Методические указания по выбору характеристик и уставок защиты электрооборудования с использованием микропроцессорных терминалов серии (стр. 10 из 12)
Для снижения уставок максимальных защит питающих элементов в городских сетях:
1) ограничивают число параллельно работающих кабельных линий, используя устройства АВР;
2) секционируют шины на приемных подстанциях, устанавливая на секционных выключателях мгновенную неселективную защиту ("слабую связь"), прекращающую параллельную работу при КЗ в сети;
3) применяют на питающих концах параллельно работающих линий максимальные защиты с независимыми характеристиками. Если это допустимо по условию согласования их характеристик с обратнозависимыми времятоковыми характеристиками защит питаемых (нижестоящих) элементов, например, трансформаторов 6/0,4 кВ и 10/0,4 кВ, которые защищаются плавкими предохранителями типа ПКТ.
Приведенные выше примеры не охватывают все возможные расчетные случаи, но рассмотренная методика выбора времятоковых характеристик и параметров срабатывания токовых защит поможет инженеру-релейщику найти правильное решение и при других расчетных условиях.
В заключение следует напомнить, что после выбора выдержек времени максимальных токовых защит по условию селективности, необходимо в ряде случаев проверять термическую стойкость защищаемого элемента, т.е. допустимость прохождения максимального тока КЗ в течение выбранного времени действия защиты. Это объясняется тем, что термическое воздействие электрического тока прямо пропорционально времени его прохождения. При недопустимо длительном прохождении большого сверхтока может произойти опасный перегрев токоведущих частей и изоляции и разрушение защищаемого элемента. Например, перегорание проводов воздушных линий электропередачи малого сечения, повреждение электрических кабелей и т.п. Следует учитывать и дополнительное время прохождения тока КЗ после АПВ линии на устойчивое (неустранившееся) повреждение. Здесь надо ещё раз отметить, что цифровые реле позволяют существенно ускорить отключение КЗ за счет высокой точности работы и наличия "ускорения" защиты после АПВ линии (последнее невозможно при использовании электромеханических реле РТ-80 и РТВ).
При использовании в сети только цифровых реле можно принимать ступени селективности Dt = 0,15 ¸ 0,2 с. При необходимости можно использовать трёхступенчатую токовую защиту и обеспечить отключение близких КЗ на линии с t = 0 с, а более удалённых − с t = 0,15 ¸ 0,2 с. Следующий пример показывает возможность использования голых проводов ЛЭП 10 кВ меньшего сечения только за счёт замены электромеханических реле РТВ на цифровые и ускорения отключения КЗ.
Минимальное допустимое сечение голых проводов (по условию их термической стойкости при КЗ) определяется по выражению:
sмин =
, (1-14)где С = 69,5 (из справочников),
tоткл = tс.з + tс.з.уск + 2tо.в , (1-15)
где: tо.в - время отключения выключателя; tс.з.уск - время срабатывания "ускоренной" защиты после АПВ.
Если принять Iк.макс = 3600 А, что соответствует питанию от трансформатора мощностью 10 МВ А, то при электромеханических реле РТВ минимальное допустимое сечение проводов:
sмин =
= 65,5 мм2 илиближайшее, стандартное сечение 70 мм2. В этом примере:
tоткл = 0,7 + 0,7 + 2 × 0,1 = 1,6 с,
так как минимальное время отключения защиты с реле РТВ равно 0,7 с и "ускорение" после АПВ отсутствует.
При том же значении тока КЗ и tоткл = 0,2 + 0,05 + 2 × 0,1 = 0,45 с (что возможно выполнить только с помощью цифровых реле) минимальное допустимое сечение проводов:
sмин =
= 34,7 мм2 илиближайшее, стандартное сечение 35
.Таким образом, по условию термической стойкости можно использовать провода в два раза меньшего сечения!
При питании от трансформатора мощностью 16 МВ А и Iк.макс = 5200 А при защите отходящих линий 10 кВ с помощью цифровых реле можно использовать провода сечением 50 мм2, а при защите на реле РТВ (или РТ-80) необходимо сечение 90 мм2.
1-7. Расчеты токовых отсечек
Токовой отсечкой (cutoff) обычно называют одну из ступеней двухступенчатой или трехступенчатой максимальной токовой защиты. Токовая отсечка защищает только часть линии или часть обмотки трансформатора, расположенные ближе к источнику питания, Отсечка срабатывает без специального замедления, то есть t » 0 с. В трехступенчатой максимальной токовой защите линий средняя ступень обычно используется как отсечка с небольшим замедлением.
Расчет тока срабатывания селективной токовой отсечки без выдержки времени, установленной на линии, на понижающем трансформаторе и на блоке линия-трансформатор. Селективность токовой отсечки мгновенного действия обеспечивается выбором её тока срабатывания Iс.о большим, чем максимальное значение тока КЗ
при повреждении в конце защищаемой линии электропередачи (точки К3 и К5 на рис.1-17) или на стороне НН защищаемого понижающего трансформатора (точка К3 на рис.1-18):Iс.о ³ kн ×
. (1-16)Коэффициент надёжности kн для токовых отсечек без выдержки времени, установленных на линиях электропередачи и понижающих трансформаторах, при использовании цифровых реле, в том числе SEPAM, может приниматься в пределах от 1,1 до 1,15. Для сравнения можно отметить, что при использовании в электромеханических дисковых реле РТ-80 электромагнитного элемента (отсечки) принимают в расчетах kн = 1,5 ¸ 1,6.
При определении максимального значения тока КЗ при повреждении в конце линии электропередачи напряжением 35 кВ и ниже рассматривается трёхфазное КЗ при работе питающей энергосистемы в максимальном режиме, при котором электрическое сопротивление энергосистемы является минимальным. Для линий 110 кВ и выше максимальное значение тока КЗ в выражении (1-16) может соответствовать однофазному КЗ на землю (что характерно для линий 110 кВ, отходящих от шин мощных подстанций с автотрансформаторами 330-750/110 кВ).
Рис.1-17. Пример графического определения зон действия отсечек
на линиях электропередачи
Рис.1-18. Характерные точки КЗ для расчетов токовых отсечек на понижающих трансформаторах и блоках линия-трансформатор.
Определение максимального тока трёхфазного КЗ за трансформатором с регулированием напряжения (РПН) необходимо производить при таком положении регулятора напряжения, которое соответствует наименьшему сопротивлению трансформатора [6].
Кроме отстройки токовой отсечки от максимального значения тока КЗ по условию (1-16), необходимо обеспечить её несрабатывание при бросках тока намагничивания (БТН) силовых трансформаторов. Эти броски тока возникают в момент включения под напряжение ненагруженного трансформатора и могут первые несколько периодов превышать номинальный ток трансформатора в 5−7 раз. Однако выбор тока срабатывания отсечки трансформатора по условию (1-16), как правило, обеспечивает и отстройку от бросков тока намагничивания.
При расчете токовой отсечки линии электропередачи, по которой питается несколько трансформаторов, необходимо в соответствии с условием (1-16) обеспечить несрабатывание отсечки при КЗ за каждым из трансформаторов и дополнительно проверить надёжность несрабатывания отсечки при суммарном значении бросков тока намагничивания всех трансформаторов, подключённых как к защищаемой линии, так и к предыдущим линиям, если они одновременно включаются под напряжение. Условие отстройки отсечки от бросков тока намагничивания трансформаторов имеет вид:
Iс.о ³ kн × SIном.тр , (1-17)
где SIном.тр - сумма номинальных токов всех трансформаторов, которые могут одновременно включаться под напряжение по защищаемой линии; kн - коэффициент надёжности, значение которого зависит от времени срабатывания токовой отсечки.
В цифровых реле серии SEPAM несрабатывание мгновенной отсечки при БТН трансформаторов обеспечивается путём автоматического удвоения уставки отсечки по току на время действия апериодической составляющей переходного процесса, вызванного броском намагничивающего тока трансформаторов; при этом в выражении (1-17) следует учитывать лишь половину суммы номинальных токов всех трансформаторов. Этот режим работы обеспечивается в терминалах SEPAM 40 и 80 серии. В редакторе логических уравнений проектируют логику, запускающую более грубую ступень токовой отсечки на 100 ¸ 120 мс. На длительность этого временного интервала блокируются действие рабочей уставки (отсечки) терминала.
При необходимости можно использовать оба мероприятия, т.е. небольшое замедление и автоматическое удвоение уставки по току.
На линиях 10 и 6 кВ с трансформаторами на ответвлениях, которые защищаются плавкими предохранителями (например, типа ПКТ-10), в условии (1-16) значение
должно соответствовать току трёхфазного КЗ за наиболее мощным из трансформаторов. Далее следует определить время плавления вставок предохранителей этого трансформатора при расчетном токе КЗ, равном току срабатывания отсечки, выбранному из условий (1-16) и (1-18). Для учёта допускаемого стандартом разброса времятоковых характеристик плавких предохранителей ПКТ следует значение этого тока уменьшить на 20%: Iрасч = Iс.о / 1,2. Если время плавления tпл £ 0,1 с, то отсечка с таким током срабатывания может быть использована при условии, что защищаемая линия имеет устройство автоматического повторного включения (АПВ). Если tпл ³ 0,1 с, то следует либо увеличить ток срабатывания отсечки до такого значения, при котором обеспечивается расплавление вставок предохранителей до момента отключения защищаемой линии, т.е. не более 0,1 с, либо увеличить время срабатывания отсечки.