t -t . ;Б = Г,= t —t. t,, — выдержка вре-

мени, которую необходимо установить на реле; t_x — время срабатывания реле для заданной выдержки времени f_v при заданной кратности, которой соответствуют уставки времени t_x и t₂.

Рис. 8.10. Зависимости выдержек времени от кратности тока, протекающего по обмотке реле РТ-81/1

Подставив значения для выражений А, Б, В и Г в уравнение (8.14), получим

Из выражения (8.15) можно найти выдержку времени t_x. для любой кратности тока:

Покажем, как определяется выдержка времени t_x в интегрированном пакете MathCad (рис. 8.11). Пусть нам задана матрица Tz, в первом столбце которой даны кратности тока, а во втором и третьем столбцах соответственно выдержки времени для уставок 4 и 0,5 с. Используя выражение (8.16) для t_x, получим матрицу Т, содержащую кратности тока и соответствующие им выдержки времени t_x для заданной уставки L, = 1,5 с. Там же построены характеристики при линейной интерполяции.

На практике встречаются также случаи, когда по условиям селективности задается выдержка времени при известной кратности тока, а требуется построить временную характеристику и определить уставку времени t_v. В этом случае сначала следует определить значение ? , используя выражение (8.15):

затем по известному значению t_y можно построить временную характеристику, как было описано выше [16].

Подводя итог сказанному, покажем на одном рис. 8.12 временные характеристики трех ступеней одной защиты А1 (рис. 8.12, б) и характеристики трех разных ступеней разных защит Al, А2 и АЗ (рис. 8.12, в).

Из рис. 8.12 следует, что у каждой защиты но мере увеличения номера ступени выдержка времени увеличивается.

Рис. 8.11. Определение выдержек времени t_x в интегрированном пакете MathCad

Рис. 8.12. Характеристики трехступенчатых защит

Что такое максимальная токовая защита и какое у нее назначение

Устройство и принцип действия

Принцип работы заключается в срабатывании датчика (реле) тока при превышении Iуставки на защищаемом участки линии, после чего для обеспечения селективности с определенной задержкой срабатывает реле времени.

Где она применяется? Максимальную токовую защиту устанавливают в начале линии, то есть со стороны генератора или трансформатора питающей подстанции.

Важно! Зона действия МТЗ лежит в пределах между источником питания (ТП или генератором) и потребителем (ТП или другим ВВ оборудованием). При этом она устанавливается со стороны источника, а не потребителя. Но зоны действия ступеней могут пересекаться друг с другом. Например, 1 ступень часто перекрывает зону действия второй ступени вблизи от разъединителя, где Iкз почти равны с предыдущим участком линии.

Выдержка времени срабатывания защиты подбирается так, что первая ступень (на питающей ТП) срабатывает через самый большой промежуток времени, а каждая последующая быстрее предыдущей.

Интересно: разница выдержки времени срабатывания на ближайшей к источнику питания от следующей после нее МТЗ называется ступенью селективности.

Обеспечение селективности важно для бесперебойной подачи электропитания по как можно большему количеству электрических линий. С её помощью отключаемая часть уменьшается и локализуется на участке между коммутационными аппаратами как можно ближайшими к поврежденному участку.

При этом, при возникновении кратковременных самоустраняемых перегрузок, связанных с пуском мощных электродвигателей, выдержка времени и отключение по минимальному напряжению должны обеспечить подачу электроэнергии в сеть без её отключения. При КЗ, напряжения резко уменьшаются, а при пуске двигателей такой просадки обычно не происходит.

Выбор уставок по току происходит по наименьшему Iкз из всей цепи, учитывая особенности работы подключенного оборудования. Это нужно опять же для того, чтобы максимальная токовая защита не сработала при самозапуске электродвигателей.

Перегрузка может возникнуть по трем причинам:

1. При однофазном замыкании на землю.
2. При многофазном замыкании.
3. При перегрузки линии из-за повышенного потребления мощности.

Итак, максимальная токовая защита необходима для предотвращения разрушения линий электропередач, жил кабелей и шин на подстанциях и потребителях электроэнергии, таких как мощные электродвигатели 6 или 10 кВ и прочие электроустановки.

Отличия от токовой отсечки

Защита линий от коротких замыканий также осуществляется с помощью токовой отсечки. Принцип её работы аналогичен — отключение электричества при перегрузке линии. Основным отличием является то, что селективность максимальной токовой защиты обеспечивается задержкой времени, а токовая отсечка отключает напряжение почти мгновенно при возникновении КЗ. При этом время срабатывания и селективность отсечки определяется номиналами и уставками защитных аппаратов и их время-токовыми характеристиками.

Более подробно вопрос рассмотрен на видео:

Виды МТЗ и схемы

К основным видам максимальной токовой защиты относят:

• С независимой выдержкой времени от тока. Из названия ясно, что при любых перегрузках величина выдержки времени остаётся неизменной.
• С зависимой выдержкой времени. Время зависит нелинейно от величины тока, по принципу: больше ток — быстрее отключение. Такая система позволяет точнее учитывать перегрузочную способность элементов цепи и осуществлять защиту от перегрузки.
• С ограничено-зависимой выдержкой времени. График зависимости состоит из двух частей. У него параболическая форма (как во втором случае), совмещенная с прямой линией (как в первом случае), где по вертикальной оси расположен ток, а по горизонтальной время. При этом его основание стремится к параболе, а с определенных схемой пределов переходит в прямую. Так достигается точная настройка срабатывания при малых превышениях, например при подключении мощных потребителей и групповом пуске электродвигателей.
• С блокировкой минимального напряжения. Также нужна для предотвращения отключения питания при пусковых токах. При возрастании тока выше уставки, если реле напряжения не срабатывает по минимальному значению (как при КЗ), то и напряжение не отключается.

По роду тока в оперативных цепях выделяют МТЗ:

• с постоянным оперативным током;
• с переменным оперативным током.

По количеству реле различают максимальные токовые защиты на базе:

• Трёх реле. Обеспечивают защиту и при многофазном и при однофазном замыканиях.
• Двух реле. Дешевле предыдущих, но не дают такой же надежности, особенно при однофазных замыканиях.
• Одного реле. Еще дешевле и еще менее надежны, не применимы на ответственных участках линии. У них малая чувствительность и применяется в распределительных сетях от 6 до 10 кВ и для защиты электродвигателя.

• KA — реле тока;
• KT — реле времени;
• KL — промежуточное реле, устанавливается если не хватает коммутационной способности контактов;
• KH — указательное реле (блинкер);
• SQ — блок контакт для размыкания мощных цепей, типа катушки YAT — силового коммутационного аппарата. Устанавливается так как контакты реле не рассчитываются на размыкание таких цепей.

Современные защиты часто уходят от применения релейных схем из-за особенностей их надежности. Поэтому используются МТЗ на операционных усилителях, микропроцессоре и другой полупроводниковой технике.

Современные решения позволяют более точно выставлять уставки по току и время-токовые характеристики защит.

Заключение

Мы кратко рассмотрели назначение, область применения и принцип действия максимальной токовой защиты (МТЗ) и её разницу с токовой отсечкой. У каждой схемы есть свои достоинства и недостатки. Например, достоинством МТЗ является то, что она не отключает напряжения при повторных пусках двигателей после исчезновения питания, но её выдержка времени может быть губительна для воздушной линии или линии другого типа. При этом последнее может компенсироваться либо токовой отсечкой, либо вариантом МТЗ с зависимой выдержкой времени. В любом случае бесперебойность работы электрической сети обеспечивается совокупностью систем РЗиА среди которых:

• АЧР (автоматическая частотная разгрузка);
• ТЗНП (при нулевой последовательности — замыканиях на землю);
• МТЗ;
• ТО;
• Дифзащиты и прочее.

Некоторые из них мы уже рассматривали в статьях ранее.

Теперь вы знаете, что такое максимальная токовая защита, как она устроена и работает. Надеемся, предоставленные схемы и описание помогли вам разобраться в данном вопросе!

Материалы по теме: