Коэффициент схемы релейной защиты

Основные схемы соединения трансформаторов тока и реле

При осуществлении защиты применяются различные схемы соединения трансформаторов тока и обмоток реле в первую очередь схема полной звезды, схема неполной звезды и схема включения реле на разность токов двух фаз (рис. 1).

В сельских электрических сетях в настоящее время наиболее часто используют схему неполной звезды. В дифференциальных защитах силовых трансформаторов и блоков генератор — трансформатор, а также в других защитах применяется схема включения трансформаторов тока в треугольник, реле в звезду.

Выбор той или иной схемы соединения определяется целым рядом факторов: назначением защиты, видами повреждений, на которые защита должна реагировать, условиями чувствительности, требованиями простоты выполнения и эксплуатации и т. д.

Рис. 1. Схемы соединения трансформаторов тока и реле: а – полная звезда; б – неполная звезда; в – включение одного реле на разность токов двух фаз.

Рис. 2. Распределение токов в обмотках силового трансформатора при к.з. за ним: а — схема защиты — полная звезда, силового трансформатора— Y/Y-0; б — схема защиты — неполная звезда, силового трансформатора—Y/Δ.

Каждая схема характеризуется своим значением коэффициента схемы, под которым понимают отношение

где Iр — ток, протекающий в обмотке реле; I2.тт — ток во вторичной обмотке трансформатора тока.

В схемах, где реле включается на фазные токи, kсх=1. Для других схем kcx может иметь различные значения в зависимости от вида к. з. Так, для схемы включения одного реле на разность токов двух фаз А и С

На распределение токов в первичных цепях и работу различных схем защит оказывают влияние силовые трансформаторы с соединением обмоток Y/Δ и Y/Y-0.

На рисунке (2, а) показано токораспределение в первичных цепях при коротком замыкании фазы В за трансформатором с соединением обмоток Y/Y-0. При этом в месте короткого замыкания протекает ток только в поврежденной фазе, а со стороны питания — во всех трех фазах. В фазах А и С токи одинаково направлены, равны по значению и в 2 раза меньше тока в фазе В.

В этом и другом подобном случае при двухфазном к. з. за трансформатором с соединением обмоток Y/Δ (рис. 2,б) схема неполной звезды может иметь пониженную чувствительность, а схема включения реле на разность токов двух фаз отказывает в действии (ток в реле равен 0).

Для замера наибольшего тока к. з. включают дополнительное реле в обратный провод схемы неполной звезды, чтобы повысить ее чувствительность.

При проверке чувствительности защит необходимо учитывать, что наибольший ток со стороны звезды при двухфазном к. з. на стороне треугольника в относительных единицах равен току трехфазного к. з. на стороне треугольника:

а минимальный ток равен его половине:

Для трансформатора с соединением обмоток Y/Y-0 (рис. 2, а)

Схема включения трансформаторов тока и реле определяет нагрузку на трансформатор тока и его погрешности.

В системах с заземленной нейтралью однофазное замыкание на землю является коротким замыканием и может быть обнаружено по возросшему току в фазе.

В сельских схемах электроснабжения однофазные к. з. наблюдаются в сетях с заземленной нейтралью напряжением 0,38 кВ, а простые замыкания на землю — в сетях 6 . 10, 20 и 35 кВ.

Схемы соединений обмоток ТТ и реле

В данной статье речь пойдет о типовых схемах соединений обмоток трансформаторов тока (ТТ) и реле.

В трехфазных электрических сетях переменного тока всех классов напряжения ТТ для питания устройств РЗ устанавливаются в двух или в трех фазах: как правило, в сетях 6 и 10 кВ с малыми токами замыкания на землю в двух фазах (А и С), в сетях 35 кВ и обязательно в сетях 110 кВ и выше в трех фазах. Все три фазы оснащаются ТТ и в сетях напряжением до 1 кВ, если они работают с глухозаземленной нейтралью.

При выполнении токовых защит используются следующие четыре схемы соединения вторичных обмоток ТТ и токовых цепей реле тока [Л1, с.41]:

• полная звезда (трехфазная, трехрелейная);
• неполная звезда (двухфазная, двухрелейная);
• неполная звезда с реле в обратном проводе (двухфазная, трехрелейная);
• включение реле на разность токов двух фаз (двухфазная, однорелейная).

Схемы характеризуются отношением тока в реле lр к вторичному I2 току ТТ, называемым коэффициентом схемы.

Схема полной звезды ТТ

В схеме полной звезды (рис. 1, а) в реле проходят вторичные токи измерительных трансформаторов, поэтому коэффициент схемы kcx=1.

Защита может срабатывать при любом виде КЗ. Эта схема применяется обычно в сетях с глухозаземленной нейтралью, в которых могут возникать не только междуфазные, но и однофазные КЗ, сопровождающиеся протеканием тока в одной фазе. В сетях с изолированной (компенсированной) нейтралью (6-35 кВ) схема, как правило, не применяется, так как в этих сетях могут возникать лишь междуфазные КЗ, для фиксации которых достаточно иметь трансформаторы тока в двух фазах. Схема относительно дорогая, так как требует трех ТТ и трех реле тока.

Схема неполной звезды ТТ

В схеме неполной звезды (рис. 1, б) в реле тока проходят вторичные токи ТТ, установленных в фазах А и С. Коэффициент схемы kcx = 1. Схема нашла широкое распространение в сетях с изолированной нейтралью, поскольку она обеспечивает отключение любого междуфазного КЗ (двухфазного или трехфазного).

Недостатком схемы является пониженная (в 2 раза по сравнению с предыдущей схемой) чувствительность максимальной токовой защиты при двухфазном КЗ АВ за трансформатором со схемой соединения обмоток У/Д-11, поскольку при этом в реле защиты проходит ток, в 2 раза меньше, чем в схеме полной звезды.

Схема неполной звезды ТТ с реле в обратном проводе

В схеме неполной звезды с реле в обратном проводе (рис. 1, в) через реле 3КА, включенное в обратный провод, проходит сумма вторичных токов фаз А и С или (при междуфазных КЗ) ток фазы В с обратным знаком [Л1, с.42]:

Схема обладает достоинством схемы неполной звезды (использование двух ТТ) и имеет такую же чувствительность при двухфазных КЗ за трансформатором У/Д-11, как и схема полной звезды. Коэффициент схемы kcx = 1.

Схема неполной звезды с реле в обратном проводе или без него нашла широкое распространение в токовых защитах линий напряжением до 35 кВ включительно (т.е. в сетях с изолированной нейтралью).

Схема неполного треугольника ТТ

В схеме неполного треугольника (рис. 1, г) в реле КА проходит ток, равный разности токов фаз А и С, в которых установлены ТТ [Л1, с.42]:

Коэффициент схемы (в симметричном режиме работы защищаемой линии) [Л1, с.43]:

Достоинствами схемы являются ее простота и дешевизна: используется только одно реле тока.

Однако схема имеет недостатки, существенно ограничивающие область ее применения:

• защита обладает пониженной чувствительностью (по сравнению с рассмотренными выше схемами в √3 раз) при некоторых видах двухфазных К3 на защищаемой линии;
• защита отказывает в действии при двухфазном К3 за трансформатором Y/Д-l1, так как Iр = Iа — Iс оказывается в этом случае равным нулю;

И напоследок, для проверки своих знаний в части схем соединения обмоток ТТ и реле, можете воспользоваться обучающей программой по релейной защите и автоматике.

1. Измерительные трансформаторы тока и напряжения с литой изоляцией. Часть 1. Киреева Э.А., 2009 г.

Схемы соединений трансформаторов тока, виды схем, параллельное и последовательное

Назначение трансформаторов тока

Счётчики для однофазных и трёхфазных сетей рассчитаны на номинальные токи до 100 А. Использование приборов с большими токами затруднено по причине необходимости использования проводов слишком большого сечения. Таким образом, для измерения характеристик в линиях с большими токами необходимо использовать специальные устройства, понижающие ток до приемлемого значения. Для этой цели используются трансформаторы тока (ТТ).

Первичная обмотка трансформатора тока включается последовательно в линейный провод, по которому проходит высокий ток, а ко вторичной обмотке подключается измерительный прибор. Для удобства выводы маркируются обозначениями. Для начала и, соответственно, конца первичной обмотки применяются обозначения Л1 и Л2. Для вторичной обмотки — И1 и И2. При подключении необходимо строго соблюдать полярность первичной и вторичной обмоток ТТ.

Чаще всего величина вторичного тока равна 5 А, иногда применяются ТТ со вторичным током 1 А. Для измерения же напряжения в высоковольтных сетях используется подключение через трансформатор напряжения, который понижает напряжение до 100 или 57.7 вольт.

Трансформаторы тока подключаются в трёхфазных цепях по схеме неполной звезды (сети с изолированной нейтралью). При наличии нулевого провода подключение осуществляется с помощью полной звезды. В дифференциальных защитах силовых трансформаторов ТТ подключаются по схеме «Треугольник».

Это позволяет скомпенсировать сдвиг фаз вторичных токов, что уменьшит ток небаланса. В трёхфазных сетях без нулевого провода обычно трансформаторы тока подключаются только на две ведущие линии, поскольку измерив ток в двух фазах, можно легко рассчитать величину тока в третьей фазе.

Если сеть имеет глухозаземлённую нейтраль (как правило, сети 110 кВ и выше), то обязательно подключение ТТ ко всем трём фазам. Соединение обмоток реле и трансформаторов тока в полную звезду. Эта схема соединения трансформаторов представлена в виде векторных диаграмм, которые иллюстрируют работу трансформатора на рис. 2.4.1 и на схемах 2.4.2, 2.4.3, 2.4.4.

Если трансформатор работает в нормальном режиме, или если он симметричный, то будет проходить ток небаланса или небольшой ток, который появляется из–за разных погрешностей трансформаторов тока.

Представленная выше схема применяется против всех видов КЗ (междуфазных и однофазных) во время включения защиты.
Трехфазное КЗ
Двухфазное КЗ

Однофазное КЗ
Отношение Iр/Iф (ток в реле)/ (ток в фазе) называется коэффициентом схемы, его можно определить для всех схем соединения. Для данной схемы коэффициент схемы kсх будет равен 1.

На рис. 2.4.5 предоставлена схема соединения обмоток реле и трансформаторов тока в неполную звезду, а на рис. 2.4.6, 2.4.7. ее векторные диаграммы, которые иллюстрируют работу этой схемы.

Трехфазное КЗ — когда токи могут идти в обратном проводе по обоим реле.
Двухфазное КЗ — когда токи, могут протекать в одном или в двух реле в соответствии с повреждением тех или иных фаз.

КЗ фазы В одной фазы может происходить тогда, когда токи не появляются в этой схеме защиты.

Схему неполной звезды можно применять только в сетях с нулевыми изолированными точками при kсх=1 с целью защиты от КЗ междуфазных, и может реагировать только на некоторые случаи КЗ однофазного.

На рис. 2.4.8. можно изучить схему соединения в звезду и треугольник обмоток реле и трансформаторов соответственно.

Во время симметричных нагрузок в реле и в период возникновения трехфазного КЗ может проходить линейный ток, сдвинутый на 30* по фазе относительно тока фазы и в разы больше его.

Особенности схемы этого соединения:

1. при разных всевозможных видах КЗ проходят токи в реле, при этом защита которая построена по такой схеме, будет реагировать на все виды КЗ;
2. ток в реле относится к фазному току в зависимости от вида КЗ;
3. ток нулевой последовательности, который не имеет путь через обмотки реле для замыкания, не может выйти за границы треугольника трансформаторов тока.

Выше приведенная схема применяется чаще всего для дистанционной или во время дифференциальной защиты трансформаторов.

Схема восьмерки или включение реле на разность токов двух фаз.

На рис. 2.4.9 представлена сама схема соединения, а на рис. 2.4.10, 2.4.11.векторные диаграммы, которые иллюстрируют работу этой схемы.

Соединение трансформаторов тока и обмоток реле в неполную звезду

Симметричная нагрузка при трехфазном КЗ.

Двухфазное КЗ Двухфазно КЗ АВ или ВС
При разных видах КЗ, ток в реле и его чувствительность будут разными. Ток в реле будет равен нулю во время однофазного КЗ фазы В. Эту схему можно применять, тогда, когда не требуется действий трансформатора для защиты от разных междуфазных КЗ с соединением обмоток Y/* – 11 группа, и когда эта защита обеспечивает необходимую чувствительность.

Соединение трансформаторов тока в фильтр токов нулевой последовательности

На рис. 2.4.12. можно изучить схему соединения трансформаторов тока в фильтр токов нулевой последовательности. Только во время однофазных или двуфазных КЗ на землю появляется ток в реле. Эту схему можно применять во время защиты от КЗ на землю. КЗ IN=0 при двухфазных и трехфазных нагрузках. Но часто ток небаланса Iнб появляется из–за погрешности трансформаторов тока в реле.

Последовательное соединение трансформаторов тока

На рис. 2.4.13. представлена схема последовательного соединения трансформаторов тока. Подключенная к трансформаторам тока, нагрузка, распределяется поровну. Напряжение, которое приходится на любой трансформатор тока и на вторичный ток остается неизменным.

Пример расчета релейной защиты и автоматики участка сети напряжением 220 кВ

Произвести расчет уставок и выбрать принципы релейной защиты и автоматики участка сети напряжением 220 кВ, приведенного на рис.1. Параметры генераторов, трансформаторов, линий, а также режимы заземления нейтралей трансформаторов, места установки коммутационной аппаратуры и расчетные точки КЗ даны на рис.1. Все линии 220 кВ оборудованы грозозащитными тросами.

Составление схемы замещения прямой последовательности

Для расчета токов КЗ в именованных единицах принимаем среднее номинальное напряжение сети Uср.н = 230 кВ.

Сопротивление генератора станции А

Сопротивление трансформатора блока станции А

Сопротивления автотрансформатора подстанции Б

где напряжения короткого замыкания обмоток автотрансформатора:

Рис.1. Исходная схема участка сети к примеру расчета

Сопротивления трансформатора подстанции Г

где напряжения короткого замыкания обмоток

Сопротивления трансформатора подстанции Д

Сопротивление прямой последовательности одной цепи линии АБ

Сопротивление прямой последовательности линии БВ

Сопротивление прямой последовательности линии БГ

Сопротивление отпайки к подстанции Д

На основании исходной схемы сети составляется схема замещения прямой (обратной) последовательности (рис.2). Точки 2, 4, 6, 9 приняты в средине линий.

Дробные значения у сопротивлений указывают: номер сопротивления (ветви) – в числителе, величину сопротивления – в знаменателе.

Рис.2. Схема замещения прямой (обратной) последовательности для рассматриваемого участка сети

Составление схемы замещения нулевой последовательности

1. Сопротивления нулевой последовательности трансформаторов и автотрансформаторов:

2. Сопротивления нулевой последовательности одноцепных линий определяются с учетом табл.1:

3. Сопротивления нулевой последовательности двуцепной линии определяются с учетом данных (Xл = 32Ом) и рис.3:

4. Составляется схема замещения нулевой последовательности (рис.3). Обозначения на схемы приняты такие же, как и для схемы замещения прямой последовательности.

Рис.3. Схема замещения нулевой последовательности для рассматриваемого участка сети

Выбор расчетных режимов и вычисление токов короткого замыкания

1. Выбор расчетных режимов. Основные режимы, при которых расчету подлежат все точки КЗ, указанные на соответствующих схемах замещения:а) максимальный – в работе находятся все генераторы, трансформаторы и линии при максимальном режиме смежной системы;б) минимальный – отключен один блок на станции А при минимальном режиме работы смежной системы.

Дополнительные расчетные режимы для согласования защит линий, соответствующие максимальным и минимальным токам защит линий и требуемым значениям коэффициентов чувствительности:

а) максимальный режим – отключена и заземлена одна из параллельных линий, расчетные точки КЗ 1, 2, 3;

б) максимальный режим – каскадное отключение КЗ у шин подстанции А (точка 1′) и у шин подстанции Б (точка 3′);

в) то же, что и п.б, но в минимальном режиме;

г) расчетные режимы для согласования защит линий.

2. Вычисление токов трехфазных КЗ. Определение токов КЗ для каждой точки производится в следующем порядке:

а) сворачивается схема замещения (прямой последовательности) относительно данной точки КЗ с учетом того, что ЭДС всех источников равны и совпадают по фазе;

б) вычисляется ток КЗ в месте повреждения по (1.4);

в) полный ток в месте повреждения распределяется по ветвям схемы замещения.

В качестве примера приведем расчет токов КЗ для точки 2. После преобразований сопротивлений со стороны подстанций А и Б схема замещения имеет вид, приведенный на рис.4,а.

Рис.4. Преобразование схемы замещения прямой последовательности при КЗ в точке 2

Затем, объединяя источники питания, преобразуем треугольник сопротивлений 11, 29, 30 в эквивалентную звезду:

Далее после простейших преобразований получим (рис.1,б,в):

Полный ток в месте повреждения:

Ток повреждения, протекающий со стороны подстанции А, ветвь 9 (то же ветвь 34):

Ток ветви 10 (то же ветвь 35):

При КЗ посредине линии ток неповрежденной линии находится:

Примечание: Ток неповрежденной линии совпадает по направлению с током поврежденной ветви, имеющим большее значение (в примере протекает от подстанции А к подстанции Б).

Результаты расчетов токов трехфазных КЗ для соответствующих точек и режимов приведены в табл.1.

Определение токов при двухфазных КЗ производится по данным табл.1 с учетом соотношения (1.5).

Таблица 1. Результаты расчетов токов при трехфазных коротких замыканиях.

Релейная защита. Виды и устройство. Работа и особенности

Согласно правилам эксплуатации электроустановок силовые устройства электрических сетей и электростанций должны быть обеспечены защитой от сбоев в эксплуатации и токов короткого замыкания. Средствами защиты являются специальные устройства, выполненные на основе реле, что оправдывает их название релейная защита и автоматика (РЗА). В настоящее время существует много различных устройств, способных в короткие сроки блокировать возникшую аварию в электрической сети, либо подать предупредительный сигнал о возникновении аварийного режима.

Релейная защита работает чаще всего совместно с автоматикой, и их устройство взаимосвязано со специфическими видами аварийных режимов сети:

• Уменьшение частоты тока, возникающей при внезапной перегрузке генераторов вследствие короткого замыкания, либо отключения части других источников из сети.
• Повышенное напряжение. Увеличение этого параметра на 10% уменьшает срок службы ламп освещения в два раза. Такой режим возникает при внезапной разгрузке сети.
• Токовая перегрузка способствует излишнему нагреванию изоляции проводников и кабелей, создает искрообразование в контактных соединениях.

Виды релейной защиты

Реле классифицируются по определенным признакам:

• Методу подключения: первичные, которые подключаются непосредственно в цепь устройства, и вторичные, которые подключаются посредством трансформатора.
• Типу исполнения: электромеханические, состоящие из подвижных контактов, отключающих цепь, и электронные, обесточивающие цепь с использованием полупроводниковых элементов.
• Назначению: измерительные, которые выполняют измерение параметров, и логические, которые подают сигналы и команды другим устройствам, выполняют задержку по времени.
• Методу работы: прямого действия, которые связаны с устройством отключения механическим путем, и косвенного действия, которые управляют электрической цепью электромагнита, обесточивающего сеть питания.

Релейная защита и автоматика бывают различных видов:

• Максимальная токовая защита, включается при достижении определенной величины тока, заданной при настройке.
• Направленная наибольшая токовая защита, кроме настройки тока учитывает направление мощности.
• Дифференциальная, применяется для защиты сборки генераторов, трансформаторов, шин путем сравнения величин токов на выходе и входе. При разнице, превышающей заданное значение, срабатывает релейная защита.
• Газовая и струйная, применяется для обесточивания трансформатора и других устройств, работающих в емкостях с маслом. При возникновении неисправностей образуется повышенная температура, и из масла выделяются газы, снижается диэлектрическое свойство масла и разлагается его химический состав. На такие аварийные режимы срабатывают механические реле, которые действуют с учетом возникновения газа в емкости, а также веществ, образующихся при разложении масла. При срабатывании защиты подается команда на действие логической схемы.
• Логическая, защищает шины, применяется для определения места короткого замыкания на питающих линиях, которые отходят от шин электростанции, и на шинах.
• Дистанционная, имеющая блокировку по оптическому каналу, является более надежным способом защиты, в отличие от дистанционной защиты с ВЧ блокировкой, так как электрические помехи не оказывают большого влияния на оптический канал.

Дистанционная с ВЧ блокировкой, применяется для обесточивания воздушных линий при возникновении коротких замыканий.

Некоторые виды автоматики предназначены для подачи электроэнергии, в отличие от релейной защиты:

• Автоматическая частотная разгрузка, выключает электрические устройства при снижении частоты тока в сети.
• Автоматическое повторное включение, используется на линиях электропередач выше 1000 вольт, а также в сборках трансформаторов, электродвигателей и шин подстанций.
• Автоматический ввод резерва, применяется при коммутации генератора в сеть в качестве резервного источника питания электроэнергией.

Релейная защита. Устройство

Электромеханические конструкции релейной защиты постоянно модернизируются и совершенствуются. Внедряются инновационные технологические разработки и проекты. В новейших энергетических системах объединены статические, индукционные, электромагнитные устройства с микропроцессорными и полупроводниковыми элементами.

Однако основной смысл и порядок работы релейной защиты для всех новых устройств остается неизменным. Схема структуры релейной защиты показана на рисунке.

1 — Электрический сигнал
2 — Блок наблюдения электрических процессов
3 — Блок логики и анализа
4 — Исполнительный блок
5 — Сигнальный блок

Блок наблюдения

Главной функцией этого блока является мониторинг электрических процессов, происходящих в электрической системе, путем измерений такими устройствами, как трансформаторы напряжения и тока.

Сигналы выхода на блоке могут передаваться непосредственно логическому блоку для сравнения параметров с настроенными пользователем значениями отклонений от нормальных значений, которые называются уставками. Также сигналы блока наблюдения могут сначала преобразовываться в цифровой вид, а затем передаваться дальше.

Блок логики

В этом блоке выполняется сравнение поступивших сигналов с предельными значениями уставок. Даже незначительное совпадение этих параметров между собой приводит к возникновению команды на срабатывание защиты.

Исполнительный блок

Этот блок все время находится в состоянии, готовом к срабатыванию, при поступлении команды от блока логики. При срабатывании осуществляются переключения цепи электроустановки по запланированному алгоритму, который составлен по принципу недопущения неисправностей электрооборудования и удара электрическим током работников.

Сигнальный блок

В электрической системе все процессы происходят очень быстро, поэтому человек не в состоянии воспринимать их. Чтобы сохранить происходящие в системе события, применяют специальные сигнальные устройства. Которые работают путем звукового и визуального оповещения, а также сохраняют все происходящие события в памяти устройства.

Все виды устройств после их срабатывания переводятся в исходное состояние оператором вручную. Это позволяет гарантированно сохранить информацию о действии автоматики и релейной защиты.

Принципы работы

Релейная защита может иметь нарушения в своей работоспособности, которые выражаются следующими факторами:

• Ложные срабатывания при исправной электрической системе и отсутствии каких-либо повреждений.
• Излишние сработки, когда не требуется работа исполнительного блока.
• Повреждения внутри устройства защит.

Чтобы исключить отказы при функционировании релейной защиты, вырабатываются специальные требования к ней при проектировании, установке, настройки с запуском в работу, и техническом обслуживании:

• Надежность функционирования.
• Чувствительность к моменту запуска оборудования.
• Быстродействие (время сработки).
• Селективность.

Принцип надежности

Этот принцип определяется:

• Безотказностью в эксплуатации.
• Пригодностью к ремонту.
• Долгим сроком службы.
• Сохраняемостью.

Каждый из этих факторов имеет свою оценку.

Обслуживание и эксплуатация релейной защиты имеет три варианта надежности по срабатыванию при:

1. Внутренних КЗ в рабочей зоне.
2. Возникновении внешних КЗ за границей рабочей зоны.
3. Работе без неисправностей.

Надежность устройств защиты бывает:

• Эксплуатационная.
• Аппаратная.

Принцип чувствительности

Этот принцип дает возможность определить виды предполагаемых расчетных повреждений и ненормальных режимов энергетической системы в рабочей зоне защиты.

Кч = Iкз min/Iсз

Чтобы определить его числовое значение, используется коэффициент Кч. Коэффициент рассчитывается отношением наименьшего тока короткого замыкания рабочей зоны к величине тока срабатывания. Релейная защита работает в нормальном режиме при:

Расчет релейной защиты линии 10кВ

Линия электропередач осуществляет транспорт электроэнергии из точки А до точки В. На напряжении 6-35кВ ЛЭП выполняются с компенсированной или изолированной нейтралью. Данное обстоятельство накладывает определенные особенности выполнения устройств РЗА.

Например, в данных сетях допустима длительная (до нескольких часов) работа при однофазном замыкании на землю (ОЗЗ). В данном случае нагрузку переводят на другую линию, после чего происходит отключение. Также возможны варианты, когда защита от ОЗЗ на землю действует только на сигнал, либо вообще отсутствует.

Защита от двухфазных и трехфазных замыканий КЗ обеспечивается установкой комплектов РЗА в двух фазах из трех: фазе А и фазе С. Так как однофазное КЗ не критичное, то при двухфазном или трехфазном КЗ всегда отключится вся линия.

• ф.А+В => отключится по ф.А линия
• ф.А+С => отключится по двум фазам
• ф.В+С => отключится линия по ф.С

Другое дело, если произойдет двойное замыкание на землю. Это когда на двух параллельных линиях замыкается по одной разноименной фазе. В итоге у нас получается, что всего имеем 6 вариантов короткого замыкания:

• в 2 случаях отключается одна линия
• в 2 случаях другая линия
• и еще в 2 случаях происходит отключение сразу 2 линий

Получается, что в 4 вариантах из 6 одна из линий остается в работе. Это является преимуществом данного способа подключения. Другое дело, если при расшиновке фаз, вдруг не туда посадят А и В, или В и С. Тогда варианты станут плачевнее и вероятность аварий увеличится.

Скромный пример, замеряли ток на секции, или на движке каком-то, через клеммник ТТ в релейном отсеке. И после пуска и набора нагрузки выявили, что отображается у нас самая настоящая ерунда. В итоге выяснилось, что фаза B и нуль от ТТ были перепутаны местами. Как говорится, выявили дефект к устранению. Для этого и существует наладка, чтобы после монтажа проверить готовность и сдать эксплуатации к безаварийной работе.

Вопрос на засыпку? А почему двойным замыканием на землю не считается вариант двойного замыкания на одноименные фазы?

Теперь перейдем к рассмотрению и беглому рассчету следующих защит: МТЗ, ТО, ОЗЗ. Беглому, так как существует столько нюансов, что люди не один десяток книг на эту тему написали. Защиты могут выполняться, как отдельно на реле, так и в комплексе, как часть микропроцессорного терминала. Для защиты линии может быть использована трехступенчатая токовая защита, где:

• 1 ступень (токовая отсечка мгновенная) 3I>>>
• 2 ступень (то с выдержкой времени) 3I>>
• 3 ступень (мтз) 3I>

У ТО уставка по току самая большая — это грубая защита, а мтз более гибкая и позволяет выполнять функции дальнего резервирования.

МТЗ линии 6-35 кВ

Я уже рассматривал МТЗ, но, повторение — мать ученья. Максимальная токовая защита с выдержкой времени выступает в качестве первой ступени трехступенчатой защиты линии. Для расчета необходимо рассчитать ток срабатывания защиты, ток уставки, выдержку времени и отстроиться от соседних защит.

1) На первом этапе определяем ток срабатывания защиты с учетом токов самозапуска и других сверхтоков, которые протекают при ликвидации КЗ на предыдущем элементе:

в данной формуле мы имеем следующие составляющие:

Iс.з. — ток срабатывания защиты 2РЗ, величина, которую мы и определяем

kн — коэффициент надежности, который на самом деле можно считать скорее коэффициентом отстройки для увеличения значения уставки; для микропроцессорных равен 1,05-1,1, для электромеханических 1,1-1,4.

kсзп — коэффициент самозапуска, его смысл в том, что при КЗ происходит просадка напряжения и двигатели самозапускаются. Если нет двигателей 6(10) кВ, то коэффициент принимается 1,1-1,3. Если нагрузка есть, то производится расчет при условии самозапуска ЭД из полностью заторможенного состояния. Коэффициент самозапуска определяется, как отношение расчетного тока самозапуска к максимальному рабочему току. То есть зная ток самозапуска, можно не узнавать максимальный рабочий ток, хотя без этого знания не получится рассчитать ток самозапуска — в общем, сократить формулу не удастся особо.

kв — коэффициент возврата максимальных реле тока; для цифровых — 0,96, для механики — 0,65-0,9 (зависит от типа реле)

Iраб.макс. — максимальный рабочий ток с учетом возможных перегрузок, можно узнать у диспетчеров, если есть телефон и полномочия. Для трансформаторов до 630кВА = 1,6-1,8*Iном, для трансформаторов двухтрансформаторных подстанций 110кВ = 1,4-1,6*Iном.

2) На втором этапе определяем ток срабатывания защиты, согласуя защиты Л1 и Л2:

Iс.з.посл. — ток срабатывания защиты 2РЗ

kн.с. — коэффициент надежности согласования, величина данного коэффициента от 1,1 до 1,4. Для реле РТ-40 — 1,1, для РТВ — 1,3. 1,4.

kр — коэффициент токораспределения, при одном источнике питания равен единице. Если источников несколько, то рассчитывается через схемы замещения и сопротивления элементов.

Первая сумма в скобках — это наибольшая из геометрических сумм токов срабатывания МТЗ параллельно работающих предыдущих элементов. Вторая сумма — геометрическая сумма максимальных значений рабочих токов предыдущих элементов, кроме тех, с которыми происходит согласование.

3) На третьем этапе выбираем наибольший из токов, определенных по условиям 1) и 2) и рассчитываем токовую уставку:

kсх — коэффициент схемы, данный коэффициент показывает во сколько раз ток в реле больше, чем ток I2 трансформатора тока при симметричном нормальном режиме работы; при включении на фазные токи (звезда или разомкнутая звезда) равен 1, при включении на разность фазных токов (треугольник) равен 1,73.

nт — коэффициент трансформации трансформатора тока.

4) Далее определяется коэффициент чувствительности, который должен быть больше или равен значения, прописанного в ПУЭ.

Отношение минимального тока, протекающего в реле, при наименее благоприятных условиях работы, к току срабатывания реле (уставке). Для МТЗ значение kч должно быть не менее 1,5 при кз в основной зоне защиты и не менее 1,2 при кз в зонах дальнего резервирования.

5) Определяемся с уставкой по времени

Смысл уставок по времени в следующем: если у нас КЗ как на рисунке выше, то сначала должен отключиться выключатель Л1 (находящийся ближе к КЗ), это необходимо, чтобы оставить в работе неповрежденные участки системы.

То есть tс.2рз=tс.1рз+dt, где дельта t — ступень селективности. Эта величина зависит от быстродействия защит (в частности точности работы реле времени) и времени включения-отключения выключателей.

Если предыдущая РЗ является токовой отсечкой или же РЗ выполнена на электронных (полупроводниковых) реле — dt можно принять 0,3с. Если же в РЗ используются электромеханические реле, то dt может быть 0,5. 1,0. Для различных реле эта величина может доходить до нескольких секунд.

Как было написано выше, особенностью МТЗ является накапливание выдержек времени от элемента к элементу. И чем больше величина dt, тем большей будет отдаленная уставка. Для решения этой проблемы следует устанавливать цифровые РЗ (dt=0,15. 0,2с) и одинаковые выключатели. Ведь, если выключатели одного типа, то и время срабатывания у всех одинаковое. А если, оно невелико, то и суммарная величина будет мала.

В общем выбор мтз состоит из трех этапов:

• несрабатывание 2РЗ при сверхтоках послеаварийных режимов
• согласование 2РЗ с 1РЗ
• обеспечение чувствительности при КЗ в конце Л1(рабочая зона) и в конце Л2 (зона дальнего резервирования)

Расчет токовой отсечки линии

ТО может выполняться как с выдержкой времени (токовая отсечка с замедлением), так и без нее. При расчете ТО отстраивается от максимального тока короткого замыкания в конце защищаемой линии. ТО трансформатора также отсраивается от броска тока намагничивания. Формулы и более подробно про токовую отсечку написано здесь.

Для предотвращения воздействия сверхтоков и коротких замыканий, которые нельзя отключать с выдержкой времени, используется неселективная ТО без выдержки времени. Это применимо для защиты синхронных машин от КЗ на шинах, которое может привести к нарушению устойчивости параллельной работы ТГ с энергосистемой и нарушению энергоснабжения. Формула для определения тока срабатывания неселективной ТО:

В вышеприведенной формуле:

Uс.мин — междуфазное напряжение системы в минимальном режиме работы (0,9. 0,95), В

kн — уже знакомый коэффициент надежности = 1,1. 1,2

zс.мин — сопротивление системы до места установки отсечки, Ом

ko — коэффициент зависимости остаточного напряжения в месте установки отсечки от удаленности 3ф КЗ, определяется по зависимости графической

Остаточное напряжение — это напряжение, при котором обеспечивается динамическая стойкость работы синхронных генераторов (Uост>0,6) и электродвигателей (Uост>0,5).

Данная неселективная ТО применяется совместно с автоматикой (АВР, АПВ), что обеспечивает быстродействие при отключениях опасных кз. Однако, для совместной работы необходимо выполнить ряд мероприятий:

• отстроить ТО от токов намагничивания трансформаторов,
• отстроить ТО от кз на шинах НН трансформаторов, находящихся в её зоне действия
• согласовать ТО с предохранителями, выключателями и другими устройствами, находящимися в её зоне действия

Защита от однофазных замыканий на землю

При расчетах защиты от ОЗЗ следует знать способ заземления нейтрали и в зависимости от этого производить дальнейшие действия. В сетях 6-35 кВ применяется токовая защита нулевой последовательности. Условия её выбора состоит в определении тока срабатывания защиты и определении коэффициента чувствительности

В данной формуле

Iс.фид.макс — собственный емкостной ток фидера

kн — коэффициент надежности равный 1,2

kбр — коэффициент броска емкостного тока при возникновении ОЗЗ

Iс.сумм — суммарный емкостной ток сети, который можно определить по формулам ниже:

для изолированной нейтрали:

В сети с изолированной нейтралью допускается работа, если емкостной ток не превышает:

• 30А для сети 6кВ
• 20А для сети 10кВ

Если же значение емкостного тока превышает полученное значение, то необходимо компенсировать его с помощью реактора, то есть перейти на другой тип заземления нейтрали.

Данные токов также можно узнать в специализированных организациях. Или же определить экспериментальным путем, что дает наиболее точное и реальное значение.

Пример расчета РЗ линии 10кВ

Ну и напоследок небольшой пример расчета рза трансформатора и кабеля по схеме, приведенной на рисунке ниже:

1)На первом этапе мы составили схему замещения, которая представлена справа от самой схемы.

2)На втором этапе мы рассчитываем параметры схемы замещения )(сопротивления шин, кабеля, трансформатора) и приводим их к одному напряжению:

3) Далее определим токи трехфазного короткого замыкания в точках К1, К2 и К3

4) Выберем параметры защит для трансформатора

МТЗ. определяем по формуле, которая была выше по тексту ( 9А — номинальный ток трансформатора)

ТО. Проверяем два условия (в примере приняли цифровую защиту), второе условие — отстройка от броска тока намагничивания:

5) Выберем аналогично защиту для кабельной линии плюс ОЗЗ. С учетом, что ток емкостной равен например 1,1 А/м. Получим следующее:

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

Релейная защита систем электроснабжения

Выбор коэффициентов трансформации измерительных трансформаторов тока и напряжения, необходимых для релейной защиты. Проверка чувствительности выбранных защит. Отличительные черты типов реле, применяемых в качестве пуско-измерительных органов защит.

• посмотреть текст работы

• скачать работу можно здесь

• полная информация о работе

• весь список подобных работ

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

По курсу «Релейная защита систем электроснабжения»

Перечень решаемых вопросов

1. Расчет токов короткого замыкания

2. Обоснованный выбор типа и схемы устройств релейной защиты

3. Выбор коэффициентов трансформации измерительных трансформаторов тока и напряжения, необходимых для релейной защиты

4. Расчет уставок защит: тока срабатывания первичного Iсз, вторичного Iср, напряжения срабатывания Uсз, Uср, времени срабатывания t cp разных ступеней и других возможных уставок

5. Выбор типов реле, применяемых в качестве пуско-измерительных органов защиты, если их характеристики (например, коэффициент возврата) влияют на расчет защиты

6. Проверка чувствительности выбранных защит. Расчетные коэффициенты чувствительности должны удовлетворять нормативным требованиям ПУЭ

7. Изображение полной схемы защиты одной ЛЭП в развернутом виде на листе формата А4. Составление спецификации на примененную аппаратуру

Рис. 1 — Расчетная схема электросети

Параметры схемы:

Токи КЗ на шинах питающей ПС: І 3 _КЗ(макс.)=35 кА, І 3 _КЗ(мин.)=20 кА.

Длина ЛЭП: Л1=3 км, Л2=5 км.

Мощность трансформатора: S=2,5МВА.

Параметры нагрузки Н1:

Мощность: S_нагр=3 МВА;

Коэффициент самозапуска, К_сз=2,8;

Время срабатывания защиты: 2,5 с.

Параметры нагрузки Н2:

Загрузка трансформатора: 50%;

Коэффициент самозапуска, К_сз=2,7;

Время срабатывания защиты: 1,5 с.

1. Расчет токов короткого замыкания

Составляем схему замещения электросети для расчета токов КЗ на шинах ПС, к которым подключена нагрузка Н1, на шинах ВН и НН силового трансформатора. При составлении схемы замещения в приближенных расчетах учитываются только индуктивные сопротивления элементов схемы электросети. измерительный трансформатор релейная защита

Рис. 2 — Схема замещения электросети

Расчет токов КЗ в точках К1, К2, К3 проводим методом относительных единиц, для чего определяем базисные условия:

Определим сопротивления элементов схемы замещения.

Сопротивление линий определяется по формуле:

где l — длина линии, км;

— удельное сопротивление линии прямой последовательности, 0,4 Ом/км.

Сопротивление двухобмоточного трансформатора определяется по формуле:

где — напряжение КЗ, берем со справочника для трансформатора мощностью = 2,5 МВА .

Сопротивление питающей энергосистемы определяем по формуле:

где — максимальный ток трехфазного КЗ на шинах питающей ПС.

При максимальном уровне тока КЗ на шинах питающей ПС (35 кА):

При минимальном уровне тока КЗ на шинах питающей ПС (20 кА):

При расчете КЗ методом относительных единиц ЕДС источника питания принимаем равной Е_ЭС=1.

Значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ в расчетных точках определяется по формуле:

где х_рез — результирующее сопротивление прямой последовательности контура КЗ.

Значение периодической составляющей тока двухфазного КЗ в расчетных точках можно определить по упрощенной формуле, учитывая, что сопротивление контура КЗ прямой и обратной последовательности равны:

Значение тока двухфазного КЗ определяем для минимального режима питающей энергосистемы для проверки уставок устройств РЗ по условию чувствительности их пусковых органов.

Определяем ток трехфазного и двухфазного КЗ в точке К1:

Определяем ток трехфазного и двухфазного КЗ в точке К2:

Определяем ток трехфазного и двухфазного КЗ в точке К3, приведенный к стороне ВН силового трансформатора:

2. Обоснованный выбор типа и схемы устройств релейной защиты

Для защиты радиальных электрических сетей напряжением до 35 кВ включительно, работающих в режиме с изолированной или с компенсированной нейтралью, согласно требованиям ПУЭ, от междуфазных КЗ (трехфазных и двухфазных, в том числе двухфазных на землю и двойных КЗ) должна быть предусмотрена максимальная токовая ступенчатая защита (МТЗ) и токовая отсечка (ТО) без выдержки времени. Обе эти защиты имеют токовый принцип действия, при этом условия для выбора уставок тока срабатывания этих защит разные.

В качестве защиты от замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью должна быть использована токовая защита нулевой последовательности (ТЗПН), выполненная на токовом принципе с действием на сигнал дежурному персоналу, либо же должен быть выполнен простой контроль изоляции сети 6-35 кВ посредством измерения фазных напряжений или напряжения нулевой последовательности.

Для защиты ЛЭП Л1 и Л2 на каждой из ПС должен быть установлен комплект МТЗ и ТО, а также комплект ТЗПН (либо сигнализации, выполненной на принципе измерения напряжений).

Для защиты трансформаторов мощностью до 6,3 МВА также, в соответствии с требованиями ПУЭ, достаточно применение МТЗ в сочетании с ТО, при номинальной мощности свыше 6,3 МВА следует использовать дифференциальную токовую защиту.

МТЗ и ТО выполняем согласно двухфазной двухрелейной схеме, так как трансформаторы тока в ячейках выключателей при напряжении ЛЭП 6,3 кВ в большинстве случаев установлены в двух крайних фазах (А и С). В качестве токовых реле будем использовать электромагнитные реле типа РТ-40. Выдержка времени отдельных ступеней МТЗ осуществляется при помощи реле времени. В том случае, если по условию отстройки пусковых органов МТЗ от пускового тока самозапуска нагрузки после восстановления номинального напряжения питания, не будет обеспечиваться требуемая чувствительность МТЗ при минимальных уровнях КЗ в конце защищаемого участка, следует дополнительно применить пусковые органы напряжения (блокировку минимального напряжения) посредством использования включенных на междуфазные напряжения реле напряжения.

Защиту (сигнализацию) от замыканий на землю выполним по принципу измерения напряжения небаланса (нулевой последовательности), подаваемое к реле напряжения с выводов обмотки разомкнутого треугольника трансформатора напряжения.

3. Выбор коэффициентов трансформации измерительных трансформаторов тока и напряжения, необходимых для релейной защиты

Для выбора коэффициентов трансформации трансформаторов тока (ТТ) следует определить номинальный ток нагрузки по защищаемым ЛЭП.

Ток нагрузки определяется по следующему выражению:

где — потребляемая нагрузкой мощность, в данном случае для Л1 — это мощность потребителей Н1 и Н2, для Л2 — только потребителями Н2.

Мощность нагрузки Н1 задана в исходных данных МВА. Мощность нагрузки Н2 определяем по формуле:

где — коэффициент загрузки трансформатора Т1 по полной мощности;

— номинальная мощность трансформатора Т1.

Определяем нагрузочный ток по обоим ЛЭП:

Для установки на Л1 принимаем ТТ с первичным номинальным током 400 А и вторичным номинальным током 5А.

Для установки на Л2 принимаем ТТ с первичным номинальным током 150 А и вторичным номинальным током 5А.

Определим номинальные коэффициенты трансформации выбранных ТТ по формуле:

где ,- номинальный первичный и вторичный токи ТТ.

Выбор коэффициентом трансформации трансформаторов напряжения (ТН) зависит от номинального напряжения электросети, в которой будет установлен ТН. В данном случае первичным напряжением ТН является 6,3 кВ. Вторичное номинальное напряжение ТН на фазных выводах обмотки, включенной по схеме «звезда» равно кВ, либо же линейное напряжение 100 В. На выводах обмотки, соединенной по схеме «разомкнутого треугольника» (дополнительной обмотки) вторичное номинальное напряжение составляет 100/3 В.

Таким образом, коэффициенты трансформации ТН для обеих обмоток определяются следующим образом:

4. Расчет уставок защит: тока срабатывания первичного I_сз, вторичного I_ср, напряжения срабатывания Uсз, Uср, времени срабатывания t_cp разных ступеней и других возможных уставок

Рассчитаем уставки МТЗ и ТО.

МТЗ, согласно ПУЭ, должна быть отстроена от максимального рабочего тока ЛЭП (трансформатора) с учетом режима самозапуска заторможенной нагрузки.

Ток срабатывания защиты можем определить по формуле:

где — коэффициент надежности защиты, учитывающий некоторый запас уставки срабатывания по току (отстройка от возможных погрешностей измерения тока), принимаемый равным 1,1-1,2;

К_с.з. — коэффициент самозапуска заторможенной нагрузки, определяемый из условия задачи;

— максимальный рабочий ток ЛЭП (трансформатора);

К_в — коэффициент возврата пусковых органов защиты, который можно принять равным 0,8-0,9 при использовании токовых реле типа РТ-40.

Определим ток срабатывания МТЗ Л1:

Определим ток срабатывания МТЗ Л2 и трансформатора Т1:

Вторичный ток срабатывания токовых реле МТЗ с учетом выбранного коэффициента трансформации ТТ (К_тт) и коэффициента схемы (К_сх) определяем по формуле:

где — коэффициент схемы, равный отношению токов, протекающего в обмотке токового реле и вторичного фазного тока ТТ, для схемы соединения обмоток ТТ в неполную звезду со включением токовых реле на вторичные фазные токи ТТ Ксх=1.

Выбор времени срабатывания отдельных ступеней МТЗ осуществляется согласно ступенчатому принципу начиная от самого удаленного от источника питания элемента, защищаемого МТЗ. Разница между временем действия защит двух смежных участков называется ступенью селективности, которая определяется по выражению:

где t_в — время отключения выключателя смежного элемента;

t_и — инерционная погрешность срабатывания МТЗ смежного элемента;

t_зап — время запаса.

В практических расчетах за ступень селективности МТЗ может быть условно принято время .

Определим времена срабатывания (выдержки времени) МТЗ Л1, Л2 и Т1.

МТЗ Т1 по времени отстраивается от срабатывания защиты фидера, питающего нагрузку Н2:

где t_Н2 — выдержка времени срабатывания защиты Н2, t_Н2 =1,5 (по условию).

МТЗ Л2 по времени отстраивается от срабатывания защиты трансформатора Т1:

МТЗ Л1 по времени отстраивается от наибольшего времени срабатывания защиты линии Л2 и фидера, питающего нагрузку Н1:

где t_Н1 — выдержка времени срабатывания защиты Н1, t_Н2 =2,5 (по условию).

ТО, согласно ПУЭ, отстраивается от максимального тока КЗ в конце защищаемого участка электросети, а следовательно обладает абсолютной селективностью действия, то есть выдержка времени срабатывания ТО может быть принята нулю t_ТО=0 с.

Рассчитаем уставки ТО линий Л1, Л2 и трансформатора Т1.

Ток срабатывания ТО определяется по следующей формуле:

где — максимальный ток внешнего КЗ (ток трехфазного металлического КЗ в конце защищаемого участка электросети).

Определим ток срабатывания ТО Л1:

Определим ток срабатывания ТО Л2:

Определим ток срабатывания ТО Т1:

Определим вторичные токи срабатывания пусковых органов ТО по формуле (11):

В качестве защиты от замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью было принято решение использовать контроль изоляции, выполненный на принципе измерения напряжения небаланса на выводах вторичной обмотки разомкнутого треугольника ТН.

Напряжение срабатывания контроля изоляции сети напряжением 6,3 кВ определяется по формуле:

где — напряжение небаланса на выводах вторичной обмотки разомкнутого треугольника ТН при замыкании на землю, , U_ф — фазное напряжение электросети.

Напряжение срабатывания реле максимального напряжения при этом составит:

5. Выбор типов реле, применяемых в качестве пуско-измерительных органов защиты, если их характеристики (например, коэффициент возврата) влияют на расчет защиты

Выберем тип реле, используемых в МТЗ, ТО линий и трансформатора и в устройстве контроля изоляции сети 6,3 кВ.

Сведения об указанных токовых реле приводим в таблице 1.

Таблица 1 — Выбор типа используемых токовых реле для защиты линий и трансформатора.