Что такое максимальная токовая защита и какое у нее назначение

Содержание

Максимальная токовая защита трансформаторов: схемы, особенности

Что такое максимальная токовая защита и какое у нее назначение

Простейшая одноразовая защита электрооборудования от токовой перегрузки – это плавкий предохранитель. Он применяется до сих пор, хотя стал служить для аварийного отключения питания еще до начала XX в.

Сейчас наряду с ним для повышения надежности и безопасности сетей электропитания применяют устройства релейной защиты и автоматики. Наиболее распространенным видом которых считается максимальная токовая защита трансформатора.

Она отключает питание потребителей, когда их ток становится выше порогового значения.

Причиной этого может быть как выход из строя одного из элементов нагрузки, так и замыкания фаз между собой или на ноль, возникающие на участках подключения потребителей и источника тока.

В случае возникновения подобной аварийной ситуации автоматика срабатывает, и обесточивает подконтрольную ей часть электрической системы и области запитанные после нее.

Устройство и особенности МТЗ

Принцип действия максимальной токовой защиты трансформатора подобен принципу работы токовой отсечки.

Сигнал выключения электропитания формируется при условии роста потребляемого тока выше порогового значения (уставки).

Различаются эти системы лишь тем, что отсечка действует практически без задержки, а максимальные токовые защиты трансформаторов выключает питание спустя некоторое время, именуемое выдержкой времени.

Ее размер зависит от расположения защищаемого устройства. Он должен быть тем меньше, чем дальше находиться участок сети от источника питания (ИП). Для самых удаленных потребителей она делается как можно меньшей. А МТЗ участка электросети, расположенного ближе срабатывает с выдержкой, превышающей минимальную на величину ступени селективности.

Которая зависит от времени срабатывания защитного устройства.

Это необходимо для того, чтобы после появления неисправности в какой-либо части системы защитная аппаратура более близкой области не сработала раньше, той в которой появился дефект.

Если же автоматика вышедшего из строя участка не среагирует, то по окончании времени выдержки придет в действие защитное устройство более близкой к ИП области. Оно и отключит поврежденную область вместе со своей.

Из сказанного выше следует, что принцип действия токовой мтз трансформатора предъявляет к выдержке 2 противоположные требования. Чтобы исключить преждевременное обесточивание потребителей расположенных к ИП ближе места аварии она должна быть несколько больше времени срабатывания МТЗ. И в то же время как можно меньше для сведения ущерба от КЗ к минимуму.

Классификация

МТЗ трансформатора в зависимости от характера связи времени выдержки с величиной тока КЗ делят на 3 основные группы:

  • Независимые. Этот вид состоит из МТЗ с неизменной на всем рабочем интервале значений аргумента выдержкой времени (tвыд.). Которая в интервале значений тока от 0 до Iсраб. включительно уменьшается до 0. Графически корреляцию данных параметров можно представить в виде двух отрезков параллельных оси X. Один из них находящийся на расстоянии tвыд от нее, другой, лежащий ней. Если ось X графика принять за ток, а Y – за время выдержки. Устройства, входящие в эту категорию являются основным видом электрозащиты воздушных ЛЭП, запитанных с одной стороны. Они применяются также и для силовых трансформаторов, кабельных линий, и электродвигателей рабочим напряжением от 6 до 10 тыс. В.
  • Зависимые. Эту группу составляют МТЗ с обратной нелинейной зависимостью выдержки времени от тока. График, отражающий связь этих параметров, является кривой формой напоминающую гиперболу. МТЗ защита трансформатора такого типа дает возможность считаться с перегрузочной способностью электрооборудования, и выполнять защиту от токовых перегрузок.
  • Ограниченно зависимые. Максимальная токовая МТЗ защита трансформатора, относящаяся к этой группе, объединяет в себе характеристики 2 предыдущих. А именно: рост тока до определенного значения пропорционально сокращает время срабатывания. Дальнейшее же увеличение первого не приводит к снижению выдержки времени. Поэтому изображение зависимости этих параметров является гиперболой, переходящей в прямую линию.

Встречается также комбинированный вид защиты МТЗ. Он отличается большей помехозащищенностью и меньшим числом ложных срабатываний. Принцип действия этой мтз трансформатора состоит в том, что необходимость отключения питания определяется не только по росту потребляемого тока, но и по снижению питающего напряжения.

Что достигается сочетанием токовой защиты с реле минимального напряжения. Такая конфигурация не допускает отключения питания в момент запуска мощного электродвигателя, когда возникает значительный быстрый рост потребляемой мощности на участке сети.

Так как сработка токовой защиты блокируется из-за отсутствия падения напряжения.

Инсталляция МТЗ

При КЗ электроток идет от источника питания к месту замыкания.

Поэтому чем ближе к ИП установлен блок защитного устройства, тем обширнее участок сети на возникновение, неисправности в котором она будет реагировать. К примеру, рассмотрим защиту понижающего трансформатора.

Автоматика, установленная на кабель высокого напряжения ближе к ИП, среагирует на возникновение неисправности этого кабеля, устройств коммутации, самого трансформатора, проводки низкого напряжения и подключенных к ней потребителей.

А при ее установке на шины пониженного напряжения возникающие дефекты трансформатора и подвода питающего напряжения останутся «незамеченными».

Следовательно, для максимального контроля участка сети защитой ее необходимо устанавливать на кабель, подающий питание возможно ближе к источнику. Но 1 защитное устройство для всего участка сети удобно в эксплуатации только при небольшом количестве потребителей на нем.

Так как защитное отключение участка с большим числом электроприемников, во-первых, обесточивает не только вышедшей из строя потребитель, но и все исправные. А во-вторых не позволяет определить, в какой зоне произошла авария.

Поэтому для удобства работы и облегчения содержания электросети в исправном состоянии следует также установить автоматику на стороне низкого напряжения.

Определение защитных параметров

Задание уставок МТЗ с блокировкой по напряжению сводятся к выбору значений выдержки времени, а также тока и напряжения срабатывания. Юстировка независимых МТЗ ограничивается подбором тех же параметров, что в предыдущем случае. Для максимальных токовых защит с зависимой и ограниченно зависимой связью понятие тока срабатывания корректируется.

Оно означает его величину, которая ставит систему на грань срабатывания, но еще недостаточна для сработки. Время же задается для независимого участка ограниченно зависимой время токовой взаимосвязи. Причем иногда оно назначается для тока, превышающего номинальный более чем в 10 раз. Как, например, в некоторых моделях автомата «Электрон».

Уставки

Требования к току срабатывания.

  • Достаточность для уверенного определения аварийных ситуаций.
  • Исключение случаев срабатывания автоматики при максимальных рабочих токах потребителей и их поставарийных перегрузках. Для этого ток сработки должен превышать наибольший ток потребителя, и перегрузки после восстановления питания.
  • Согласование устройства по всем параметрам срабатывания с автоматикой соседних участков электросети. Находящихся как ближе к ИП (в основной зоне), так и дальше от него (в зоне резервирования).

Рис.1 Защитные зоны

Ток возврата реле в исходное положение должен быть больше рабочего тока участка сети, после устранения КЗ. Для того чтобы отключение аварийного участка оператором автоматически приводило к восстановлению питания других, обесточенных защитным устройством потребителей.

Некоторые схемные решения

Трехфазное устройство защитного отключения (УЗО). Чувствительно ко всем типам замыкания любой фазы. Основой этого устройства являются токовые реле 1. Они срабатывают при подаче на них сигнала КЗ. Их нормально разомкнутые контактные группы запараллелины, поэтому срабатывание любого из них приводит к пуску времязадающего реле 2.

По истечении установленного промежутка времени оно включает реле-повторитель 3, срабатывающее без задержки и подающее на выключатель сигнал отключения. Реле 3 необходимо в случае, когда мощность катушки выключателя слишком велика для исполнительных контактов реле времени.

Реле 4 (блинкерное) служит для индикации срабатывания выключателя. Оно подключается последовательно катушке выключателя.

Поэтому его срабатывание происходит одновременно с выключателем УЗО, а выпавший в результате этого блинкер (сигнализатор) указывает на факт отключения питания участка.

Двухфазное УЗО. Отслеживает все межфазные КЗ и замыкание 2 из 3 фаз с землей на участке сети. Не имеет принципиальных отличий от трехфазного устройства. К ее преимуществам можно отнести более низкую стоимость за счет меньшего количества комплектующих и монтажных проводов. А также лучшую селективность при замыканиях с землей в 2 различных точках.

Недостатки: меньшая чувствительность при КЗ во вторичных обмотках понижающего трансформатора.
Благодаря своим качествам этот тип устройств часто используется в электросистемах с изолированной нейтралью. При необходимости повышения чувствительности на нулевой провод устанавливают дополнительное токовое реле.

Источник: https://OTransformatore.ru/vopros-otvet/maksimalnaya-tokovaya-zashhita-transformatora/

Максимальная токовая защита (МТЗ): принцип действия, виды, примеры схем

Что такое максимальная токовая защита и какое у нее назначение

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

МТЗ используют:

  • 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 ]:

Iс.з. > Iн. макс.,

где Iс.з. – минимальный первичный ток, на который должна реагировать защита, а Iн. 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:

Iвз = kн.×kз.×Iраб. макс.

Здесь Iвз– ток возврата, kн. – коэффициент надёжности,  kз – коэффициент самозапуска, Iраб. макс. величина максимального рабочего тока.

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

Iвз Iс.з.  с учётом которого Iс.з. = kн.×kз.×Iраб. макс.  / kв

В идеальном случае = 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  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: tсз = a / (kn — 1), где a, n – коэффициенты чувствительности, k = iраб  / iср — 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.

в дополнение темы

Источник: https://www.asutpp.ru/maksimalnaya-tokovaya-zaschita.html

Что такое максимальная токовая защита и какое у нее назначение

Что такое максимальная токовая защита и какое у нее назначение
Важной частью электрических схем является обеспечение надежного отключения питания при ненормальных режимах работы или при перегрузке. К таким системам относятся релейные защиты (РЗиА).

В них входит спектр разнообразных схем, которые реагируют на различные отклонения от нормальных условий, например, междуфазные или замыкания на землю, повышенное потребление мощности и пр. В этой статье будет рассмотрен один из методов защиты от перегрузки линии электропередач.

Узнайте, что такое максимальная токовая защита, для чего она нужна и чем отличается от токовой отсечки.

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.

На схемах:

  • 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:

Источник: https://samelectrik.ru/chto-takoe-maksimalnaya-tokovaya-zashhita.html

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

Что такое максимальная токовая защита и какое у нее назначение

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.

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

Рис. 4.2.3

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

 Рис. 4.2.5

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.
  • 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:

Рис. 4.2.7

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 IвозtввI+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

Источник: https://pue8.ru/relejnaya-zashchita/244-maksimalnaya-tokovaya-zashchita.html

Максимальные токовые защиты

Что такое максимальная токовая защита и какое у нее назначение

Раздела 3

Максимальные токовые защиты…………………………………………………………………………

2

Расчёт параметров МТЗ…………………………………………………………………………………..

2

Мтз с независимой характеристикой времени срабатывания……………………….

4

Мтз с зависимой характеристикой времени срабатывания…………………………..

4

Ток срабатывания максимальной токовой защиты………………………………………..

5

МТЗ с блокировкой по минимальному напряжению …………………………………….

8

Направленные МТЗ……………………………………………………………………………………..

9

Токовые отсечки………………………………………………………………………………………………

12

ТО мгновенного действия ………………………………………………………………………….

12

ТО с выдержкой времени …………………………………………………………………………..

14

Защита линий 6-35 кВ с помощью трёхступенчатой токовой защиты………………..

15

Раздел 3. Максимальные токовые защиты

Принцип действия максимально токовых защит (МТЗ) основан на том, что при возникновении КЗ ток увеличивается и начинает превышать ток нагрузочного режима. Селективность действия при этом достигается выбором выдержек времени.

Впределах каждого элемента МТЗ устанавливается как можно ближе к источнику питания.

Схемы МТЗ классифицируются по ряду признаков:

1) способу питания оперативных цепей (на постоянном или переменном

токе);

2) способу воздействия на привод выключателя – прямого или косвенного действия;

3) характеру зависимости выдержки времени от тока – защиты с независимой и зависимой выдержкой времени;

4) способу соединения обмоток ТА и обмоток реле; 5) назначению – защиты от КЗ и защиты от перегрузок током.

Вкачестве пусковых органов МТЗ используют токовые реле.

Расчёт параметров МТЗ

Максимальная токовая защита линий получила наибольшее распространение в радиальных сетях с одним источником питания. Селективность максимальной токовой защиты обеспечивается соответствующим выбором тока и времени срабатывания.

В радиальной сети с односторонним питанием защиты устанавливаются на каждой линии. Защита наиболее удалённой от источника питания линии имеет наименьший ток срабатывания и наименьшую выдержку времени.

Защита каждой последующей линии имеет выдержку времени больше выдержки времени предыдущей защиты.

Iс.з

Ток срабатывания защиты выбирается больше максимального рабочего тока защищаемой линии. При этом защита обычно чувствительна к коротким замыканиям на предыдущих участках сети.

Параметрами срабатывания максимальной токовой защиты являются ток

и время tс.з срабатывания защиты.

Время срабатывания (выдержка времени) защиты i-й линии в общем случае

выбирается на ступень селективности ∆t

больше наибольшей выдержки времени

tс.з(i−1)max предыдущих защит

tс.зi = tс.з (i−1)max

+∆t.

(3.1)

Ступень селективности ∆t состоит из составляющих

∆t =t0в (i−1) +tпогрi

+tпогр (i−1)

+tи +tзап,

(3.2)

где t0в (i−1)

время

отключения

(i −1) -го выключателя (при

отсутствии

паспортных данных принимают tоткл = 0,06 с); tпогрi – отрицательная

(в сторону

уменьшения tс.з ) погрешность i-й защиты; tпогр (i−1) – положительная (в сторону увеличения tс.з ) погрешность (i −1) -й защиты; tи – время инерции i-й защиты (в

некоторых источниках обозначается как время возврата защиты, принимается равным 0,05 с); tзап – время запаса надёжного срабатывания реле (ориентировочно tзап = 0,1 с). Погрешность срабатывания цифровых реле по времени не превышает

2% от значения уставки.

В зависимости от используемых аппаратов (выключателей и реле), ∆t может иметь различные значения. При использовании вторичных реле косвенного действия ∆t не превышает 0,2-0,6 с. При использовании менее точных реле прямого действия ∆t может достигать 0,8-1 с.

Максимальная токовая защита может иметь независимую от тока, а, следовательно, и от места КЗ выдержку времени или зависимую от тока КЗ характеристику выдержки времени. Наличие зависимой от тока характеристики выдержки времени принципиально позволяет ускорить отключение больших токов КЗ.

Различают МТЗ с независимой и зависимой характеристиками времени срабатывания.

Мтз с независимой характеристикой времени срабатывания

Мтз с независимой характеристикой времени срабатывания выполняется на базе реле РТ-40, у которого ток уставки ( Iуст. ) регулируется плавно и время

замыкания не зависит от величины тока.

Селективность действия данного вида МТЗ достигается выбором выдержек времени согласно описанному правилу по выражениям (3.1) и (3.2). Согласование времени срабатывания МТЗ рассмотрим на примере, изображённом на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Согласование времени МТЗ линий Л1 и Л2

Ступень селективности чаще всего принимается равной 0,5 с при использовании электромеханических устройств защиты и 0,3 с при использовании микропроцессорных устройств.

Мтз с зависимой характеристикой времени срабатывания

Мтз с зависимой характеристикой времени срабатывания выполняется на базе РТ-80(83,85), у которых ток уставки ( Iуст. ) регулируется ступенчато и время

замыкания контактов зависит от величины протекающего по реле тока. Чем

больше ток, тем быстрее срабатывает реле. Для расчёта времени действия защиты 1 (см. рис. 3.2) на границе зоны действия (точка К1) необходимо знать время действия защиты 2 при КЗ в точке К1, т.е. tсзК12 , тогда tсзК11 ≥ tсзК12 +∆t . Это соотношение выполняется во всём интервале действия РЗ2, когда РЗ1 выступает в роли резервной.

Рис. 3.2. Согласование МТЗ с зависимой выдержкой времени

Определение tсзК12 производится по расчётным кривым для реле РТ-80(83, 85).

Время действия защиты 1 должно быть большим времени действия защиты 2 на том участке сети, где возможна их совместная работа (на рис. 3.2 это линия

2).

Достоинством данного вида МТЗ является то, что большее значение Iкз

отключается с меньшей выдержкой времени, такая ситуация характерна для головных участков сети с односторонним питанием.

Недостаток заключается в том, что реле РТ-80(83, 85) более сложны конструктивно и более дорогостоящие по сравнению с реле РТ-40.

Ток срабатывания максимальной токовой защиты

Ток срабатывания максимальной токовой защиты ( Iсз ) – это минимальный ток в фазах линии, при котором приходит в действие пусковой орган защиты. Ток Iсз выбирается больше максимального рабочего тока защищаемой линии с учётом

необходимости возврата защиты после отключения КЗ защитой предыдущего участка сети ( Iсз должен быть меньше Iкз ).

Важным условием является обеспечение несрабатывания МТЗ при максимальных токах ( Imax нагр. ) и пусковых токов ( Iпуск. ) нагрузки. Для этого необходимо выполнение следующих условий:

1) Iсз > Imax нагр. – пусковые органы защит не должны приходить в действие

при максимальном рабочем токе нагрузки; 2) пусковые органы защиты, пришедшие в действие при внешнем КЗ,

должны вернуться в исходное состояние после его отключения и снижения до Imax нагр. . Для выполнения этого условия ток возврата защиты Iвз , – это наибольший первичный ток, при котором пусковой орган возвращаются в исходное состояние,

– должен удовлетворять требованию:

Iвз > kсзImax нагр. ,

где kсз ≥1,1÷1,3 – коэффициент самозапуска двигательной нагрузки, учитывает возрастание рабочего тока ( Imax нагр. ) за счёт одновременного пуска всех тех электродвигателей, которые затормозились при снижении напряжения во время КЗ.

Токи Iсз и Iвз связаны коэффициентом возврата kв :

kв =

Iвз

,

(3.3)

Iсз

где kв

Источник: https://studfile.net/preview/5864533/

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.