Назначение максимальной токовой защиты: ее определение и описание разновидностей
Одним из основных требований безопасности электроснабжения, является использование различных устройств быстрого обесточивания электрических линий в случае аварийной ситуации.
Такими устройствами являются защитные реле. Это целый спектр самых разных схем, реагирующих на разные нарушения корректной работы, к примеру, замыкание между фазами, увеличенный расход мощности и прочее.
В статье мы разберём один из способов перегрузочной предохранения электрических линий. Выясним, что называется токовой максимальной защитой, её назначение и отличие от отсечки тока.
Устройство и работа
Когда токовый параметр завышен, включается токовое реле, затем, через определённый промежуток, временное реле. Защита монтируется от трансформаторного устройства либо от генератора подающей подстанции, т. е. в начале линии.
Внимание! Рабочая зона максимальной токовой защиты находится между оборудованием, подающим электричество (генератор, трансформатор) и потребляющим оборудованием. Монтироваться она должна не от потребителя, а от поставщика электроэнергии.
Возможно пересечение рабочих зон ступеней. К примеру, зона второй ступени может перекрываться зоной первой ступени возле разъединителя.
Временной интервал включения МТЗ устанавливается таким образом, что наибольшая задержка приходится на 1-ю ступень (подающая трансформаторная подстанция). Соответственно, каждая следующая ступень будет срабатывать быстрее предшествующей.
Разница максимальной временной задержки включения между ступенями называется избирательностью или селективностью.
Селективность необходима для обеспечения непрерывной подачи напряжения по максимальному числу линий электропередач. Она сужает повреждённый участок и локализует его между ближайшими устройствами коммутации.
При включении мощных электрических двигателей, может произойти кратковременная перегрузка, которая устраняется самостоятельно. В этом случае временная задержка и устройство выключения по минимальным параметрам напряжения сохраняют электрическую подачу, не допуская выключения сети.
При коротком замыкании напряжение падает резко, при запуске двигателя такое падение не наблюдается.
Токовые параметры выбираются по минимальному значению тока короткого замыкания по всей линии. Это делается затем, чтобы МТЗ не включалась при пуске электрических двигателей.
Максимальная перегрузка возникает в трёх случаях:
- Замыкание одной фазы на землю.
- Замыкание нескольких фаз.
- Увеличенная мощность.
Итак, МТЗ применяется для защиты ЛЭП, кабельных жил и шин в трансформаторах, силовых установках с потребляемой мощностью от шести до десяти тысяч вольт.
Чем отличается от отсечки тока
В электрических цепях, для защиты от К.З., используют устройства отсечки тока. Работа основана на таком же принципе – обесточивание линии при резкой перегрузке.
Разница в том, что избирательность МТЗ продиктована периодом задержки, а отсечка при коротком замыкании обесточивает линию практически мгновенно. Время реакции и избирательность токовой отсечки зависит от токовых и временных характеристик автоматов защиты.
Типы МТЗ
Разделяют на несколько видов:
- Время задержки не зависит от тока. Это означает, что при различных перегрузках в сети время задержки не меняется.
- Задержка зависит от тока. Чем выше токовая величина, тем быстрее срабатывает реле. Это даёт возможность более точно определять стойкость к перегрузке составляющих элементов линии, а значит выполнять защиту более эффективно.
- Зависимость задержки ограничена. Графически это парабола, совмещённая с линией. Вертикаль – это ток, горизонталь – время. Основание близко к параболе, но с определённого значения переходит в линию. Так добиваются точных параметров реакции при незначительных перегрузках (запуск группы электрических двигателей).
- Реле блокирует минимальное значение напряжения. Этим обеспечивается бесперебойное электроснабжение при пусковых нагрузках.
По типу максимального тока в оперативных линиях:
- Постоянный ток.
- Переменный ток.
По количеству МТЗ:
- Три реле. Защита осуществляется при замыкании как одной, так и нескольких фаз.
- Два реле. Стоимость меньше трёхлинейных реле, но уступают в показателе надёжности.
- Одно реле. Стоимость ещё меньше. Также ещё меньше надёжность. Недопустимо использование на важных отрезках линии, в связи с недостаточной чувствительностью.
- КА – токовое реле.
- КТ – временное реле.
- КЛ – дополнительное реле (ставится, если коммутации контактов мало).
- КН – реле указания.
- SQ – размыкающий контакт цепей с большой мощностью (силовой аппарат коммутации). Встраивается в схему, поскольку релейные контакты для разрыва такой линии не предназначены.
Реле максимальной токовой защиты широко применяются в процессорах, усилителях и прочей полупроводниковой аппаратуре.
Современные технологии дают возможность точнее определять токовые параметры защиты.
Мы коротко разобрали устройство, предназначение и работу максимальной защиты. Определили отличие от отсечки тока. Эти схемы обладают своими плюсами и минусами.
К примеру, плюсом токовой максимальной защиты будет не прекращающаяся подача электропитания при вторичных запусках двигателей после кратковременного прекращения питания, но временная задержка отрицательно сказывается на работе ВЛЭП.
Эти недостатки устраняются отсечкой тока или применением токовой максимальной защитой с зависимой задержкой. Беспрерывное функционирование линий электроснабжения даёт совместное использование частотной автоматической разгрузки, ТО, МТ3, ТЗНП и прочее.
Это вся информация, которой мы хотели поделиться касательно устройства, назначения и принципа действия максимальной токовой защиты.
Максимальная токовая защита
Одним из видов релейной защиты является максимальная токовая защита. Ее действие основано на увеличении силы тока при появлении короткого замыкания на участке защищаемой электрической цепи. Это наиболее распространенный вид защиты, который нашел широкое применение в электросетях.
Принцип действия токовой защиты
Действие максимальной защиты полностью аналогично с действием токовой отсечки. В том случае, когда сила тока в сети начинает повышаться, в работу включается защитная система. Однако, разница между ними все таки существует. Если срабатывание токовой отсечки происходит мгновенно, то при максимальной защите отключающий сигнал проходит только через определенный промежуток времени. Этот промежуток называется временной выдержкой. Данная выдержка полностью зависит от расположения защищаемого участка.
Минимальная временная выдержка определяется на участке, максимально удаленном от источника энергии. При уменьшении этого расстояния, выдержка по времени пропорционально увеличивается. Эти временные различия называются ступенями селективности. Значение каждой ступени селективности зависит от времени защитного действия. При коротком замыкании, на том или ином участке происходит срабатывание защиты в виде токовой отсечки.
Если, по ряду причин, срабатывания не произошло, то через определенный промежуток времени, представляющий собой ступень селективности, в работу включается максимальная токовая защита. При ее срабатывании происходит отключение как поврежденного, так и собственного участка. В данной ситуации, большое значение имеет превышение ступени селективности над временем срабатывания токовой отсечки. В противном случае, токовая защита произведет отключение поврежденных участков до того, как сработает токовая отсечка. Однако, значение ступени селективности должно быть сравнительно небольшим, чтобы срабатывание произошло до нанесения серьезных повреждений электрическим сетям.
Срабатывание защиты
Величину силы тока, при которой происходит срабатывание защиты, называют уставкой. Она выбирается в соответствии с минимальным значением тока, возникающего при коротком замыкании в защищаемых цепях. Это связано с тем, что в различных ситуациях токи коротких замыканий отличаются между собой. Тем не менее, выбирая значение уставки, необходимо учитывать специфику работу той или иной сети. Например, когда происходит самозапуск электродвигателя, максимальная защита не должна производить отключения.
Практическая работа максимальной токовой защиты производится при помощи реле тока. Такие реле могут действовать мгновенно, или срабатывать с выдержкой по времени, с дополнительным использованием реле времени. Их работа основана на микропроцессорных защитных блоках, сочетающих качества обоих реле.
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.
