Выбор токов и времени срабатывания МТЗ

Исходным для выбора тока срабатывания МТЗ является требование, чтобы она надежно работала при повреждениях на защищаемом участке, но в то же время не действовала при максимальном рабочем токе нагрузки I _{н mах}икратковременных перегрузках, вызванных пуском и самозапуском электродвигателей (см. гл. 18), а также нарушением нормального режима электрической сети.

Электродвигатели имеются в составе большей части электрических нагрузок. При понижении или исчезновении напряжения, вызванном КЗ либо кратковременным перерывом электроснабжения потребителей при действии АПВ или АВР, электромагнитный момент вращения электродвигателей уменьшается, и они начинают тормозиться. При этом наиболее важные для производства электродвигатели оказываются полностью или частично заторможенными, оставаясь подключенными к сети. При восстановлении напряжения они начинают разворачиваться (самозапускаются), потребляя из сети повышенные пусковые токи. Суммарный ток во время самозапуска может существенно превосходить суммарный максимальный рабочий ток нагрузки I _{р mах}установившегося режима.

Увеличение тока нагрузки из-за самозапуска электродвигателей принято оценивать коэффициентом самозапуска k _сзп, показывающим, во сколько раз возрастает ток I _{р mах}. Для отстройки МТЗ от I _{н mах}необходимо выполнить два условия.

По первому условию МТЗ,пришедшая в действие при КЗ в сети (вне защищаемой ЛЭП), должна надежно возвращаться в исходное состояние после отключения КЗ при наличии в защищаемой ЛЭП тока нагрузки I _{н mах}(рис.4.9, а). Так, например, при КЗ в точке К1 (рис.4.8) токовые реле МТЗ1 и МТЗ2 приходят в действие. После отключения действием МТЗ2 поврежденной ЛЭП W2 ток КЗ прекращается и в неповрежденной ЛЭП W1 остается ток I _{н mах}, питающий нагрузку Н _В. При этом ИО МТЗ1, пришедшие в действие при КЗ, должны возвратиться в исходное положение.

Для обеспечения возврата МТЗ1 (рис.4.8) ее ток возврата I _воз должен быть больше максимального тока нагрузки I _{н mах}. проходящего по ЛЭП W1 и ее МТЗ1 после отключения КЗ (I _воз > I _{н mах}):

(4.1)

где k _отс - коэффициент отстройки, учитывающий погрешность токового реле МТЗ; I _{н mах}в общем случае равен k _сзп I _{р mах}. Подставив это значение вместо I _{н mах}(4.1), найдем

(4.la)

Коэффициент отстройки k _отс для реле типов РТ-40, РТ-80 и статических реле принимается равным 1,1-1,2. Учитывая, что соотношение I _воз/ I _с.з определяется k _в (см. §2.2), подставляем в это соотношение I _возиз (4.1 а). Зная значение k _вдля рассматриваемых реле, находим первичный ток срабатывания, обеспечивающий возврат МТЗ при I _{н mах}по первому условию:

(4.2)

kb

По второму условию ИО тока, находящиеся в состоянии недействия МТЗ, не должны срабатывать при появлении I _{н mах}:

(4.3)

Наибольшее значение I _{н mах}имеет обычно в трех послеаварийных режимах:

а) при отключении одной из параллельных линий нагрузка на оставшейся удваивается (рис.4.9, а);

б) при успешном включении от АПВ (или вручную) поврежденной ЛЭП с подключенной к ней нагрузкой (например, на рис.4.9, в при включении от АПВ W1);

в) если к ЛЭП с рассматриваемой МТЗ (рис.4.9, в), находящейся в работе и питающей нагрузку с током I _раб1, при действии АВР подключается дополнительная нагрузка, оставшаяся без напряжения из-за отключения питавшей ее ЛЭП (W2 на рис.4.9, б).

Характер изменения токов в режиме б) и в) аналогичен показанному на рис.4.10, а. В режиме б) в защищаемой ЛЭП W1 и МТЗ появляется ток I' _{н mах}= k _сзп I _{p max}. Ток срабатывания МТЗ выбирается по выражению

(4.4)

В третьем режиме после отключения W2 АВР подает напряжение на нагрузку Н _Сот W1. Начинается самозапуск. Полный ток нагрузки W1 после действия АВР

Чтобы исключить срабатывание МТЗ на W1, ток срабатывания РЗ согласно условию (4.3) рассчитывается по выражению

(4.5)

Из двух значений I _с.з, полученных по (4.2) и (4.4) или (4.5), принимается большее.

Вторичный ток срабатывания реле I _с.р находится с учетом коэффициента трансформации ТТ и схемы включения реле, характеризуемой коэффициентом схемы k _сх (см. §3.6):

(4.6)

Для схемы соединения в звезду (полную и неполную) k _сх = 1. При включении реле на разность токов двух фаз k _сх = .

Из выражений (4.2), (4.4), (4.5) следует, что значение I _с.з зависит не только от I _{р mах}, но также от k _в и k _сзп. В целях уменьшения I _с.з для повышения чувствительности МТЗ при КЗ стремятся применять токовые реле с высоким k _в.

Значения k _сзп принимаются равными 3-6 для нагрузки с преобладанием электродвигателей; 1,5-2 – при малом удельном значении электродвигателей. Когда электродвигатели составляют почти 100% нагрузки, ток самозапуска можно рассчитывать как трехфазное КЗ за сопротивлением полностью заторможенных электродвигателей.

Выбрав ток срабатывания МТЗ, следует проверить согласование ее по чувствительности с МТЗ следующего смежного участка радиальной сети. В общем случае МТЗ п, ближе расположенная к источнику питания, должна быть грубее, чем МТЗ п + 1, расположенная дальше.

Для этого необходимо выполнить условие

(4.6а)

где k _отс – коэффициент отстройки, учитывающий погрешность реле по току срабатывания, равный 1,1-1,5.

Поскольку I _с.з выбирается по току нагрузки, то практически условие согласования чувствительности смежных МТЗ всегда выполняется, так как чем ближе ЛЭП (и МТЗ) к источнику питания, тем больше ее нагрузка, а следовательно, и ток I _с.з.

Чувствительность МТЗ. Проверка ведется по минимальному значению тока КЗ I _{K min} при повреждении в конце зоны МТЗ, которая должна охватывать защищаемую ЛЭП и резервировать РЗ следующего участка (второго), т.е. линию W2 и трансформаторы, отходящие от шин приемной подстанции В (рис.4.11). Минимальный ток КЗ рассчитывается для реального минимального режима на электростанциях и в сетях, питающих ЛЭП. Чувствительность МТЗ оценивается коэффициентом чувствительности

(4.7)

Коэффициент чувствительности для защищаемой ЛЭП считается допустимым, если k _ч ≥ 1,5, при КЗ на резервируемом участке допускается k _ч ≥ 1,2.

Ступень времени. Для обеспечения селективности выдержки времени МТЗ выбираются по ступенчатому принципу (см. рис.4.1). Разница между временем действия МТЗ двух смежных участков (например, А и В на рис.4.12) называется ступенью времени или ступенью селективности:

(4.8)

Ступень Δ t должна быть такой, чтобы при КЗ на каком-нибудь участке сети (например, на w _b)МТЗ соседнего участка (т.е. на W _A)не успевала сработать.

Чтобы МТЗ ЛЭП_A не сработала при КЗ на предыдущем участке, она должна иметь выдержку времени, большую времени отключения на w _b:

где t _зВ – выдержка времени МТЗ В; t _{п В}– положительная погрешность в сторону замедления реле времени МТЗ В; t _{B В} – время отключения выключателя w _bс момента подачи импульса в катушку отключения до разрыва тока КЗ контактами выключателя. Приняв запас t _зап и учтя, что МТЗ А может из-за погрешности реле времени снизить выдержку времени на величину t _{п A}(отрицательная погрешность), получим

(4.8a)

Отсюда минимальная ступень времени

(4.9)

Согласно выражению (4.9) выбирается ступень для МТЗ с независимой характеристикой. Что касается МТЗ с зависимой характеристикой, выполняемых с помощью индукционных реле, то они могут продолжать работать по инерции после отключения тока КЗ. Поэтому ступень времени у таких МТЗ должна быть увеличена на время инерционной ошибки реле t _и:

(4.10)

Для применяемых в эксплуатации реле и выключателей ступень времени колеблется у МТЗ с независимой выдержкой времени в пределах 0,35-0,6 с, а у МТЗ с зависимой или ограниченно зависимой характеристикой 0,6-1 с. При согласовании с быстродействующей РЗ погрешность ее не учитывается (t _{п B}= 0), и тогда Δ t = 0,35 ÷ 0,4с.

Выбор времени действия МТЗ. Согласование МТЗ с независисимыми характеристиками. Считая, что выдержка времени МТЗВ задана, выдержку времени МТЗА (см. рис.4.11) определяют по выражению

(4.11)

Согласование МТЗ с зависимыми характеристиками. Выдержки времени МТЗ с зависимой или ограниченно зависимой характеристикой также должны удовлетворять условию (4.11), но, поскольку время действия этих реле зависит от тока, необходимо задавать пределы тока, при которых это условие должно выполняться. Положим, что ЛЭП, показанные на рис.4.12, а, оборудованы МТЗ, имеющей ограниченно зависимую характеристику. Требуется выбрать характеристику МТЗА (рис.4.12, а) и согласовать ее с характеристикой МТЗВ, которая известна. МТЗА должна иметь время на ступень больше МТЗВ при всех КЗ в пределах зоны совместного действия МТЗА и МТЗВ, т.е. на W _B.Если при КЗ в точке К1 (начало зоны МТЗВ) ток КЗ, проходящий через МТЗА и МТЗВ, равен I _К1, то при всех КЗ за точкой К1, т.е. в зоне работы МТЗВ, токи КЗ будут меньше. Следовательно, условие селективности (4.11) должно выполняться при токе I _{K1 max} и всех токах, меньших его. В случае КЗ на ЛЭП_A время действия МТЗА не должно согласовываться с МТЗВ и может быть сколь угодно малым; при этом ток КЗ, проходящий через МТЗА, будет больше I _{K1 max}. Из этих условий вытекает следующий порядок подбора зависимых характеристик:

1) строится исходная характеристика t = f (I) МТЗВ, с которой согласуется МТЗА (рис.4.12, б);

2) определяется максимальное значение токов КЗ I _{K1 max},проходящих через МТЗА и МТЗВ при повреждении в начале участка, защищаемого МТЗВ (в точке К1) (рис.4.12, а);

3) пользуясь заданной характеристикой МТЗВ, находим ее выдержку времени t _B1при токе I _{K1 max}, т.е. при КЗ в начале защищаемой зоны, в точке К1 (рис.4.12, б);

4) по условию селективности выдержка времени МТЗА при токе I _{K1 max} Должна превышать время t _B1 МТЗВ на ступень Δ t:

(4.12)

Это условие должно выполняться при токах I ≤ I _{K1 max};

5) выбранная характеристика МТЗА строится совместно с характеристикой МТЗВ для наглядной проверки выполнения условия (4.12) при токах КЗ, равных и меньших I _{K1 max}. Совместное построение характеристик нескольких МТЗ удобно вести относительно первичных фазных токов, но при этом нужно учитывать схему соединения токовых цепей МТЗ, от которой зависит соотношение между током в реле и током в фазе, т.е. k _cx. Если согласуемые МТЗ находятся на разных сторонах силового трансформатора, то их характеристики нужно привести к токам одного напряжения. Выдержка времени МТЗА с независимой характеристикой при согласовании ее с ограниченно зависимой характеристикой МТЗ W _B отстраивается по времени (рис.4.12, в) от t' _{з В} при токе I _В = I _{с.з А} : t _{с.з А} = t' _{с.з В} +Δ t. При токах I _В > t _{с.з А} выдержка времени t _Bуменьшится и, следовательно, селективность будет обеспечена.