Схемы и общая оценка токовых защит.

Для осуществления измерительной части токовой защиты можно использовать одну из рассмотренных схем соединения измерительных преобразователей тока и цепей тока вторичных измерительных органов. Выбор схемы определяется назначением защиты и предъявляемыми к ней требованиями. Измерительная часть у всех ступеней одинакова, поэтому если защита содержит несколько ступеней, то их измерительные органы соединяются между собой последовательно. При наличии отдельного органа выдержки времени логическая часть второй ступени и логическая часть третьей ступени защиты тоже одинаковы. В этом случае одна и та же схема защиты может быть использована как для выполнения токовой отсечки с выдержкой времени, так и для выполнения максимальной токовой защиты. Нет различия и между схемами максимальной токовой защиты и токовой отсечки без выдержки времени, выполненных на основе вторичных реле прямого действия типа РТВ и РТМ. В системах электроснабжения часто используют комбинированное реле РТ-80 или аналогичные полупроводниковые реле. Они позволяют выполнить токовую защиту двухступенчатой, содержащей первую и третью ступени. Для изображения устройств защиты и автоматики используются принципиальные (полные), структурные, функциональные и монтажные схемы.

Принципиальные (полные) схемы изображают в совмещенном и разнесенном видах. На рис. 20.2, а показана принципиальная совмещенная схема, одинаковая и для второй и для третьей ступеней защиты на постоянном оперативном токе. На схеме контакты и выводы обмоток реле даны в совмещенном виде так, что видна их взаимная принадлежность. Обычно наряду со схемой релейной защиты изображают схему первичных соединений защищаемого присоединения. По мере усложнения схем релейной защиты появляется большое количество реле, контактов и пересекающихся цепей, поэтому принципиальные совмещенные схемы теряют наглядность и становятся сложными. Схему можно упростить путем раздельного построения цепей переменного тока, напряжения, цепей управления и др. Такой способ изображения схем называется разнесенным.

На рис. 10.2, б, в изображена та же токовая защита разнесенным способом. В этой схеме реле как единого условного обозначения не существует. В частности, контакты и обмотки реле тока размещаются в разных местах (контакты — в цепях управления, обмотки — в цепях тока). Их взаимная принадлежность определяется соответствующими буквенными и цифровыми обозначениями.

В структурных схемах устройства защиты и автоматики разбиваются на отдельные части, которые изображают в виде прямоугольников с соответствующими обозначениями. Схема, не выявляя существа работы этих частей, показывает лишь структуру устройства и взаимосвязь между отдельными частями.

Рис. 10.2. Совмещенная (а), разнесенные (б. в) и функциональная (г) схемы максимальной токовой защиты на постоянном оперативном токе

Функциональные схемы являются развитием структурных схем. Они более детализированы. Это позволяет отразить взаимосвязь и существо процессов, протекающих в отдельных частях устройства. Функциональная схема рассматриваемой защиты показана на рис. 20.2, г.

Государственным стандартом (ГОСТ 2.755—74) введены единые условные обозначения электрических аппаратов и их элементов, в соответствии с которыми аппараты обозначаются в положении, притом за начальное, т. е. в отключенном (невозбужденном) состоянии. Позиционные буквенно-цифровые обозначения в схемах установлены ГОСТ 2.710—81. В системах электроснабжения, как отмечалось выше, токовые защиты от междуфазных к. з. обычно выполняют по двухфазным двухрелейным схемам. Рассмотрим некоторые из них.

Схема токовой защиты с независимой выдержкой времени на постоянном оперативном токе. Защита выполняется по схеме неполной звезды на постоянном оперативном токе (рис. 10.2) с использованием двух трансформаторов тока ТА1 и ТА2, установленных в фазах А н С за выключателем Q. Защита может подключаться и к трансформаторам тока, расположенным до выключателя (они обычно встроены во втулки выключателей). Исходя из требовании техники безопасности вторичные обмотки трансформаторов тока заземляются. Измерительный орган защиты выполнен из двух максимальных реле тока КА1, КА2 типа РТ-40, а орган выдержки времени представляет собой реле времени КТ типа ЭВ-134. В схему защиты включены промежуточное реле KL типа РП-23 н указательное реле КН типа РУ-1. Необходимость промежуточного реле обусловливается недостаточной коммутационной способностью контактов реле времени. При возникновении повреждения срабатывают реле тока КА1 и КА2 (или одно из них) и контактами КА1 и КА2 (или одним из них) замыкают цепь обмотки реле времени КТ, приводя его в действие. По истечении установленной выдержки времени реле замыкает контакт КТ в цепи обмотки промежуточного реле KL, которое, срабатывая, замыкает контакт KL и отключает выключатель. При этом указательное реле КН фиксирует действие защиты на отключение. Контакт промежуточного реле KL не рассчитан на отключение тока, потребляемого электромагнитом отключения YAT. Поэтому в цепь электромагнита отключения последовательно с контактом реле KL включен вспомогательным контакт выключателя Q, который размыкает цепь YAT при отключении выключателя. Рассмотренную схему можно использовать для выполнения максимальной токовой защиты и для выполнения токовой отсечки с выдержкой времени (II и III ступени защиты).

Схема токовой защиты с вторичными реле тока прямого действия РТВ и РТМ.С помощью реле РТВ выполняют максимальную токовую защиту, а с помощью реле РТМ — токовую отсечку без выдержки времени. Эти реле встраивают в грузовые и пружинные приводы, предназначенные для выключателей присоединений напряжением 6—35 кВ. Во многих современных пружинных и грузовых приводах имеются два реле РТВ или два реле РТМ. При этом максимальная токовая защита или токовая отсечка выполняются по схеме, показанной на рис. 10.3, а.

Схема токовой защиты с комбинированной характеристикой выдержки времени (двухступенчатая токовая защита, содержащая I и III ступени). Защита выполняется с помощью индукционного реле РТ-85 на переменном оперативном токе с дешунтированием электромагнитов отключения выключателя. Схема защиты выполнена с двумя реле КА1 и КА2 и двумя электромагнитами отключения YAT1 н YAT2 (рис. 20.3, б). В нормальном режиме цепи электромагнитов отключения разомкнуты на контактах соответствующих реле. При срабатывании реле в процессе переключения контакта сначала включается электромагнит отключения в цепь трансформатора тока, а затем он дешунтируется и, срабатывая, отключает выключатель.

Рассмотренная схема защиты проста, она широко применяется на выключателях с грузовыми и пружинными приводами, электромагниты отключения которых потребляют относительно небольшую мощность. В качестве электромагнитов отключения можно использовать реле РТМ.

Схема токовой защиты с независимой выдержкой времени на переменном оперативном токе. Защита выполняется по схеме неполной звезды с дешунтированиеи электромагнитов отключения, с промежуточными реле РП-341 и реле времени РВМ-12. В схеме защиты (рис. 10.4) измерительный орган состоит из двух реле тока КА1, КА2 типа РТ-40.

Первичные обмотки TL1.1, TL2.1 насыщающихся трансформаторов реле времени КТ включены на фазные токи трансформаторов тока ТА1 и ТА2 последовательно с обмотками реле тока и первичными обмотками TL3.1, TL4.1 насыщающихся трансформаторов промежуточных реле KL1, KL2 (рис. 20.4, а). Реле времени срабатывает только при замыкании его цепи управления контактами КА1.1 или КА2.1 реле тока. Схема включения реле времени выполнена так, что при любых коротких замыканиях пуск его всегда осуществляется каким-либо одним реле (рис. 10.4, б). Как указывалось выше, это необходимо для правильного действия реле времени. По истечении заданной выдержки времени реле срабатывает и его контакт КТ замыкает цепь управления промежуточных реле KL1, KL2 (рис. 10.4, в).

Реле KL1 и KL2 (или одно из них) срабатывают и своими переключающими контактами KL1.1, KL2.1 сначала включают в цепь трансформаторов тока, а затем дешунтируют электромагниты отключения YAT1 и YAT2. При этом вследствие увеличения нагрузки трансформаторов тока их вторичные токи могут снизиться настолько, что реле тока, а следовательно, и реле времени вернутся в исходное состояние прежде, чем произойдет отключение выключателя. Отключить поврежденный участок защита не сможет. Для предотвращения этого в схеме защиты предусмотрено шунтирование контакта реле времени КТ замыкающими контактами KL1.2, KL2.2 промежуточных реле, после срабатывания которых действие защиты уже не зависит от поведения измерительного органа.

Рис.10.3. Максимальная токовая защита с реле прямого действия типа РТВ (а) и с реле косвенного действия на переменном оперативном токе с дешунтированием электромагнита отключения (б)

В схеме защиты предусмотрено указательное реле КН типа РУ-1, обмотка которого включена в цепь управления промежуточных реле. Все реле возвращаются в исходное состояние после действия электромагнитов отключения и отключения выключателя.

Рассмотренная схема пригодна для выполнения и максимальной токовой защиты, и токовой отсечки с выдержкой времени.

Схема токовой защиты со ступенчатой характеристикой выдержки временя на переменном оперативном токе. На рис. 20.5 показана схема двухступенчатой токовой защиты от многофазных к. з. на переменном оперативном токе. В измерительных органах защиты использованы реле тока КА1 — КА4 типа РТ-40. Первая ступень защиты (реле КА1, КА2, КН1) является токовой отсечкой без выдержки времени, а вторая (КАЗ, КА4, КТ, КН2) —токовой отсечкой с выдержкой времени или максимальной токовой защитой (рис. 20.5, а). Выдержка времени создается реле времени РВМ-12 (реле КТ), а его цепь управления (рис. 20.5, б) выполнена, как и в схеме токовой защиты (рис. 20.4, б). Электромагниты отключения YAT1, YAT2 включаются в цепь трансформаторов тока и дешунтируются переключающими контактами выходных промежуточных реле KL1, KL2 типа РП-341. Указательное реле КН1 срабатывает при замыкания контактов реле тока КА1, КА2 первой ступени, а указательное реле КН2 — при срабатывании реле времени КТ (рис. 20.5, в).

Рис.10.4. Максимальная токовая защита с независимой выдержкой времени на переменном оперативном токе: а – цепи тока; б –цепи реле времени; в – цепи промежуточных реле

Рис.10.5. Двухступенчатая токовая защита от многофазных коротких замыканий на переменном оперативном токе

Схема токовой защиты на переменном оперативном токе с использованием блоков питания и заряда. На рис. 10.6, а, б приведены схемы защиты с комбинированной характеристикой выдержки времени. В схеме использовано реле РТ-85. В отличие от рассмотренных выше схем здесь выключатель отключается за счет энергии, запасенной в конденсаторе С, который заряжается с помощью блока питания и заряда UGV типа БПЗ-401, подключенного к трансформатору напряжения TV. Отказ от вспомогательного контакта в цепи электромагнита отключения выключателя возможен в связи с кратковременностью прохождения тока разряда конденсатора в электромагните отключения при срабатывании защиты. Блок питания и заряда используют не только для отключения выключателя, но и для питания оперативных цепей защиты в целом. При этом защита выполняется по схеме, показанной на рис. 10.2, но оперативным током является выпрямленный ток. Схемы включения блоков питания и заряда рассмотрены в 10.3. В защитах на основе полупроводниковой элементной базы используют те же схемы соединения измерительных преобразователей тока и измерительных органов, что и в рассмотренных защитах с электромеханическими реле, но для питания оперативных цепей применяют иные блоки питания. Защита в целом получается достаточно сложной, поэтому для ее изображения широко используют структурные и функциональные схемы (см. рис. 10.2, г).

Общая оценка токовых защит. Токовые отсечки без выдержки и с выдержкой времени и максимальная токовая защита образуют первую, вторую и третью ступени трехступенчатой токовой защиты. Вместе с тем каждая из них может использоваться и как отдельная защита. Основными достоинствами токовых отсечек без выдержки времени являются: селективное действие и в сетях сложной конфигурации с любым числом источников питания; быстрое отключение наиболее тяжелых коротких замыканий, возникающих вблизи шин станций и подстанций; простота схемы. Основные ее недостатки: защита только части длины линии; зависимость защищаемой зоны от режима работы системы и переходного сопротивления в месте короткого замыкания. В связи с указанным токовые отсечки без выдержки времени как отдельные защиты применяются в виде дополнительных защит, предназначенных для сокращения времени отключения наиболее тяжелых повреждений. При этом защищаемая зона должна быть не менее l^I=(0,15...0,2)l_л, длины линии.

Токовая отсечка с выдержкой времени имеет сравнительно небольшое время срабатывания, способна осуществлять дальнее и ближнее резервирование, селективна в сетях с двусторонним питанием. Однако в ряде случаев чувствительность ее оказывается недостаточной. Максимальная токовая защита обеспечивает отключение повреждения только в радиальных сетях с односторонним питанием. При этом и связи с выбором выдержек времени по ступенчатому принципу могут быть недопустимо большие времена отключения повреждений вблизи источников питания. Требуемая чувствительность защиты обеспечивается не всегда, особенно при дальнем резервировании. Вместе с тем максимальная токовая защита сравнительно проста и достаточно надежна. Несмотря на отмеченные недостатки, она широко применяется в радиальных сетях всех напряжений с одним источником питания; в системах электроснабжения напряжением 10 кВ и ниже она является основной защитой. Максимальная токовая защита обычно объединяется с токовыми отсечками, образуя вместе с ними защиту со ступенчатой характеристикой выдержки времени. Такая защита дает возможность, особенно при наличии УАПВ, сравнительно быстро отключать повреждения в любой точке сети и во многих случаях отказаться от более сложных защит. Однако следует иметь в виду, что в целом токовые защиты со ступенчатой характеристикой выдержки времени обеспечивают селективное действие только в сетях с односторонним питанием. При этом чувствительность в ряде случаев оказывается недостаточной. Это характерно прежде всего для сетей сельскохозяйственного электроснабжения. Уменьшить ток срабатывания защиты и тем самым повысить ее чувствительность можно либо применением комбинированного измерительного органа (реле тока и реле напряжения), либо введением в схему различных блокировок, предотвращающих излишние срабатывания защиты.