Расчет уставок релейной защиты 6-10 кВ

Линия электропередач осуществляет транспорт электроэнергии из точки А до точки В. На напряжении 6-35кВ ЛЭП выполняются с компенсированной или изолированной нейтралью. Данное обстоятельство накладывает определенные особенности выполнения устройств РЗА.

Например, в данных сетях допустима длительная (до нескольких часов) работа при однофазном замыкании на землю (ОЗЗ). В данном случае нагрузку переводят на другую линию, после чего происходит отключение. Также возможны варианты, когда защита от ОЗЗ на землю действует только на сигнал, либо вообще отсутствует.

Защита от двухфазных и трехфазных замыканий КЗ обеспечивается установкой комплектов РЗА в двух фазах из трех: фазе А и фазе С. Так как однофазное КЗ не критичное, то при двухфазном или трехфазном КЗ всегда отключится вся линия.

• ф.А+В => отключится по ф.А линия
• ф.А+С => отключится по двум фазам
• ф.В+С => отключится линия по ф.С

Другое дело, если произойдет двойное замыкание на землю. Это когда на двух параллельных линиях замыкается по одной разноименной фазе. В итоге у нас получается, что всего имеем 6 вариантов короткого замыкания:

• в 2 случаях отключается одна линия
• в 2 случаях другая линия
• и еще в 2 случаях происходит отключение сразу 2 линий

Получается, что в 4 вариантах из 6 одна из линий остается в работе. Это является преимуществом данного способа подключения. Другое дело, если при расшиновке фаз, вдруг не туда посадят А и В, или В и С. Тогда варианты станут плачевнее и вероятность аварий увеличится.

Скромный пример, замеряли ток на секции, или на движке каком-то, через клеммник ТТ в релейном отсеке. И после пуска и набора нагрузки выявили, что отображается у нас самая настоящая ерунда. В итоге выяснилось, что фаза B и нуль от ТТ были перепутаны местами. Как говорится, выявили дефект к устранению. Для этого и существует наладка, чтобы после монтажа проверить готовность и сдать эксплуатации к безаварийной работе.

Вопрос на засыпку? А почему двойным замыканием на землю не считается вариант двойного замыкания на одноименные фазы?

Теперь перейдем к рассмотрению и беглому рассчету следующих защит: МТЗ, ТО, ОЗЗ. Беглому, так как существует столько нюансов, что люди не один десяток книг на эту тему написали. Защиты могут выполняться, как отдельно на реле, так и в комплексе, как часть микропроцессорного терминала. Для защиты линии может быть использована трехступенчатая токовая защита, где:

• 1 ступень (токовая отсечка мгновенная) 3I>>>
• 2 ступень (то с выдержкой времени) 3I>>
• 3 ступень (мтз) 3I>

У ТО уставка по току самая большая - это грубая защита, а мтз более гибкая и позволяет выполнять функции дальнего резервирования.

МТЗ линии 6-35 кВ

Я уже рассматривал МТЗ, но, повторение - мать ученья. Максимальная токовая защита с выдержкой времени выступает в качестве первой ступени трехступенчатой защиты линии. Для расчета необходимо рассчитать ток срабатывания защиты, ток уставки, выдержку времени и отстроиться от соседних защит.

1) На первом этапе определяем ток срабатывания защиты с учетом токов самозапуска и других сверхтоков, которые протекают при ликвидации КЗ на предыдущем элементе:

в данной формуле мы имеем следующие составляющие:

Iс.з. - ток срабатывания защиты 2РЗ, величина, которую мы и определяем

kн - коэффициент надежности, который на самом деле можно считать скорее коэффициентом отстройки для увеличения значения уставки; для микропроцессорных равен 1,05-1,1, для электромеханических 1,1-1,4.

kсзп - коэффициент самозапуска, его смысл в том, что при КЗ происходит просадка напряжения и двигатели самозапускаются. Если нет двигателей 6(10) кВ, то коэффициент принимается 1,1-1,3. Если нагрузка есть, то производится расчет при условии самозапуска ЭД из полностью заторможенного состояния. Коэффициент самозапуска определяется, как отношение расчетного тока самозапуска к максимальному рабочему току. То есть зная ток самозапуска, можно не узнавать максимальный рабочий ток, хотя без этого знания не получится рассчитать ток самозапуска - в общем, сократить формулу не удастся особо.

kв - коэффициент возврата максимальных реле тока; для цифровых - 0,96, для механики - 0,65-0,9 (зависит от типа реле)

Iраб.макс. - максимальный рабочий ток с учетом возможных перегрузок, можно узнать у диспетчеров, если есть телефон и полномочия. Для трансформаторов до 630кВА = 1,6-1,8*Iном, для трансформаторов двухтрансформаторных подстанций 110кВ = 1,4-1,6*Iном.

2) На втором этапе определяем ток срабатывания защиты, согласуя защиты Л1 и Л2:

Iс.з.посл. - ток срабатывания защиты 2РЗ

kн.с. - коэффициент надежности согласования, величина данного коэффициента от 1,1 до 1,4. Для реле РТ-40 - 1,1, для РТВ - 1,3...1,4.

kр - коэффициент токораспределения, при одном источнике питания равен единице. Если источников несколько, то рассчитывается через схемы замещения и сопротивления элементов.

Первая сумма в скобках - это наибольшая из геометрических сумм токов срабатывания МТЗ параллельно работающих предыдущих элементов. Вторая сумма - геометрическая сумма максимальных значений рабочих токов предыдущих элементов, кроме тех, с которыми происходит согласование.

3) На третьем этапе выбираем наибольший из токов, определенных по условиям 1) и 2) и рассчитываем токовую уставку:

kсх - коэффициент схемы, данный коэффициент показывает во сколько раз ток в реле больше, чем ток I2 трансформатора тока при симметричном нормальном режиме работы; при включении на фазные токи (звезда или разомкнутая звезда) равен 1, при включении на разность фазных токов (треугольник) равен 1,73.

nт - коэффициент трансформации трансформатора тока.

4) Далее определяется коэффициент чувствительности, который должен быть больше или равен значения, прописанного в ПУЭ.

Отношение минимального тока, протекающего в реле, при наименее благоприятных условиях работы, к току срабатывания реле (уставке). Для МТЗ значение kч должно быть не менее 1,5 при кз в основной зоне защиты и не менее 1,2 при кз в зонах дальнего резервирования.

5) Определяемся с уставкой по времени

Смысл уставок по времени в следующем: если у нас КЗ как на рисунке выше, то сначала должен отключиться выключатель Л1 (находящийся ближе к КЗ), это необходимо, чтобы оставить в работе неповрежденные участки системы.

То есть tс.2рз=tс.1рз+dt, где дельта t - ступень селективности. Эта величина зависит от быстродействия защит (в частности точности работы реле времени) и времени включения-отключения выключателей.

Если предыдущая РЗ является токовой отсечкой или же РЗ выполнена на электронных (полупроводниковых) реле - dt можно принять 0,3с. Если же в РЗ используются электромеханические реле, то dt может быть 0,5...1,0. Для различных реле эта величина может доходить до нескольких секунд.

Как было написано выше, особенностью МТЗ является накапливание выдержек времени от элемента к элементу. И чем больше величина dt, тем большей будет отдаленная уставка. Для решения этой проблемы следует устанавливать цифровые РЗ (dt=0,15...0,2с) и одинаковые выключатели. Ведь, если выключатели одного типа, то и время срабатывания у всех одинаковое. А если, оно невелико, то и суммарная величина будет мала.

В общем выбор мтз состоит из трех этапов:

• несрабатывание 2РЗ при сверхтоках послеаварийных режимов
• согласование 2РЗ с 1РЗ
• обеспечение чувствительности при КЗ в конце Л1(рабочая зона) и в конце Л2 (зона дальнего резервирования)

Расчет токовой отсечки линии

ТО может выполняться как с выдержкой времени (токовая отсечка с замедлением), так и без нее. При расчете ТО отстраивается от максимального тока короткого замыкания в конце защищаемой линии. ТО трансформатора также отсраивается от броска тока намагничивания. Формулы и более подробно про токовую отсечку написано здесь.

Для предотвращения воздействия сверхтоков и коротких замыканий, которые нельзя отключать с выдержкой времени, используется неселективная ТО без выдержки времени. Это применимо для защиты синхронных машин от КЗ на шинах, которое может привести к нарушению устойчивости параллельной работы ТГ с энергосистемой и нарушению энергоснабжения. Формула для определения тока срабатывания неселективной ТО:

В вышеприведенной формуле:

Uс.мин - междуфазное напряжение системы в минимальном режиме работы (0,9...0,95), В

kн - уже знакомый коэффициент надежности = 1,1...1,2

zс.мин - сопротивление системы до места установки отсечки, Ом

ko - коэффициент зависимости остаточного напряжения в месте установки отсечки от удаленности 3ф КЗ, определяется по зависимости графической

Остаточное напряжение - это напряжение, при котором обеспечивается динамическая стойкость работы синхронных генераторов (Uост>0,6) и электродвигателей (Uост>0,5).

Данная неселективная ТО применяется совместно с автоматикой (АВР, АПВ), что обеспечивает быстродействие при отключениях опасных кз. Однако, для совместной работы необходимо выполнить ряд мероприятий:

• отстроить ТО от токов намагничивания трансформаторов,
• отстроить ТО от кз на шинах НН трансформаторов, находящихся в её зоне действия
• согласовать ТО с предохранителями, выключателями и другими устройствами, находящимися в её зоне действия

Защита от однофазных замыканий на землю

При расчетах защиты от ОЗЗ следует знать способ заземления нейтрали и в зависимости от этого производить дальнейшие действия. В сетях 6-35 кВ применяется токовая защита нулевой последовательности. Условия её выбора состоит в определении тока срабатывания защиты и определении коэффициента чувствительности

В данной формуле

Iс.фид.макс - собственный емкостной ток фидера

kн - коэффициент надежности равный 1,2

kбр - коэффициент броска емкостного тока при возникновении ОЗЗ

Iс.сумм - суммарный емкостной ток сети, который можно определить по формулам ниже:

для изолированной нейтрали:

В сети с изолированной нейтралью допускается работа, если емкостной ток не превышает:

• 30А для сети 6кВ
• 20А для сети 10кВ

Если же значение емкостного тока превышает полученное значение, то необходимо компенсировать его с помощью реактора, то есть перейти на другой тип заземления нейтрали.

Данные токов также можно узнать в специализированных организациях. Или же определить экспериментальным путем, что дает наиболее точное и реальное значение.

Пример расчета уставок линии 10кВ

Ну и напоследок небольшой пример расчета рза трансформатора и кабеля по схеме, приведенной на рисунке ниже:

1)На первом этапе мы составили схему замещения, которая представлена справа от самой схемы.

2)На втором этапе мы рассчитываем параметры схемы замещения )(сопротивления шин, кабеля, трансформатора) и приводим их к одному напряжению:

3) Далее определим токи трехфазного короткого замыкания в точках К1, К2 и К3

4) Выберем параметры защит для трансформатора

МТЗ. определяем по формуле, которая была выше по тексту ( 9А - номинальный ток трансформатора)

ТО. Проверяем два условия (в примере приняли цифровую защиту), второе условие - отстройка от броска тока намагничивания:

5) Выберем аналогично защиту для кабельной линии плюс ОЗЗ. С учетом, что ток емкостной равен например 1,1 А/м. Получим следующее: