Токовая отсечка

Токовая отсечка — мгновенно действующая токовая защита, селективность действия которой по отношении к защитам смежных участков достигается выбором тока срабатывания I сз большим максимального тока внешнего короткого замыкания I кз.вн.мах .

Работа защиты на защищаемом участке обеспечивается тем, что ток в линии увеличивается по мере приближения места повреждения к источнику питания. Время срабатывания токовой отсечки складывается из времени действия токового и промежуточного реле и составляет t отс = 0,04 — 0,06 с .

Рассмотрение принципа действия токовой отсечки проведем для радиальной линии с односторонним питанием. Максимальный ток внешнего короткого замыкания в защищаемой линии АБ длиной l имеет место при металлическом коротком замыкании в начале следующей линии, у шин подстанции Б (точка К).

Для селективной работы токовой отсечки линии АБ ток срабатывания выбирается для трехфазного короткого замыкания следующим образом:

I сз = k отс х I кз.вн.мах .

Особенность работы токовой отсечки: защищаемая зона, характеризующая чувствительность защиты, составляет только часть линии (I сз кз ). Согласно правил устройства электроустановок токовая отсечка считается эффективной, если зона действия в минимальном режиме не меньше 20 % длины линии. Обычно токовая защита устанавливается вместе с максимальной токовой защитой (МТЗ) с выдержкой времени на первых участках защищаемой линии.

Токовые отсечки также могут применяться для защиты линий с двусторонним питанием.

Токовые отсечки устанавливаются с обеих сторон линии АБ. Для их селективной работы должна выполняться отстройка от максимального тока внешнего замыкания.

Рассматриваются несколько случаев:

Далее выбирается большее значение. Т.к. в данном случае I кз.махА кз.мах.Б , то ток срабатывания отсечек по обоим концам линии одинаков и равен I сз = k отс х I кз.махА .

Как видно, образовалась зона нечувствительности, при коротком замыкании в которой ни одна из токовых отсечек не срабатывает. В минимальном режиме нагрузки зона нечувствительности возрастает.

Так как время действия отсечки мало, практически мгновенное, то при выборе тока срабатывания необходимо учитывать влияние апериодических составляющих, значения которых высоки именно в первые периоды существования тока короткого замыкания. Отстройка от апериодической составляющей производится выбором коэффициента отсечки k отс = 1 ,2 — 1,3 . В случае использования на линиях с двусторонним питанием, также отстраиваются от токов качания.

Для отсечек, зона действия которых охватывает только часть линии, важна одинаковая чувствительность при различных видах коротких замыканий. Поэтому для защиты от многофазных замыканий в сетях с изолированной нейтралью обычно используется схема соединения ТТ в неполную звезду.

Для защиты от перенапряжений воздушных линий, не покрытых тросами, используются разрядники, создающие искусственные короткие замыкания на землю, длительностью до 1 , 5 периода, что соразмеримо со временем действия токовой отсечки. Для отстройки от работы разрядников используется промежуточное реле П со временем срабатывания 2-4 периода.

Область применения токовых отсечек : применяются как вспомогательные защиты для сокращения времен отключения повреждения. В некоторых случаях мгновенная токовая отсечка может служить основной защитой, например на радиальных линиях, питающих понижающие трансформаторы.

Преимущества токовой отсечки:

1. Селективность работы в сетях любой конфигурации с любым числом источников питания.

2. Быстрое отключение наиболее тяжелых для системы коротких замыканий, расположенных вблизи шин станций и подстанций.

Недостатки : Защищают только часть длины линии при металлических коротких замыканиях. При повреждении через переходное сопротивление зона действия токовой отсечки может снизиться до нуля.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Расчет зоны действия ТО, принцип действия

Токовая отсечка – это разновидность максимальной токовой защиты с ограниченной зоной действия, предназначенная для быстрого отключения короткого замыкания. Отсечки бывают мгновенные и с малой выдержкой времени до 0,6 секунд. Отличие отсечки от мтз в отсутствии у токовой отсечки реле времени.

Селективность действия токовой отсечки достигается ограничением ее зоны действия. Эта защита отстраивается от тока КЗ в конце защищаемой линии или места, до которого она должна действовать. Ниже рассмотрим принцип действия различных токовых отсечек и их расчет.

Мгновенная токовая отсечка на линии с односторонним питанием

Зона действия токовой отсечки определяется графически. На рисунке наша защищаемая линия между точками АВ. Сначала строится кривая зависимость значения тока короткого замыкания от расстояния до точки КЗ. Точка КЗ в нашем примере – это конец линии, точка А.

Затем строится прямая параллельная оси расстояния равная току срабатывания отсечки. Область пересечения прямой и кривой представляет собой зону действия защиты. В нашем примере зона действия защиты – это отрезок ВБ.

Также зону действия токовой отсечки можно определить по выражению:

• x_Л – сопротивление линии, для которой выбираем защиту
• E_C – эквивалентная ЭДС генераторов системы
• x_C – сопротивление системы

Ток срабатывания защиты определяется по выражению ниже:

• k_Н – коэффициент надежности
• I_K.MAX – максимальный ток короткого замыкания в конце линии

Коэффициент надежности учитывает погрешности при расчете тока кз и погрешность срабатывания реле.

Коэффициент чувствительности отсечки рассчитывается по выражению:

где в числителе максимальный ток КЗ в начале защищаемой линии, в примере это точка В, а в знаменателе ток срабатывания защиты.

Мгновенная токовая отсечка на линии с двусторонним питанием

Рассмотрим схему линии с двусторонним питанием. По обоим концам расположены генераторы. Вначале необходимо определить максимальные токи короткого замыкания в конце линии с обеих сторон. Тот из токов, величина которого будет больше, и будет принят за максимальный ток короткого замыкания.

На линиях с двусторонним питанием ставится два комплекта отсечек с обеих сторон линии. Зоны действия определяются аналогично, как и для линии с односторонним питанием.

На рисунке у нас одна отсечка защищает при кз в точке А, вторая при кз в точке В. Зона действия первой – ВБ, второй – АГ. Максимальный ток кз в нашем случае больше Ik(A). Его и принимаем за расчетный для обеих отсечек.

Ток срабатывания защиты выбирается по большему из двух выражений:

Второе выражение используют при расчетах на линиях с двусторонним питанием. При наличии двух источников питания (генераторов), между ними проходят токи качания.

Максимальный ток качания определяется как сумма ЭДС генераторов деленная на сопротивление цепи между двумя генераторами, включая сопротивления генераторов (сверхпереходные x”d).

Мгновенные токовые отсечки являются самыми простыми защитами. К их плюсам можно отнести быстродействие и простоту схемы. К недостаткам относится область действия, так как она не распространяется на всю линию. Кроме линий, токовые отсечки применяются на трансформаторах. Стоит упомянуть и токовые отсечки, с выдержкой времени. А если соединить отсечку с выдержкой времени, мгновенную и максимальную токовую защиту, то получится трехступенчатая защита, которая может заменить более сложные защиты.

Токовая отсечка трансформатора

Токовая отсечка трансформатора является самой простой защитой трансформатора, которая защищает его от однофазных и междуфазных коротких замыканий. Принцип действия аналогичен принципу действия токовой отсечки линии.

Отсечка не будет срабатывать при повреждениях, сопровождаемых малыми токами, например, витковые замыкания, замыкания на землю в обмотке. Устанавливается токовая отсечка на трансформаторах мощностью менее 6300кВА. Если на трансформаторе установлена дифференциальная защита, то токовая отсечка не требуется.

Перейдем к расчету параметров защиты. Начнем с тока срабатывания защиты.

Ток срабатывания токовой отсечки отстраивается от броска тока намагничивания и от максимального тока короткого замыкания за трансформатором. Бросок тока намагничивания, который появляется при пуске трансформатора, составляет 3-5 от номинального.

• k_Н – коэффициент надежности, зависит от типа реле
• I_K.MAX – максимальный ток короткого замыкания за трансформатором
• I_НАМ – ток намагничивания трансформатора, равный 3-5 от номинального тока трансформатора

Ток срабатывания реле (уставка) определяется по выражению ниже:

• k_СХ – коэффициент схемы
• I_С.З. – ток срабатывания защиты
• n_ТТ – коэффициент трансформации ТТ

Коэффициент чувствительности токовой отсечки трансформатора

К преимуществам отсечки относится её быстродействие. Мгновенное отключение позволяет уменьшить возможные повреждения трансформатора и оборудования, запитанного от трансформатора.

К недостаткам можно отнести то, что зона действия отсечки ограничена. Поэтому отсечка вместе с газовой защитой трансформатора и максимальной токовой защитой составляют защиту трансформаторов малой мощности.

2020 Помегерим! — электрика и электроэнергетика

Источник

Токовая отсечка, принцип обеспечения селективности.

Токовая отсечка, принцип обеспечения селективности.

Простейшая защита, действующая мгновенно без выдержки времени, называется токовой отсечкой

Токовой отсечкой называется МТЗ с ограниченной зоной действия, имеющей в большинстве случаев мгновенного действия.

В отличие от МТЗ селективность действия ТО достигается не выдержкой времени, а ограничением ее зоны действия. Для этого ток срабатывания ТО отстраивается не от тока нагрузки, а от тока К.З. при К.З. в конце защищаемой линии и в другой определенной точке, где ТО не должна действовать.

Принцип действия ТО основан на том, что величина К.З. убывает при удалении места К.З. от источника питания. При К.З. в начале ЛЭП у места установки защиты величина тока К.З. имеет наибольшее значение и по мере удаления места К.З. от источника питания постепенно уменьшается, так как увеличивается сопротивление до места К.З.

Чтобы была селективность в точке К1 должна сработать ТО2 а ТО1 не должна запускаться.

ТО1 не должно реагировать на внешнее КЗ в начале линии L2 ток срабатывания этой защиты должен быть больше внешнего КЗ.

При такой настройке, из графика видно что ток КЗ будет превышать ток срабатывания защиты, с начала линии до некоторой точки (а), после нее ток КЗ будет меньше чем ток срабатывания защиты, тоесть если КЗ пройдет за етой точкой то защита не будет реагировать. Таким образом защита ТО1 защищает не всю линию. В конце каждой линии есть мертвая зона и защита КЗ на нее не распространяется.

Электрическая схема ТО на реле, принцип действия.

Полностью аналогичная схема МТЗ за исключением времени, так как ТО является защитой мгновенного действия.

При КЗ в защищаемой линии срабатывают реле тока КА1, КА2 (типа РТ-40) или одно из них (в зависимости от вида КЗ). Замыкающимися контактами КА1, КА2 оперативное напряжение постоянного тока (24, 110 или 220 В) подается к обмотке реле времени КТ (типа РВ-100), которое, после отсчета заданной уставки времени, замкнет свои контакты в цепи промежуточного реле KL (типа РП-23). Последнее замкнет контакт KL и подаст оперативное напряжение к электромагниту отключения YAT выключателя Q, вызывая его отключение.

Необходимость использования промежуточного реле KL обусловлена недостаточной коммутационной способностью контактов реле времени. Информация о прохождении команды «отключения» остается на указательном реле КН (типа РУ-21). Вспомогательный контакт привода выключателя SQ перед этим были замкнуты, так как выключатель Q был еще включен.

Вспомогательные контакты привода выключателя SQ, включенные в цепь электромагнита отключения YAT, выполняют две функции. Во-первых, отключают цепь электромагнита YAT (одновременно с отключением выключателя Q) раньше, чем ее разомкнули бы контакты промежуточного реле KL после возврата комплекта РЗ в исходное состояние. При этом предотвращается быстрый износ контактов реле KL в результате отключения значительного тока (2,5 – 10 А) потребляемого электромагнитом отключения YAT. Во-вторых, эти контакты защищают катушку отключения YAT от длительного протекания по ней тока (она рассчитана только на кратковременный режим работы), что возможно при отказе промежуточного реле KL, например, сваривании его контактов.

Совместное действие МТЗ и ТО.

Совместное действие токовой отсечки позволяет существенно уменьшить время отключения КЗ при большинстве повреждений что в большинстве случаев попадает в зону действия ТО. В отдельных случаях кргда КЗ попадает в мертвую зону ТО. То будет срабатывать соответствующая выдержка времени.

Назначение АПВ

Многолетний опыт эксплуатации воздушных линий электропередачи показал, что значительная часть (70 – 80%) коротких замыканий вызванных набросами проводящих предметов, падениями деревьев, попаданием животных, схлестыванием проводов и другими причинам, при достаточно быстром отключении линии самоустраняется. Возникающая в месте КЗ электрическая дуга быстро гаснет, не оказывая серьезных повреждений, препятствующих повторному включению линии под напряжение. Такие самоустраняющиеся повреждения называют неустойчивыми. Значительно реже на воздушных линиях возникают устойчивые повреждения из-за обрыва провода или грозозащитного троса, поломки или падения опоры, обрыва или пробоя гирлянды изолятора.

Поиск места повреждения путем обхода воздушной линии оперативным персоналом требует значительных временных и материальных затрат. Учитывая выше приведенную долю приходящуюся на неустойчивые повреждения, целесообразно попробовать подать на линию напряжение не проводя ее осмотра.

При подаче напряжения на линию с самоустранившимся повреждением (неустойчивым повреждением) линия может продолжать работать. При подаче напряжения на линию с устойчивым повреждением вновь возникает КЗ и линия снова отключается защитой.

Повторное включение линии под напряжение может осуществляться как оперативным персоналом вручную, так и специальным автоматическим устройством. В первом случае время повторного включения, а следовательно и перерыв в электроснабжении, может занять от нескольких минут (на подстанциях с постоянным дежурным персоналом) до часов (выездной бригадой).

Во втором случае, с применением специального автоматического устройства называемого автоматом повторного включения (АПВ), перерыв в электроснабжении уменьшается до нескольких секунд. Применение АПВ позволяет существенно повысить надежность электроснабжения и значительно уменьшить ущерб от аварийных отключений.

Согласно ПУЭ [12] устройствами АПВ должны оборудоваться воздушные и смешанные (кабельно-воздушные) линии всех типов напряжений выше 1000 В при наличии на них соответствующих коммутационных аппаратов.

1.2. Основные требования к устройству АПВ

Устройство АПВ должно отвечать следующим требованиям:

— находиться в состоянии постоянной готовности к действию и срабатывать во всех случаях аварийного отключения выключателя;

— устройство АПВ не должно приходить в действие при оперативном отключении выключателя обслуживающим персоналом;

— время действия АПВ должно быть минимально возможным с целью быстрой подачи напряжения потребителю;

— устройство АПВ должно автоматически возвращаться в исходное положение готовности к новому действию после включения выключателя в работу;

— схемы АПВ должны обеспечить определенное количество повторных включений (от одного до трех).

Выбор уставок времени АВР

Уставка срабатывания устройства АВР (элемент DT1).

где – минимальное время срабатывания защит, установленных выше по сети относительно питающего ввода, резервирование которого осуществляется, при КЗ на питающем кабеле. Такой защитой является дифференциальная защита ошиновки 6 кВ трехобмоточного трансформатора (Т-1, Т-2), срабатывающая при КЗ без выдержки времени;

— ступень селективности для МП устройств РЗ и А.

Уставка по времени элемента DT2, обеспечивающего однократность действия устройства АВР.

где — время включения вводного выключателя типа BB-TEL-10-31,5/1000У2, установленного на вводе в ЗРУ 6 кВ [15].

Требования нормативных документов к устройствам АЧР

Согласно ПУЭ [11] устройство автоматического ограничения снижения частоты должно исключить работу электросистемы при частотах ниже 45 Гц, время работы с частотой ниже 47 Гц не должно превышать 20 с, а с частотой ниже 48,5 Гц – 60 с.

ГОСТ по качеству электроэнергии [8] нормирует следующие отклонения частоты:

— нормально допустимые отклонения (в нормальном режимах работы)

— максимально допустимые отклонения (в послеаварийном режимах)

Принцип действия АЧР

Аварийное снижение частоты, вызванное внезапным значительным дефицитом активной мощности имеет быстротечный характер – несколько секунд. Поэтому парировать это снижение может только автоматика. Первоначально, автоматика задействует все резервы активной мощности в системе. Исправные генераторы системы берут на себя максимум нагрузки (с учетом допустимых кратковременных перегрузок).

Если после этих действий автоматики частота продолжает снижаться (что свидетельствует о не устраненном дефиците активной мощности) остается единственный способ уравнять величины генерируемой и потребляемой мощностей – отключить часть наименее ответственных электроприемников.

Такие отключения осуществляются специальными устройствами электроавтоматики – автоматами частотной разгрузки – АЧР.

Устройства АЧР, как правило, устанавливаются на подстанциях электросистемы, допускается их установка непосредственно у потребителей, но под контролем электросистемы [8].

ПУЭ [8] подразделяет устройства АЧР на две категории: АЧРI и АЧРII.

Первая категория – АЧРI предназначена для не допущения глубокого снижения частоты в первоначальный момент развития аварии. Эти устройства выполняются быстродействующими (с выдержками времени t_АЧР ≤ 0,5 с) и уставками срабатывания по частоте от 47 – 48 Гц до 46 – 46,5 Гц. Для реализации АЧРI потребители отключаются небольшими группами, согласно очередности. Электроприемники первой очереди отключаются, например, при снижении частоты ниже 48 Гц. Если снижение частоты будет продолжаться отключаются электроприемники второй очереди с уставкой 47,5 Гц, далее – третьей, с уставкой 47 Гц. Минимальное отличие в уставках частоты ближайших очередей принимают равным 0,1 Гц. АЧРI оборудуется примерно 75 – 80% всей электрической нагрузки оснащаемой АЧР.

Вторая категория – АЧРII предназначена для восстановления частоты в случае если она длительно остается пониженной, образно говоря «зависает» на уровне около 48 Гц. Уставки по частоте АЧРII принимают одинаковыми и на 0,5 Гц выше верхней уставки АЧРI. В отличии от АЧРI в работу АЧРII вводятся значительные выдержки времени в диапазоне 15 – 90 с отличающиеся друг от друга на 5 с. Такие относительно большие выдержки необходимы для подключения резервов мощности, в частности, запуска гидрогенераторов. Устройствами АЧРII оснащается примерно 20 – 25 % всей электрической нагрузки оснащаемой АЧР.

21) Эл.схема устройства АЧР на электромеханических реле, работа схемы.

На рис. 7.1 приведена схема устройства АЧР на постоянном оперативном токе с использованием электромеханических или электронных реле.

Основным элементом схемы является реле частоты KF (электромеханическое типа ИВЧ-3 индукционного принципа действия или электронное типа УРЧ-3М). Реле KF контролирует частоту первичной сети через измерительный трансформатор напряжения TV. При снижении частоты ниже уставки, реле KF замыкаетсвой контакт в цепи реле времени KT. Напряжение постоянного оперативного тока, вырабатываемое блоком питания UGV (например типа БПЗ-401), подается на обмотку реле времени KT (типа ЭВ-100 или ВЛ-68). Последнее, через заданную выдержку времени замкнет свой контакт KT в цепи обмоток указательного реле KH (типа РУ-21) и промежуточного реле KL (типа РП-23). Подробное описание названных реле приведено в лабораторной работе 1 и 2.

Промежуточное реле замыкает свои контакты KL1 и KL2, посылая команды отключения на приводы выключателей Q1 и Q2. Выключатели срабатывают, отключая присоединенные через них электроприемники. Замкнувшиеся контакты KL3 формируют команду на запрет АПВ. Срабатывание указательного реле KH сигнализирует обслуживающему персоналу о фактесрабатывания устройства АЧР.

Токовая отсечка, принцип обеспечения селективности.

Простейшая защита, действующая мгновенно без выдержки времени, называется токовой отсечкой

Токовой отсечкой называется МТЗ с ограниченной зоной действия, имеющей в большинстве случаев мгновенного действия.

В отличие от МТЗ селективность действия ТО достигается не выдержкой времени, а ограничением ее зоны действия. Для этого ток срабатывания ТО отстраивается не от тока нагрузки, а от тока К.З. при К.З. в конце защищаемой линии и в другой определенной точке, где ТО не должна действовать.

Принцип действия ТО основан на том, что величина К.З. убывает при удалении места К.З. от источника питания. При К.З. в начале ЛЭП у места установки защиты величина тока К.З. имеет наибольшее значение и по мере удаления места К.З. от источника питания постепенно уменьшается, так как увеличивается сопротивление до места К.З.

Чтобы была селективность в точке К1 должна сработать ТО2 а ТО1 не должна запускаться.

ТО1 не должно реагировать на внешнее КЗ в начале линии L2 ток срабатывания этой защиты должен быть больше внешнего КЗ.

При такой настройке, из графика видно что ток КЗ будет превышать ток срабатывания защиты, с начала линии до некоторой точки (а), после нее ток КЗ будет меньше чем ток срабатывания защиты, тоесть если КЗ пройдет за етой точкой то защита не будет реагировать. Таким образом защита ТО1 защищает не всю линию. В конце каждой линии есть мертвая зона и защита КЗ на нее не распространяется.

Источник