Токовая отсечка принцип действия

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:

7-9. Токовая отсечка

Токовой отсечкой называется максимальная токовая защита с ограниченной зоной действия, имеющая в большинстве случаев мгновенное действие.

В отличие от максимальной токовой защиты селективность действия токовой отсечки достигается не выдержкой времени, а ограничением зоны ее действия. Для этого ток срабатывания отсечки отстраивается не от тока нагрузки, а от тока к. з. при к. з. в конце защищаемой линии или в другой определенной точке, где отсечка не должна действовать.

Принцип действия отсечки основан на том, что величина тока к. з. убывает при удалении места к. з. от источника питания. При к. з. в начале линии у места установки защиты величина тока к. з. имеет наибольшее значение и по мере удаления места к. з. от источника питания постепенно уменьшается, поскольку увеличивается сопротивление до места к. з. Примерный характер изменения тока к. з. при удалении места к. з. от источника питания показан на рис. 7-23.

Ток срабатывания отсечки мгновенного действия выбирается так, чтобы она не работала при повреждениях на смежной линии или в трансформаторе питаемой подстанции. Для этого ток срабатывания должен быть больше максимального значения тока к. з. при к. з. на шинах противоположной подстанции, . т. е. в точке 5 на рис. 7-23, и определяется по формуле:

где Iк.з.макс — максимальное значение тока к. з. при к. з. на шинах противоположной подстанции; — коэффициент схемы; — коэффициент надежности, принимаемый равным: а) при выполнении отсечки токовыми реле типа ЭТ-521 или РТ-40, действующими через промежуточное реле, 1,2—1,3; б) при выполнении отсечки теми же токовыми реле, но действующими через реле времени, 1,1 — 1,2; в) при выполнении отсечки электромагнитными элементами реле типа РТ-80, РТ-90 1,4—1,5.

Зона действия отсечки определяется графически, как показано на рис. 7-23. Для этого вычисляются токи к. з., проходящие по защищаемой линии при к. з. в начале и конце линии, а также на расстояниях длины от начала, и строится кривая изменения тока к. з. в зависимости от удаленности места к. з. от источника питания (кривая 1). По формуле (7-34) определяется ток срабатывания отсечки и на том же чертеже проводится прямая тока срабатывания 2. Точка пересечения прямой 2 с кривой 1 определяет зону действия отсечки. Отсечка действует в зоне, где ток к. з. превышает ток срабатывания (заштрихованная часть графика).

Коэффициент чувствительности отсечки определяется как

где Iк. з1 — ток к. з. при повреждении в начале линии у места установки отсечки (в точке 1).

В отдельных случаях отсечка может защищать всю линию (рис. 7-24). Благодаря тому, что к линии Л1 подключен только один трансформатор Т, допустимо при повреждении этого трансформатора отключать линию со стороны питающей подстанции.

Поэтому ток срабатывания отсечки выбирается так, чтобы она не действовала при повреждениях на линиях низшего напряжения Л2. Для этого в формулу (7-34) необходимо подставлять максимальное значение тока к. з. при к. з. на шинах низшего напряжения в точке К. При выбранном таким образом токе срабатывания мгновенная отсечка будет надежно защищать всю линию, шины высшего напряжения подстанции и часть обмотки трансформатора Т.

б) Токовая отсечка на линиях с двусторонним питанием

Если ток срабатывания отсечки, установленной в точке Б на рис. 7-25, выбрать, как для линии с односторонним питанием, т. е.

и отложить его на графике, как показано пунктиром на рис. 7-25, то нетрудно убедиться в том, что отсечка будет действовать неселективно при к. з. в точке K1 так как ток Iк.з1 больше выбранного выше тока срабатывания отсечки Iс.зБ.

Поэтому для селективного действия отсечек на линиях с двусторонним питанием их токи срабатывания должны

определяться по формуле (7-34) по большему значению тока к. з., проходящему по линии при к. з. на шинах одной и другой подстанции. Для рассматриваемого случая на рис. 7-25 большим является ток I к.з1, проходящий по линии при к. з. в точке K1.

Поэтому токи срабатывания обеих отсечек должны быть равными и определяться как.

Зоны действия отсечек определяются графически, как точки пересечения прямой тока срабатывания Icpаб с кривыми изменения токов к. з.

Рассмотренное условие выбора тока срабатывания отсечек для линий с двусторонним питанием не является единственным. Для линии, по которым могут проходить токи качаний, вызванные нарушением устойчивости или несинхронным включением, вторым условием выбора тока срабатывания отсечек является отстройка от максимального тока качаний. Отстройка производится по формуле

где Iкач.макс — максимальный ток качаний [Л. 14, 70]. Схемы отсечек отличаются от схем максимальных токовых защит отсутствием реле времени, вместо которых устанавливаются промежуточные реле.

в) Сочетание токовой отсечки с максимальной токовой защитой

Вследствие того, что токовая отсечка, как правило, защищает только часть линии, она применяется не как основная, а как дополнительная защита. Применение токовой отсечки дает возможность ускорить отключение повреждений, сопровождающихся прохождением больших токов к. з., вызывающих глубокие понижения напряжения на шинах подстанций. В ряде случаев применение токовых отсечек позволяет также снизить выдержки времени максимальных токовых защит.

При сочетании токовой отсечки с максимальной токовой защитой получается токовая защита со ступенчатой характеристикой времени срабатывания (рис. 7-26). Такая защита имеет отсечку, как первую ступень (первую зону), в пределах которой она действует мгновенно и максимальную, токовую защиту, как вторую ступень (вторую зону), в пределах которой действует с выдержкой времени.

В ряде случаев применяется сочетание отсечки мгновенного действия с отсечкой, имеющей небольшую выдержку времени (порядка 0,5—1 с), и с максимальной токовой защитой. При таком сочетании защита имеет три ступени и соответственно трехступенчатую характеристику времени срабатывания.

При сочетании отсечек с максимальной токовой защитой с зависимой характеристикой времени срабатывания установки дополнительных реле не требуется, так как реле РТ-80 имеют встроенный электромагнитный элемент отсечки.

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:

  • xЛ – сопротивление линии, для которой выбираем защиту
  • EC – эквивалентная ЭДС генераторов системы
  • xC – сопротивление системы

Ток срабатывания защиты определяется по выражению ниже:

  • kН – коэффициент надежности
  • IK.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.

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

Ток срабатывания реле (уставка) определяется по выражению ниже:

  • kСХ – коэффициент схемы
  • IС.З. – ток срабатывания защиты
  • nТТ – 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

Токовая отсечка

Релейная защита обеспечивает надежную и безопасную работу электрических сетей. Среди множества защитных средств широко используется токовая отсечка, принцип действия которой основан на резком повышении силы тока, на каком-либо участке защищаемой цепи. Данные устройства относятся к средствам быстрого действия. Они обладают селективностью и возможностью настроек в зависимости от максимального значения токов короткого замыкания. Чтобы обеспечить правильную эксплуатацию, нужно знать, как работает токовая отсечка.

Принцип работы токовых отсечек

При протекании в сети электрического тока ее элементы начинают нагреваться. Это так называемая рабочая температура, позволяющая функционировать в течение длительного времени в обычном режиме.

При коротком замыкании в сети происходит значительное возрастание силы тока. Как правило, это приводит к возгораниям, разрушениям и прочим негативным последствиям. Элементы, способные долго выдерживать действие короткого замыкания, экономически невыгодно производить.

Человек просто не успевает отреагировать на короткое замыкание в связи с высокой скоростью возрастания тока. Эту функцию берет на себя автоматика, в том числе и токовая отсечка. С помощью нее осуществляется контроль величины тока на участке цепи. Если сила тока возрастает и начинает превышать установленное значение, происходит срабатывание защиты и отключение участка.

Величина тока, вызывающая срабатывание защиты, носит название уставки. Ее значение должно обеспечивать отключение цепи до того момента, когда начнутся разрушения. Для создания токовой отсечки существуют различные способы. Чаще всего эта процедура проводится с использованием электромагнитных реле. Замыкание контактов в этих устройствах происходит под влиянием электромагнитной силы. Таким образом, прибор подает сигнал, отключающий защищаемый элемент. Этот же принцип применяется в различных конструкциях автоматических выключателей.

Эффективным средством защиты являются предохранители. Здесь ведущую роль играет температура, возрастающая под действием тока и оказывающая свое воздействие. Когда ее значение достигает определенного предела, происходит разрушение плавкой вставки предохранителя и разрыв электрической цепи.

Особенности и виды токовых отсечек

При коротком замыкании сила тока, проходящего через цепь, зависит от того места, где это произошло. Его величина возрастает по мере приближения к источнику тока. На основании этого свойства обеспечивается селективность токовых отсечек.

Защита должна срабатывать на том участке, для которого она предназначена. Поэтому, ее уставка превышает ток замыкания, произошедшего на другом участке. В данной ситуации защита не будет срабатывать при коротком замыкании вне своего участка. В некоторых случаях селективность не является обязательной. Здесь осуществляется защита не отдельного участка, а всей линии с использованием дополнительных устройств дифференциальной защиты.

В зависимости от времени срабатывания все токовые отсечки разделяются:

  • Мгновенные. Их действие полностью зависит от собственного времени срабатывания. Основным пусковым элементом является токовое реле. В качестве промежуточных элементов используются реле, подающие отключающий сигнал сразу к расцепителю выключателя. Срабатывание таких устройств начинается в промежутке от 0,04 до 0,06 с.
  • С выдержкой времени. В их конструкцию включен элемент, позволяющий устанавливать заданное время. Диапазон срабатывания отсечки составляет от 0,25 до 0,6 секунд. Такие устройства получили название автоматических селективных выключателей.

Таким образом, токовая отсечка позволяет выполнять защиту самыми разными способами. В результате, обеспечивается надежная защита не только отдельных участков, но и полных электрических цепей.

Максимальная токовая защита

Токовая защита нулевой последовательности

Время-токовая характеристика автоматического выключателя

5. Токовые отсечки

5.1. Принцип действия

Токовая отсечка – разновидность токовой защиты, позволяющая обеспечить быстрое отключение КЗ.

Токовые отсечки (ТО) подразделяются на

– отсечки мгновенного действия;

– отсечки с выдержкой времени (0,3. 0,6 с).

Селективность токовых отсечек достигается ограничением их зоны работы.

Величина тока КЗ, протекающий по линии, зависит от места повреждения:

(5.1)

где EC – ЭДС системы;

XC – сопротивление системы;

XWK – сопротивление линии до точки КЗ;

XY – удельное сопротивление линии;

LK – длина от начала линии до места КЗ.

Для обеспечения селективности ток срабатывания защиты IC > I КЗ1 – тока КЗ на шинах противоположной подстанции.

Токовые отсечки применяются как в радиальных сетях с односторонним питанием, так и в сети, имеющей двустороннее питание.

5.2. Схемы отсечек

В сети с глухозаземленной нейтралью применяют трехфазные схемы, от КЗ всех видов. Для защиты от междуфазных КЗ используется двухфазная схема «неполная звезда». Схемы ТО аналогичны схемам МТЗ за отсутствием реле времени у мгновенных отсечек.

В сети с изолированной нейтралью или заземленной через большое сопротивление применяются двухфазные схемы.

Как и МТЗ, ТО выполняется на постоянном и переменном оперативном токах.

5.3. Отсечки мгновенного действия на линиях с односторонним питанием

5.3.1. Ток срабатывания отсечки

По условию селективности защита не должна работать за пределами защищаемой линии АВ, в токе В (см. рис. 5.3.1):

где I К(В)макс – максимальный ток КЗ в фазе линии при КЗ на шинах подстанции В ;

k Н – коэффициент надежности, 1,2. 1,3 – для отсечек ЛЭП с реле типа РТ.

5.3.2. Зона действия отсечки

Зона действия ТО определяется графически (рис. 5.3.1) или по формуле:

(5.3)

где XW – сопротивление линии;

XC – сопротивление системы.

ПУЭ рекомендуют применять отсечку, если её зона действия охватывает не меньше 20% защищаемой линии.

Для устранения мертвой зоны направленных защит отсечка применяется и при меньшей зоне действия.

При схеме работы линии блоком с трансформатором отсечку отстраивают от тока КЗ за трансформатором (рис. 5.3.2). В этом случае отсечка защищает всю линию и весьма эффективна.

5.3.3. Время действия отсечки

При применении быстродействующих промежуточных реле ( с временем срабатывания 0,02 с) t ТО =0,04. 0,06.

В схемах с промежуточными реле в расчетах не учитывается апериодическая составляющая тока, поскольку она затухает очень быстро, за 0,02. 0,03 с .

На линиях, защищенных от перенапряжений трубчатыми разрядниками, отсечка может срабатывать при их действии. Время срабатывания разрядника: tP =0,01. 0,02 с, а при их каскадном действии – 0,04. 0,06 с. В этом случае применяют промежуточные реле с временем действия – 0,06. 0,08 с.

5.4. Неселективные отсечки

Неселективная отсечка – это мгновенная отсечка, действующая за пределами своей линии.

Применяется в случаях, когда это необходимо для сохранения устойчивости. Неселективное действие исправляется при помощи АПВ, включающего обратно неселективно отключившуюся линию.

5.5. Отсечки на линиях с двусторонним питанием

Для определения тока срабатывания отсечек необходимо определить токи I К З( В)отG1 и I КЗ(А)отG2 .

Ток срабатывания защиты вычисляется по наибольшему из этих токов:

Во избежание неправильной работы отсечки при качаниях её ток срабатывания должен отстраиваться и от токов качания I кач :

где k Н – коэффициент надежности, k Н = 1,2. 1,3;

(5.6)

XAB – суммарное сопротивление от генератора А до В: XGA + XGB + XC ;

– сверхпереходное сопротивление генераторов;

XC – сумма сопротивлений всех остальных элементов, включенных между шинами генераторов.

Ток срабатывания выбирается по большему из двух значений (5.4) и (5.5).

5.6. Отсечки с выдержкой времени

5.6.1. Сеть с односторонним питанием

Мгновенная отсечка защищает только часть линии, чтобы выполнить защиту всей линии с минимальным временем действия применяется отсечка с выдержкой времени:

t ТО1 = t ТО2 + D t . Практически t ТО1 » 0 ,3 . 0,6 зависит от точности реле времени,

5.6.2. Сеть с двусторонним питанием

где I К1 – ток от системы при КЗ в конце зоны отсечки 2.

5.7. Токовая трехступенчатая защита

Обычно МТЗ сочетают с мгновенной отсечкой (МО) и отсечкой с выдержкой времени (ОВВ), (рис. 5.7.1).

5.8. Применение токовых отсечек

Токовые отсечки используются как основные (в сетях низкого напряжения) и резервные (сети высокого напряжения) защиты на линиях с односторонним питанием. На линиях с двусторонним питанием отсечки используются как резервные защиты.

Отсечки применяются как резервные защиты для мощных силовых трансформаторов и как основные для маломощных.

· токовая отсечка в двухфазном, двухрелейном исполнении – комплекты КЗ 9 и КЗ9/2;

· МТЗ с независимой выдержкой времени в двухфазном, двухрелейном исполнении – КЗ12;

· МТЗ в двухфазном двухрелейном исполнении и ТО – двухфазное, трехрелейное исполнение – комплект КЗ13;

· МТЗ с независимой выдержкой времени – двухфазное, трехрелейное исполнение – комплект КЗ17.

1. Конструктивно одна из самых простых защит.

2. Высокая быстрота действия.

1. Неполный охват зоной действия защищаемой линии.

2. Непостоянство зоны действия под влиянием сопротивлений в месте повреждения и изменений режима системы.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *