Первая ступень токовой защиты — токовая отсечка без выдержки времени.

Селективное действие первой ступени токовой защиты (в дальнейшем первую ступень будем называть токовой отсечкой без выдержки времени или просто отсечкой) достигается тем, что ее ток срабатывания принимается большим максимального тока короткого замыкания, проходящего через защиту при повреждении вне защищаемого элемента. Действие защиты при коротком замыкании на защищаемом участке обеспечивается благодаря тому, что ток к. з. в сети, а следовательно, и в защите увеличивается по мере приближения места короткого замыкания к источнику питания (рис. 19.1), причем кривые изменения тока короткого замыкания имеют различную крутизну в зависимости от режима работы системы и вида к.з. (кривые 1 и 2 на рис. 19.1, а соответственно для максимального и минимального режимов).

Для схем с включением реле на полные токи фаз расчетным при выборе тока срабатывания защиты А1 обычно является трехфазное короткое замыкание у шин подстанции Б в точке К. в максимальном режиме. При этом I^I_с.з=k^I_отсI⁽³⁾_{к.вн mах} и ток срабатывания реле

I^I_с.з=k^I_отсk_сх⁽³⁾I⁽³⁾_{к.вн mах}/K_I (9.2)

Рис. 9.1. Выбор тока срабатывания и определение защищаемой зоны токовой отсечки без выдержки времени

Так как токовая отсечка без выдержки времени при внешних коротких замыканиях не срабатывает, коэффициент возврата k_B при выборе тока I^I_с.з не учитывается. При определении I^I_с.з необходимо иметь в виду, что отсечка не имеет выдержки времени. Поэтому в выражении (8.2) ток I⁽³⁾_{к.вн max} принимается равным начальному (t=0) действующему значению периодической составляющей тока внешнего короткого замыкания. Влияние апериодической составляющей учитывается коэффициентом отстройки k^I_отс. Ток срабатывания не зависит от режима работы и места повреждения. Отсечка сработает, когда ток, проходящий по защищаемой линии АБ (рис. 19.1, а), больше или равен току срабатывания защиты, т. с. I_к≥I^I_с.з. Это условие выполняется при коротком замыкании в пределах участка l^I₁ (максимальный режим) или участка l^I₂ (минимальный режим) защищаемой линии.

Таким образом, участки l^I₁ и l^I₂ являются зонами, защищаемыми отсечкой. Они определяются точками пересечения кривых изменения тока к. з. 1 и 2 с прямой 3, изображающей ток I^I_с.з; следовательно, отсечка защищает не всю линию, а только некоторую ее часть. Как следует из указанных графиков, защищаемая зона тем больше, чем меньше ток срабатывания и чем больше крутизна кривой изменения тока к.з., которая определяется режимом работы и видом короткого замыкания. Поэтому в зависимости от режима работы и вида короткого замыкания защищаемая зона отсечки изменяется. Чувствительность защиты определяется длиной защищаемой зоны l^I и коэффициентом чувствительности k^I_ч. При к.з. у места установки защиты в минимальном режиме k^I_ч≥2.

Для увеличения защищаемой зоны и повышения чувствительности защиты коэффициент отстройки k^I_отс выбирается возможно меньшим. Он определяется погрешностью в расчете тока к. з., погрешностью реле и наличием апериодической составляющей тока короткого замыкания. Для защиты с электромагнитным реле типа РТ-40 при наличии выходного промежуточного реле принимается k^I_отс=1,2...1,3; при использовании отсечек индукционных реле тока РТ-80 k^I_отс=1,5...1,6, а для отсечек с реле прямого действия РТМ k^I_отс=1,8...2,0.

В рассмотренном случае защищаемая зона охватывает только часть линии и токовую отсечку без выдержки времени нельзя использовать в качестве единственной или основной защиты. Однако в некоторых частных случаях, например, на радиальных линиях, питающих один трансформатор (рис. 19.1, б), с помощью токовой отсечки можно защитить всю линию, если допустить ее срабатывание при повреждении в трансформаторе. В данном случае это является целесообразным. Ток срабатывания при этом выбирается по максимальному току короткого замыкания за трансформатором (точка K). Аналогично можно выбирать ток срабатывания и при наличии нескольких трансформаторов, однако в этом случае возникает необходимость автоматически отключать поврежденный трансформатор с последующим включением линии устройством AПВ с целью восстановления питания потребителей.

Токовые отсечки используют также на линиях с двусторонним питанием. В этом случае они устанавливаются с обеих сторон защищаемой линии (защиты А1 и А2 на рис. 9.2, а). Кривые 1 и 2 (рис. 9.2, б) показывают изменение максимальных токов к. з. соответственно от источников А и Б при перемещении короткого замыкания вдоль защищаемой линии. Токи срабатывания отсечек должны быть выбраны таким образом, чтобы при внешних коротких замыканиях (точки К_А и К_Б) защиты не действовали.

При повреждении в точке К_Б по защищаемой линии и через места установки защит от источника А проходит максимальный ток I⁽³⁾_{к.вн mахA}. При этом защиты Al, A2 обеих сторон линии не должны срабатывать, т. е. I^I_c.з1=I^I_cз2> I⁽³⁾_{к.вн mахA}. При повреждении в точке К_А по защищаемой линии и через места установки защит от источника Б проходит максимальный ток I⁽³⁾_{к.вн mахБ}. При этом защиты также не должны действовать, т. е. I^I_c.з=I^I_cз1=I^I_cз2>I⁽³⁾_{к.вн mахБ}. Из двух значений выбирается больший ток срабатывания, что является первым условием его выбора. В данном случае (рис. 9.2, б)

Рис. 9.2. Выбор тока срабатывания токовых отсечек без выдержки времени на линиис двусторонним питанием

I^I_c.з=I^I_cз1=I^I_cз2>k^I_отсI⁽³⁾_{к.вн mахБ} (9.1)

В эксплуатации возможны случаи качаний генераторов источника А относительно генераторов источника Б и выхода их из синхронизма. При этом по линии АБ могут проходить большие уравнительные токи. Отсечки в этом случае не должны действовать, поэтому

I^I_c.з=I^I_cз1=I^I_cз2>k^I_отсI_{ур. mах} (9.2)

Уравнение (9.2)—это второе условие выбора тока срабатывания отсечек на линиях с двусторонним питанием. Определяющим является условие, которое дает большее значение тока срабатывания.

Максимальный уравнительный ток возникает, когда векторы эквивалентных ЭДС Е_А и Е_Б соответственно источников А и Б смещены на угол π (рис. 5.7, в). При этом, принимая Е_A=Е_Б=Е, ток I_{ур mах} определяют по выражению

I_{yp max} = 2Е/(Х_1А+Х_1удl+Х_1Б)

При определении эквивалентных ЭДС Е_А и Е_Б и приведенных к шинам источников эквивалентных сопротивлений прямой последовательности Х_1А и X_1Б систем генераторы вводятся в расчетную схему переходными значениями E'_d и X'_d. При расчете тока, возникающего во время несинхронного АПВ, используются сверхпереходные величины Е"_d и X"_d. Защищаемые зоны отсечек l^I₁ и l^I₂ определяются абсциссами точек пересечения кривых 1 и 2 с прямой 3, соответствующей току срабатывания отйечек. В рассматриваемом случае (рис. 9.2, б) защищаемые зоны перекрывают одна другую. При этом l^I₁+ l^I₂>l и повреждения в средней части линии на длине (l^I₁+ l^I₂)—l отключаются отсечками с двух сторон. При коротких замыканиях на линии вне этой зоны срабатывает только отсечка А1 или только отсечка А2. С противоположной стороны линия отключается другой защитой.

В некоторых случаях при наличии дополнительной линии связи между источниками А и Б отключение защищаемой линии только отсечкой А1 или А2 может привести к увеличению тока, проходящего по линии. При этом отсечка может отключить линию с другой стороны. Такое поочередное действие защит называется каскадным.