2.12.2 Расчет токов замыканий для цепей релейной защиты

При расчетах релейной защиты промышленных установок, связанных с выбором уставок срабатывания и проверкой чувствительности, в качестве исходных используют результаты расчетов начального действующего значения периодической составляющей ток КЗ.

Рисунок 2.14 Расчетная схема и схема замещения

При выборе расчетных режимов и мест (точек) повреждений необходимо учитывать, что для выбора уставок срабатывания токовых отсечек и дифференциальных токовых защит, необходимо знать максимальное значение тока в месте установки защиты, а для проверки чувствительности защит требуется рассчитать наименьшее значение тока в реле защиты при КЗ в конце её зоны действия и в зоне резервирования.

Расчеты тока КЗ целесообразно производить, принимая за основную сторону ВН трансформатора.

Подпитка места КЗ электродвигателей не учитывается.

Расчет токов КЗ производится в именованных единицах.

Сопротивления:

1. Питающей системы:

2. ВЛ 110 кВ

3. Трансформатора ГПП при крайних положениях регулятора РПН (в Омах):

Рисунок 2.15 Схема замещения трансформатора и преобразование её для расчета токов КЗ

о.е.

4. Суммарное сопротивление до точки К2:

5. Токи короткого замыкания:

2.12.3 Защита отходящих линий

Для воздушных и кабельных линий 6-35 кВ должны предусматриваться:

• защита от многофазных замыканий;

• защита от однофазных замыканий на землю.

Защита от многофазных замыканий выполняется двухступенчатой в двухфазном, двух- или трехрелейном исполнении.

Первая ступень – двухрелейная токовая отсечка, вторая – двух или трехрелейная максимальная токовая защита, с не зависимой от тока характеристикой выдержки времени.

В схемах защиты с отсечкой, выполненной с использованием реле типа РТ-40 (рисунок 2.16), в выходную цепь защиты включается промежуточное реле, обеспечивающее отключение выключателя, а также некоторую отстройку от возможного броска апериодической составляющей тока КЗ, от бросков намагничивающих токов силовых трансформаторов, получающих питание по защищаемой линии.

Рисунок 2.16 Варианты выполнения упрощенных дифференциальных защит кабельной линии (KL):

Ql, Q2- выключатели; ТА1, ТА2- трансформаторы тока; КА1- КА4- реле тока;

KL1, KL2- промежуточные реле

Первичный ток срабатывания токовой отсечки определяется из условия надежного несрабатывания ее при трехфазном КЗ в конце защищаемой линии, а для отсечки, установленной на линии, к которой подключены один или несколько силовых трансформаторов,- из условия надежной отстройки от КЗ на стороне низшего напряжения трансформаторов по выражению:

, (2.75)

где =1,3-1,4 - коэффициент отстройки;

- наибольшее начальное значение периодической составляющей тока в месте установки защиты при КЗ в указанных выше точках. Для магистральных линий, питающих группу силовых трансформаторов, кроме (2.75) должно выполняться условие отстройки от суммарного броска намагничивающих токов этих трансформаторов

, (2.76)

где =2-3 при выполнении токовой отсечки с промежуточным реле, обеспечивающим замедление действия защиты на время около 0,1 с, и=4-5 при выполнении отсечки без замедления;

- сумма номинальных токов трансформаторов, присоединенных к защищаемой линии.

Чувствительность отсечки проверяется при двухфазном КЗ в начале линии без подключенных трансформаторов или в конце линии. Минимальный коэффициент чувствительности, определяемый по выражению ,должен быть не менее 1,5, а при отсутствии отдельных защит от многофазных КЗ, например, предохранителей на подключенных к линии трансформаторах - не менее 2.

Первичный ток срабатывания максимальной токовой защиты, установленной на линии, питающей один или несколько трансформаторов, выбирается из условий отстройки от наибольшего тока нагрузки:

, (2.77)

где =1,1-1,2;- — коэффициент возврата реле тока;- коэффициент самозапуска, учитывающий возрастание тока нагрузки в послеаварийном режиме или после действия АВР за счет самозапуска электродвигателей;

- наибольший ток нагрузки защищаемой линии с учетом перегрузочной способности трансформаторов.

Если в схеме выполнено ускорение максимальной токовой защиты, то помимо условия (2.77) должно быть учтено (2.76), где следует принять равным 2.

Чувствительность защиты проверяется при двухфазном КЗ в конце линии и на выводах низшего напряжения трансформаторов. Минимальное значение коэффициента чувствительности должно быть около 1,5 при КЗ на выводах НН трансформаторов. При наличии отдельных защит трансформаторов должно обеспечиваться 1,5 при КЗ в конце линии и по возможности1,2 при КЗ на выводах НН.

Первичный ток срабатывания максимальной токовой защиты линий, питающих РП, выбирается по условию отстройки от наибольшего тока нагрузки по (2.77).

Рекомендуется, если это не ограничивает чувствительность защиты, согласовывать защиту линий с быстродействующими защитами линий, подключенных к РП, используя выражение:

, (2.78)

где - коэффициент надежного согласования (= 1,3-1,5);

— наибольший из токов срабатывания защит, обычно токовых отсечек электродвигателей или трансформаторов, получающих питание от шин РП;

- наибольший рабочий ток защищаемой линии за вычетом тока нагрузки линии, с которой производится согласование.

Защита от однофазных замыканий на землю устанавливается на всех линиях 6-35 кВ, отходящих от шин РП и ГПП, работающих в сетях с изолированной и заземленной через дугогасящий реактор нейтралью и действующей на сигнал, за исключением тех случаев, когда по условиям техники безопасности требуется действие защиты на отключение.

В сетях с изолированной нейтралью целе­сообразно применять защиту с реле типа РТЗ-51, если обеспечивается необходимая чувствительность защиты в сочетании с устройством типа УСЗ-ЗМ. Если по условиям безопасности или из-за недостаточной чувствительности реле типа РТЗ-51 требуется обеспечить минимальный ток срабатывания защиты, следует предусматривать направленную токовую защиту нулевой последовательности типа ЗЗП-1. В двухступенчатых защитах I ступень выполняется в виде защиты типа ЗЗП-1, а II- в виде защиты максимального напряжения нулевой последовательности (с помощью реле напряжения серии РН-50 и реле времени).

Для сетей, в которых не требуется установка двухступенчатых защит с действием на отключение, независимо от способа токовой защиты обязательно применение устройства контроля изоляции, которое обычно выполняется с использованием реле напряжения, включенного на разомкнутый треугольник дополнительной вторичной обмотки шинного трансформатора напряжения, и вольтметра с переключателем.

Токовые цепи защит подключаются к трансформаторам тока нулевой последовательности. Схемы их соединения для подключения устройств типов УСЗ-2/2, УСЗ-3М и ЗЗП-1 даны на Рисунок 2.17. Для подключения реле типа РТЗ-51 вторичные обмотки трансформаторов тока могут соединяться последовательно или параллельно. Цепи напряжения защиты типа ЗЗП-1 подключаются к соединенной в разомкнутый треугольник дополнительной вторичной обмотке трансформатора напряжения через вспомогательное устройство типа ВУ-1.

Рисунок 2.17. Схема соединения трансформаторов тока типов ТЗЛ и ТЗЛМ для подключения устройств типов УСЗ-2/2, УСЗ-ЗМ и ЗЗП-1:

а- при одном кабеле; б- при двух кабелях в линии; в- при трех кабелях в линии; г- при четырех кабелях в линии; д- при пяти кабелях в линии; е- при шести кабелях в линии; ТА1- ТА6- трансформаторы тока нулевой последовательности типов ТЗЛ и ТЗЛМ; КА- устройство сигнализации или защиты от замыкания на землю

Расчетные уставки защиты.

1. Первичный ток срабатывания защиты, выполненной на реле типа РТЗ-51, выбирается из условия несрабатывания защиты от броска собственного емкостного тока линии при внешнем («за спиной») перемежающемся замыкании на землю по выражению:

, (2.79)

где = 1,1 -1,2 - коэффициент отстройки;

= 2 - 2,5 — коэффициент, учитывающий бросок собственного емкостного тока;

- собственный емкостный ток линии, включая емкостный ток сети, получающей питание по защищаемой линии.

Определение производится:

для кабельной линии

, (2.80)

где - емкостной ток 1 км кабеля (табл. 2.17);

- длина линии, км; m — число параллельных кабелей в линии.

Чувствительность защиты проверяется по формуле:

, (2.81)

где - наименьшее реальное значение суммарного емкостного тока замыкания на землю;

- значение собственного емкостного тока поврежденного присоединения;

- значение тока, на которое настроен дугогасящий реактор, в сети с изолированной нейтралью=0. Значениедолжно быть не менее 1,25 для кабельных и не менее 1,5 для воздушных линий.

2. Расчетный ток срабатывания защиты типа ЗЗП-1 определяют, исходя из требований обеспечить коэффициент чувствительности =2 при однофазном замыкании на землю в защищаемой линии по формуле:

(2.82)

Принятый ток срабатывания () выбирается равным ближайшему меньшему по отношению к значению: 0,07; 0,5; 2 А. Чувствительность защиты проверяется при принятом значении с учетом 30 % разброса, имеющего место в защите, по условию:

, (2.83)

Таблица 2.17. Средние значения емкостного тока металлического однофазного замыкания на землю для кабельных линий при частоте 50 Гц

Сечение жилы кабеля, мм2	Ток, А/км, при номинальном напряжении сети, кВ
	6		10	35
	при номинальном напряжении кабеля, кВ
	6	10	10	35
16	0,31	0,26	0,43	–
25	0,43	0,34	0,56	–
35	0,49	0,38	0,63	–
50	0,58	0,44	0,73	–
70	0,73	0,52	0,87	–
95	0,89	0,61	1,02	3,62/3,81
120	1	0,70	1,16	3,81/4,57
150	1,19	0,78	1,3	4,19/4,95
185	0,28	0,91	1,51	4,38/5,34
240	0,33	1,01	1,8	4,76/5,91

Примечание. Для номинального напряжения 35 кВ в числителе указаны значения токов для одножильного кабеля с изоляцией из вулканизированного полиэтилена, в знаменателе - для одножильного кабеля с металлической оболочкой и бумажной пропитанной изоляцией.