Направленная токовая защита: Максимальная токовая и токовая направленная защиты

3.4. Токовые направленные защиты линий

В
сетях с 2-х сторонним питанием направление
тока и мощности к.з. зависит от места
возникновения к.з. и может иметь два
противоположных направления.

Определяя
направление мощности к.з., проходящей
по линии, можно выявить, где возникло
к.з. – на защищаемой линии или на других
присоединениях, отходящих от шин данной
подстанции.

Направленной
называется защита, действующая только
при определённом направлении (знаке)
мощности к.з.

Направленные
защиты для обеспечения селективности
в сетях с 2-х сторонним питанием должны
устанавливаться с обеих сторон каждой
линии и действовать при направлении
мощности от шин в линию, а выдержки
времени защит, работающих при одном
направлении мощности, должны согласовываться
между собой по ступенчатому принципу,
нарастая по направлению к источнику
питания, от тока которого они действуют.

3.4. Токовые направленные защиты линий. Максимальная токовая направленная защита

Защита,
реагирующая на значение тока и направление
(знак) мощности к.з., называется максимальной
токовой направленной защитой.

Защита
должна приходить в действие при соблюдении
2-х условий:

• ток
  превышает заданное значение (уставку
  тока срабатывания)

• знак
  мощности к.з. соответствует к.з. в
  защищаемом направлении

Орган,
определяющий знак мощности к.з. называется
органом
направления мощности.

Кроме
измерительного органа (реле тока), органа
направления мощности (реле направления
мощности), защита имеет орган выдержки
времени (реле времени).

Реле
направления мощности в схемах максимальных
токовых направленных защит могут
подключаться к токовым цепям и цепям
напряжения по различным схемам, так как
мощность, подводимая к реле S_P
может иметь недостаточную для срабатывания
реле величину (при близких к.з. за счёт
снижения напряжения U_P
или при неблагоприятных значениях угла
_Р
когда Sin

равен или близок к нулю).

Упрощенная
схема максимальной токовой направленной
защиты

Наибольшее
применение нашли 90-градусные
и 30-градусные
схемы
подключения реле направления мощности.

Схема
включения реле направления мощности и
векторные диаграммы токов и напряжений,
подводимых к реле:

а)
при 90-градусной схеме;

б)
при 30-градусной схеме.

Реле
направления мощности включенные на ток
неповреждённых фаз может действовать
неправильно, поэтому в схемах направленных
токовых защит применяют пофазный
пуск,
принцип действия которого заключается
в том, что пусковые реле разрешают
замыкать цепь на отключение только реле
мощности включённым на токи повреждённых
фаз.

Защита
дополняется устройством, контролирующим
исправность цепей напряжения, т.к. при
нарушениях в цепях напряжения питающих
реле направления мощности защита может
подействовать неправильно.

Для
отключения
однофазных к.з.
обычно применяются отдельные защиты,
реагирующие на токи и напряжения нулевой
последовательности. Поэтому максимальная
токовая направленная защита часто
используется только в качестве защиты
от междуфазных к.з., а при замыканиях на
землю защита блокируется с помощью
специального токового реле, включаемого
в нулевой провод трансформаторов тока
соединенных в звезду на ток нулевой
последовательности.

Развёрнутая
схема максимальной токовой направленной
защиты с блокировкой при замыкании на
землю

а)
цепи тока; б) цепи напряжения; в) цепи
постоянного тока

Ток
срабатывания
токовых
направленных защит выбирается аналогично
току срабатывания обычных МТЗ
по условиям отстройки от максимальных
нагрузочных режимов. При этом отстройка
производится от токов, направленных от
шин в линию.

Выбор
выдержек времени токовых
направленных защит производится по
встречно-ступенчатому принципу. При
этом защиты разделяются на две группы
с учётом направленности их действия,
т.е. производится согласование по времени
защит, действующих в одном направлении.

Чувствительность
токовых пусковых органов максимальной
токовой направленной защиты оценивается
по току 2-х фазного к.з. в конце защищаемой
линии и в конце резервируемых участков.

Основы направленной максимальной токовой защиты в электрической сети

Зачем нужна направленная максимальная токовая защита?

Почему мы используем направленную максимальную токовую защиту? Когда направление тока повреждения становится важным? Ну, электросетевая сеть состоит из сети электростанций, подстанций и линий электропередач. Помимо простой радиальной системы с одним концом, существуют еще более сложные системы, такие как силовые системы с двойным концом и параллельные фидеры в кольцеобразовании.

Основы направленной максимальной токовой защиты в электрической сети (на фото: защитное реле ABB REF615, кредит: MARUF KHAN через Youtube)

Поэтому во многих случаях не только необходимо знать величину тока повреждения, но также и его направление .

Радиальная система с двойным концом показана на рисунке 1. В этом примере линия подается с обоих концов . Защитные зоны обозначаются эллипсами. Требование состоит в том, чтобы открыть все выключатели в любой защитной зоне, где произошла ошибка, но ни одна из других.

В этом примере невозможно создать адекватную схему защиты с использованием ненаправленных защитных устройств .

Рисунок 1 — Система с двойным концом

Рассмотрим неисправность F _C5 . Как определено зонами, только CB 4 и 5 должны срабатывать. Поскольку CB 3 находится в непосредственной близости от CB 4, не будет большой разницы в токе короткого замыкания, протекающем через эти два автоматических выключателя, поэтому IDMT IED (реле с независимым минимальным временем защиты) не сможет различать их. Такая же ситуация применяется и для CB 5 и CB 6.

Это означает, что при использовании ненаправленных устройств КБ 3, 4, 5 и 6 отключились бы в случае неисправности на F _C5 . Понятно, что нам нужно устройство, способное определять направление тока повреждения, а также его величину .

Направленные устройства защиты от сверхтоков могут достичь этого требования, хотя и за дополнительную плату . Направленные СВУ определяют направление тока повреждения путем измерения напряжения с помощью трансформатора напряжения, а также тока с трансформатором тока и установления разности фаз.

В этой технической статье нет подробных сведений о том, как именно это достигается, но можно видеть, что можно определить направление тока повреждения и основать решение об отклонении по этому критерию.

Рассмотрим снова ошибку в F _C5 . На этот раз предположим, что у нас есть направленные СВУ. Если мы сконфигурируем IEDs для отключения сверхтоков только в том случае, если направление тока течет от шины, CB 4 и CB 5 будут отключены, но CB 3 и CB 6 не будут .

Обобщить //

IED по перегрузке по току должен срабатывать всякий раз, когда мощность отказа отходит от шины, но должна сдерживаться всякий раз, когда мощность отказа протекает по направлению к шине. Существуют и другие ситуации, в которых нет двойных источников, где необходимы устройства направленной защиты .

Параллельные питатели в системе с одним концом

Один пример — для системы с параллельным питанием с одним концом. На рисунке 2 показана ситуация, когда неисправность на одной из параллельных линий подается как с поврежденной линией, так и с здоровой.

Рисунок 2 — Параллельные фидеры в системе с одним концом

Эти диаграммы показывают, что ток повреждения будет протекать не только от источника, через CB 4, но и от источника, через CB 1, CB 2, Bus B и CB3. Если используются ненаправленные СВУ, все автоматические выключатели будут отключены, таким образом изолируя здоровый участок линии между (1) и (2).

Эта проблема может быть решена путем введения направленного СВУ в (2) и (3). Если направление отключения установлено таким образом, что они будут отключаться, когда неисправность находится вдали от шины, только CB в требуемой зоне будут отключены. В приведенном выше примере CB 2 не отключается, так как ошибка протекает по направлению к шине.

Направленные СВУ более дорогие, чем ненаправленные. Более того, они требуют использования дополнительного трансформатора напряжения. По этим причинам их следует использовать только в случае крайней необходимости. Вы можете убедиться, что в этом примере ненаправленные ИЭУ будут достаточными для позиций (1) и (4).

Кольцевая основная подающая система

Другим примером, в котором направлены направленные ИЭУ, является система кольцевого основного фидера, как показано на рисунке 3. Такая система позволяет поддерживать питание для всех нагрузок, несмотря на неисправность на любом участке фидера. Ошибка в любом разделе приводит к отключению только CB, связанных с этой секцией.

Затем мощность переходит на нагрузку через альтернативный путь.

Рисунок 3 — Защита кольцевого фидера с использованием направленного максимального тока IED

Направленные СВУ и их направление срабатывания обозначены стрелками на диаграмме. Стрелки с двойным концом указывают ненаправленные ИЭУ, так как они срабатывают с токами, протекающими в любом направлении .

Направленная максимальная токовая защита (VIDEO)

Ссылка // Принципы автоматизации подстанции Майкла Дж. Бергстрома

Связанные электрические направляющие и изделия

138. Токовые направленные защиты. Область применения, принцип действия, основные органы и выбор параметров.

Направленная токовая защита (НТЗ) при КЗ
должна реагировать на значение тока и
направление мощности в поврежденных фазах защищае-мой ЛЭП. Структурная схема
направленной МТЗ показана на рис. 9. Она включает в себя три основных
элемента (органа):

—   два пусковых реле тока КА (измерительные
органы тока — ИОТ), кото-
рые срабатывают при появлении тока
КЗ и выдают сигнал, разрешаю-
щий РЗ действовать;

—        два реле направления мощности
KW
(органы направления мощности
– ОНМ), которые срабатывают при
положительном направлении мощно-
сти (от шин в линию) и подают
сигнал, разрешающий действовать (сра-
батывать) защите;

—   логическую схему (которая действует по
заданной программе: получив
сигнал о срабатывании ИОТ, ОНМ
формирует сигнал о срабатывании
РЗ, который с заданной выдержкой
времени поступает на электромаг-
нит отключения (ЭО) выключателя (YAT)
и производит его отключе-
ние).

Пусковое реле тока (КА) включают на полный
ток фазы ЛЭП, а реле направления
мощности (РНМ) – на ток той же фазы и соответствующее
междуфазное напряжение. Поведение РНМ
определяется знаком мощно-

сти, подведенной к его зажимам

При КЗ на защищаемой ЛЭП
S_p
положительна (+S_p),
и РНМ разрешает НТЗ действовать на отключение. В этом случае реле КА и КW,
приходя в действие, подают сигналы
на вход логического элемента И (рис. 9).
На выходе элемента И появляется сигнал,
который приводит в действие реле
времени КТ. Через заданное время на выходе КТ появляется сигнал,
действующий на исполнительный элемент КL,
который подает команду на отключение выключателя.

При КЗ на других присоединениях данной
подстанции КА срабаты-

вает, если
I_к>I_с.з.,
но так как КW
не работает, элемент И, а следовательно,
и НТЗ в целом не действуют.

Рассматриваемая структурная схема может быть
реализована с по-мощью как контактных, так и бесконтактных (микроэлектронных)
реле направления мощности в виде
принципиальной схемы, представленной на рис.10.

В нормальном режиме, если мощность нагрузки
направлена от шин в ЛЭП, РНМ может
также сработать (ложно). Для исключения ложного
срабатывания НТЗ ее пусковой орган КА
необходимо отстраивать от тока

нагрузки (I_сз>I_нmax).

При качаниях в энергосистеме НТЗ может также сработать ложно,
еcли ток качания окажется больше
I_сз.
Мощность S_рна зажимах реле КW
будет направлена от шин в ЛЭП, а период качаний будет больше вы-держки
времени НТЗ. Для исключения дейcтвия НТЗ при качаниях ее время действия должно
быть больше 1с.

В кольцевой сети НТЗ может срабатывать
каскадно, т.е. последова-тельно
срабатывают РЗ и отключаются выключатели, установленные по концам
защищаемой ЛЭП.

В начало

Токовая направленная защита — нулевая последовательность

Токовая направленная защита — нулевая последовательность

Cтраница 1

Токовая направленная защита нулевой последовательности предназначена для действия при однофазных к.
 [1]

Расчеты первых ступеней токовых направленных защит нулевой последовательности на других линиях производятся аналогично.
 [2]

Значительно лучшие показатели имеют токовые направленные защиты нулевой последовательности, рассматриваемые ниже. Данные же защиты находят применение преимущественно в кольцевых сетях с одной точкой питания напряжением до 35 кВ в случае, если их выдержки времени оказываются допустимыми.
 [4]

Часто в комплекты входят и токовые направленные защиты нулевой последовательности для действия при Kw.
 [5]

В Советском Союзе методам расчета токовых направленных защит нулевой последовательности, учитывающим все перечисленные их особенности, было уделено особенно большое внимание, начиная примерно с 1940 г., когда было принято решение ориентироваться на их применение в сетях с Е / ном ПО кВ для действия при КЗ на землю вместо дистанционных защит, которые в те годы не имели удачных исполнений для работы при этом виде КЗ. Рассматриваемые защиты, как уже отмечалось, и в настоящее время широко применяются в указанных сетях как резервные, а иногда и как основные со ступенчатыми характеристиками выдержки времени.
 [6]

В качестве реле направления мощности токовой направленной защиты нулевой последовательности при отсутствии устройств емкостного отбора напряжения должно использоваться реле направления мощности с токовой поляризующей обмоткой, которая включается на сумму токов трансформаторов тока, установленных в нейтралях силовых трансформаторов. Последнее допустимо, поскольку суммарный ток двух нейтралей трансформаторов при к.
 [7]

Если на присоединении приходит в действие токовая направленная защита нулевой последовательности, то возможно выполнение запрета действия токовой защиты от междуфазных к.
 [8]

Приведенные типы реле направления мощности применяются в схемах токовых направленных защит нулевой последовательности.
 [9]

При установке на питающих концах дистанционной защиты и токовой направленной защиты нулевой последовательности с высокочастотной блокировкой блокирующий полукомплект на ответвлении может быть выполнен с использованием для пуска в. Характеристики указанных направленных реле должны быть направлены в сторону внешних к.
 [10]

Схема используется в сочетании с дистанционной защитой и токовой направленной защитой нулевой последовательности.
 [11]

Основной комплект содержит токовую отсечку от многофазных КЗ и токовую направленную защиту нулевой последовательности от КЗ на землю.
 [12]

Основной комплект содержит токовую отсечку от многофазных КЗ и токовую направленную защиту нулевой последовательности ( ТНЗНП) от КЗ на землю.
 [13]

Широко используемые в сетях с [ / ном ПО кВ токовые защиты и токовые направленные защиты нулевой последовательности, если они не имеют выдержек времени, от этих бросков тока должны отстраиваться, особенно на линиях с ответвлениями.
 [14]

Та, например, возникает однофазное короткое замыкание, не ликвидируемое первой ступенью токовой направленной защиты нулевой последовательности. Это короткое замыкание успевает до срабатывания второй ступени указанной защиты перейти в замыкание между двумя фазами без земли.
 [15]

Страницы:  

   1

   2

   3

28.Токовые направленные защиты.
Принцип действия защиты. 

Токовые направленные защиты

Направленные защиты ставятся на линиях с двухсторонним
питанием.

На линиях с двухсторонним питанием используются:

1.    
Токовые отсечки.

2.    
Направленная максимальная защита.

3.    
Продольная дифференциальная защита.

4.    
Дистанционная защита.

5.    
Высокочастотная защита.

Первая ступень
защиты.

ТО без выдержки времени обладает селективностью
на линиях с двусторонним питанием. Она используется в качестве пер­вой ступени
токовой направленной защиты

Выбор ее тока срабатывания
рассмотрен в лекции № 7. Реле направления мощности ставят, если требуется
повысить чувствительность токовой отсечки.

Вторая ступень защиты.

Токовая отсечка с выдержкой
времени, которая ставится на линиях с односторонним питанием, также обладает
селективностью и на линиях с двусторонним питанием.

При выборе ее тока срабатывания
необходимо учитывать токи подпитки от второго источника.

При коротких замыканиях в точках K1 и K2 ток , проходящий в мес­те установки защиты A1, оказывается меньше
токов  и  за счет тока
«подпитки» от генератора G2.
Отношения

называют коэффициентами токораспределения. Их учитывают при выборе тока
срабатывания второй ступени линии А1.

Третья ступень защиты – максимальная токовая защита

Для селективного действия в сетях с двусторонним питанием
МТЗ дополняется измерительным органом направления мощности КW. Такая защита  называется  
токовой  направленной.

Измерительные органы защиты.

1.    
Максимальное реле тока – РТ-40.

2.    
Реле направления мощности.

Защита реагирует не только на значение тока в защищаемом
элементе, но и на его фазу относительно на­пряжения на шинах у места уста­новки
защиты.

Селективное действие защиты обеспечивается соответствующим
включением органа направления мощности и выбором выдержки времени.

Принцип действия защиты.

При замыкании в любой точке фаза тока протекающего через
защиты А1 и А4 не меняется. Их можно выполнить без
реле направления мощности.

Векторные диаграммы при замыкании в точке К1

Векторные диаграммы при замыкании в точке К2

Фаза тока при перемещении точки КЗ от К1
к К2 в защитах А2 и А3 меняется на противоположную. Это используется в
направленной защите.

Реле направлении мощности защиты А2
срабатывает при сдвиге фаз соответствующему КЗ в т. К1, а А3 – при сдвиге фаз,
соответствующему КЗ в т. К2.

При КЗ в т. К1 срабатывают
измерительные органы защит А1,А2,А4.

Для селективного отключения линии АБ согласовывают выдержки
времени защит А1 и А4. 

При КЗ в т. К2 срабатывают
измерительные органы защит А1,А3,А4.

Для селективного отключения линии БВ согласовывают выдержки
времени защит А1 и А4. 

Лекция 10. Токовые направленные защиты

Принцип действия токовой направленной защиты. Для селективного действия в сетях с двусторонним питанием токовая защита дополняется измерительным органом направления мощности КW. Такая защита называется токовой направленной. Она, как и токовая, обычно выполняется трехступенчатой с относительной селективностью. Ранее отмечалось, что первая и вторая ступени токовой защиты сохраняют селективность в сетях с двусторонним питанием, поэтому они могут и не иметь органов направления мощности.

В отличие от токовой защиты токовая направленная благодаря реле КW реагирует не только на абсолютное значение тока в защищаемом элементе, но и на его фазу относительно напряжения на шинах у места установки защиты, т. е. действует в зависимости от направления мощности при коротких замыканиях. Селективное действие защиты обеспечивается соответствующим включением органа направления мощности и выбором выдержки времени. Размещение защит A1 —А4 показано на рисунке 10.1, а. Из рассмотрения векторных диаграмм напряжения и тока (рисунок 10.1,б,в) следует, что фаза тока в месте включения защит А2 и АЗ относительно напряжения U_Б на шинах подстанции Б при перемещении повреждения из точки К1 в точку К2 дискретно изменяется на угол . При построении векторных диаграмм за положительное направление мгновеннного значения тока принято направление от шин в сторону линии (рисунок 10.1,а).

Защиту А2 необходимо выполнить так, чтобы она действовала на отключение только при углах сдвига фаз между током и напряжением, соответствующих короткому замыканию в точке К₁, а защиту АЗ— при повреждении в точке К2. Из этого следует, что реле направления мощности при подведении к нему напряжения U_P=U_Б тока I_Р=I^/_к (рисунок 10.1,б) и I_Р=I^//_к (рисунок 10.1,в) должно срабатывать при угле φ_р между U_Р и I_Р равном φ_л, и не срабатывать при φ_р =( φ_л + π). При коротком замыкании в точке К1 векторная диаграмма напряжения и тока у места установки защиты А4 такая же, как и у места установки защиты А2, в связи с чем приходит в действие и защита А4.

Рисунок 10.1 — Размещение защит в сети и векторные диаграммы

Первая ступень защиты. У токовой направленной защиты первая ступень может быть ненаправленной, оставаясь обычной токовой отсечкой без выдержки времени. Некоторые особенности имеет токовая направленная защита на линиях постоянного тока электрифицированного транспорта. Для выполнения токовой направленной защиты применяют быстродействующие поляризованные автоматические выключатели, например типа АБ 2/3, полное время отключения которых не превышает 0,08 с. Пост секционирования (ПС) располагают примерно в середине линии (рисунок 10.2).

Рисунок 10.2 — Тяговая сеть постоянного тока

Для автоматических выключателей SF1-SF4 при выборе тока срабатывания должно выполняться условие:

Ток I_{раб mах} определяется ориентировочно по вероятному числу поездов в пределах защищаемой линии, один из которых находится в режиме трогания. Минимальный ток повреждения I_k min—ток в месте установки автоматического выключателя при к.з. опреде-ляется в расчетной точке. Для автоматических выключателей SF1 и SF4 расчетной точкой является точка К2, для выключателя SF 2—точка К1, а для SFЗ—точка К₃. При таком выборе тока срабатывания возможны как неселективные действия автоматических выключателей SF1, SF4, так и наличие незащищенных зон у поста секционирования.

Вторая ступень защиты. Условия выбора параметров второй сту­пени такие же, как и условия выбора параметров токовой отсечки с выдержкой времени ненаправленных токовых защит. Это значит, что вторая ступень защиты А1 (рисунок 10.3) должна быть отстроена по времени от первых ступеней защит А2 всех отходящих от шин про­тивоположной подстанции линий и от быстродействующих защит A3 трансформаторов, подключенных к этим шинам, а ее ток сра­батывания должен быть выбран по наибольшему из токов к. з. I_к⁽³⁾, проходящих по защищаемой линии при повреждении в конце защищаемых зон первых ступеней отходящих линий (точка К₁) и при коротком замыкании на шинах низшего напряжения трансфор­маторов (точка К₂).

Рисунок 10.3 — Учет коэффициентов токораспре-деления при выборе тока срабатывания

Выдержка времени обычно не превышает 0,5 с, а при выборе тока срабатывания приходится учитывать так назы­ваемые токи «подпитки». Из рассмотрения рисунка 10.3 следует, что при коротких замыканиях в точках К₁и К₂ток I_к⁽³⁾, проходящий в мес­те установки защиты А1, оказывается меньше токов I ⁽³⁾_к.л и I ⁽³⁾_к.т за счет тока «подпитки» от генератора G2. Отношения I_к⁽³⁾ / I_к.л⁽³⁾= k_р.л и I_к⁽³⁾ / I_к.т⁽³⁾= k_р._т называются коэффициентами токораспределения. Их необходимо учесть при выборе тока срабатывания вто­рой ступени защиты А1 линии:

Третья ступень защиты — максимальная токовая направленная защита. Выбор параметров защиты рассмотрим на примере сети, показанной на рисунке 10.4.

Выбор выдержки времени. Стрелками ука­зано направление мощности, при котором органы направления мощности разрешают защитам срабатывать. С учетом этого защи­ты объединены в две группы: А2, А4, А6 и А5, A3, A1. В пределах каждой группы выдержки времени выбираются, как у максималь­ной токовой защиты, по ступенчатому принципу.

Рисунок 10.4 — Встречно-ступенчатый принцип выбора вы­держки времени максимальной токовой направ-лен­ной защиты

Минимальную вы­держку времени имеют защиты А2 и А5. Они отстраиваются по вре­мени от защит других присоединений соответственно подстанций А и Г. В каждой группе защит выдержка времени увеличивается по мере приближения к источникам питания на величину Δt. На рисунке 10.4 построены характеристики максимальных токовых направ­ленных защит с независимой выдержкой времени. Принято считать, что выдержки времени максимальных токовых направленных защит выбираются по встречно-ступенчатому принципу.

В кольцевых сетях с одним источником питания (рисунок 10.5, а) выдержки времени максимальных токовых направленных защит также выбирают по встречно-ступенчатому принципу. При этом, однако, защиты А2 и А5, установленные на приемных сторонах головных участков АБ и АВ, можно выполнить действующими без выдержки времени.

Рисунок 10.5 — Размещение и особенности работы максимальной токовой направленной защиты в кольцевых сетях

Такая возможность определяется направлени­ем мощности в этих защитах. При нормальной работе, а также при внешних коротких замыканиях на участках кольца и других при­соединениях подстанций Б и В, мощность у места установки защит А2 и А5 всегда направлена от линий к шинам, поэтому их орга­ны направления мощности препятствуют срабатыванию.

На рисунке 10.5,б показана кольцевая сеть с двумя источниками пи­тания. В такой сети встречно-ступенчатый принцип выбора вы­держки времени не обеспечивает селективного действия защиты. Это трудно осуществить и в кольцевой сети с одним источником питания, если имеются диагональные связи, не проходящие через шины источника питания (связь между шинами Б и Г,показанная штриховой линией).

Выбор тока срабатывания. Ток срабатывания макси­мальной токовой направленной защиты, как и рассмотренной выше максимальной токовой (ненаправленной) защиты, должен удовлетворять условию

(10.1)

Однако в отличие от максимальной токовой защиты при опреде­лении максимального рабочего тока I_{paб max} можно учитывать толь­ко максимальный режим, соответствующий направлению мощности от шин в линию. При этом может оказаться, что в режиме пере­дачи мощности от линии к шинам измерительный орган тока сра­ботает, однако защита в целом не подействует из-за органа направ­ления мощности. Как уже отмечалось, в таких условиях находятся защиты А2 и А5 (рисунок 10.5,а), установленные с приемной стороны головных участков кольцевой сети.

При снижении тока срабатывания защиты необходимо учиты­вать возможность нарушения цепей напряжения и вследствие это­го переориентацию органа направления мощности. Поэтому в схе­му защиты включается устройство контроля исправности цепей напряжения, если ток срабатывания измерительного ор­гана тока не отстроен от максимальной нагрузки при ее направле­нии к шинам. Устройство контроля исправности цепей напряжения должно при срабатывании выводить защиту из действия. Если ре­жим максимальной нагрузки при ее направлении к шинам прояв­ляется редко, то устройство контроля исправности цепей напря­жения может действовать на сигнал. При этом ток срабатывания I_С.З111 должен быть больше рабочего тока при нормальной работе вне зависимости от направления мощности:

(10.2)

В сетях с глухозаземленными нейтралями при коротком замы­кании на землю возможны срабатывания реле направления мощ­ности, включенных на токи неповрежденных фаз при направлении мощности к. з. к шинам. Поэтому при выборе тока срабатывания защиты кроме двух условий (10.1,10.2) должно выполняться третье, по которому I¹¹¹с.з должен быть больше макси­мального тока неповрежденных фаз:

(10.3)

Это условие не учитывается, если защита выполняется так, что при коротких замыканиях на землю она автоматически выво­дится из действия.

Как уже отмечалось, возможно нарушение селективности за­щиты в режиме каскадного действия. Во избежание этого при вы­боре тока срабатывания необходимо согласовывать чувствитель­ность защит смежных участков. Это согласование, как и выбор вы­держек времени, проводится только для защит, входящих в одну группу, например А2, А4 и А6 (рисунок 10.5,а), причем защита, имею­щая меньшую выдержку времени, должна иметь и меньший ток срабатывания, т. е.. I‘»сз2< I‘»_сз4 < I‘»_сз6. В общем случае в пре­делах каждой группы защит должно выполняться условие

(10.4)

Таким образом, токи срабатывания, как и выдержки времени, должны удовлетворять встречно-ступенчатому принципу и выби­раться по условию, дающему большее значение тока.

Литература1осн[201-231], 2 осн[78-103]. Контрольные вопросы: 1. Принцип действия токовой направленной защиты. 2. Принцип выполнения токовой направленной защиты. 3. Объясните работу всех ступеней токовой направленной защиты.

Узнать еще:

Тзнп принцип работы

Что такое токовая защита нулевой последовательности?

В высоковольтных сетях из-за каких-либо повреждений может нарушаться нормальная работа электроустановок. Достаточно частое повреждение – замыкание на землю, при котором возникает угроза как человеческой жизни за счет растекания потенциала, так и оборудованию за счет нарушения симметрии в сети.

Чтобы предотвратить возможные последствия от таких повреждений на подстанциях и в других устройствах применяют токовую защиту нулевой последовательности (ТЗНП).

Большинство сетей получают  питание по трехфазной системе, в которой напряжение каждой фазы смещено на 120º.

Рис. 1. Форма напряжения в трехфазной сети

На диаграмме б) показана работа сбалансированной симметричной системы.Если выполнить геометрическое сложение представленных векторов, то в нулевой точке результат сложения будет равен нулю. Это означает, что в системах 110, 10 и 6 кВ,  для которых характерно заземление нейтралей трансформаторов, при нормальных условиях работы какой-либо ток в нейтрали будет отсутствовать.

Геометрически смена фаз может подразделяется на виды:

• прямой последовательности, при которой их чередование выглядит как A – B – C;
• обратной последовательности, при которой чередование будет C – B – A;
• и вариант нулевой последовательности, соответствующий отсутствию угла сдвига.

Для первых двух вариантов угол сдвига будет составлять 120º.

Рис. 2. Прямая, обратная и нулевая последовательность

На рисунке 2 нулевая последовательность показывает, что векторы имеют одно и то же направление, но их смещение в пространстве между собой равно 0º. Это происходит при однофазном кз, при этом токи двух оставшихся фаз устремляются в нулевую точку. Также эту ситуацию можно наблюдать и при междуфазных кз, когда две из них, помимо нахлеста, попадают еще и на землю, а в нуле будет протекать ток лишь одной фазы.

При возникновении трехфазных кз в нейтрали обмоток ток не будет протекать, несмотря на аварию. Потому что токи и напряжения нулевой последовательности по-прежнему будут отсутствовать. Несмотря на то, что фазные напряжения и токи в этой ситуации могут в разы возрасти, в сравнении с номинальными.

Принцип работы ТЗНП

Все релейные защиты, действие которых отстраивается от появления токов  нулевой последовательности, имеют схожий принцип.

Принципиальная схема простейшей ТЗНП

Здесь представлен вариант включения  реле тока Т, которое подключается ко вторичным обмоткам трансформаторов тока (ТТ), собранных в звезду. В данной ситуации нулевой провод от звезды обмоток трансформаторов отфильтровывает составляющие нулевой последовательности, в случае их возникновения.  При условии, что система работает симметрично, обмотки реле Т будут обесточенными. А при условии, что в одной из фаз произойдет замыкание на землю, ТТ отреагирует на это, из-за чего по нулевому проводу потечет ток. Это и будет та самая составляющая нулевой последовательности, из-за которой произойдет возбуждение обмотки реле Т.

После чего происходит выдержка времени, определяемая параметрами реле В. При истечении установленного промежутка времени токовая защита посылает сигнал на соответствующую коммутационную установку У. Которая и производит отключение трехфазной сети. Более сложные варианты схемы могут включать и реле мощности, которое позволяет отлаживать работу защиты по направлению.

В случае междуфазных повреждений симметрия не нарушиться, а лишь измениться  величина токов. А ТТ будут продолжать компенсировать токи, стекающиеся в нулевой провод. Преимущество такой схемы заключается в том, что при максимальных рабочих токах, все равно не будет срабатывать защита, поскольку будет сохраняться симметрия.

Но при существенном отличии в магнитных параметрах измерительных трансформаторов, произойдет дисбаланс в системе, и по нулевому проводнику будет протекать ток небаланса. Это приведёт к ложным срабатываниям токовой защиты даже там, где соблюдается номинальный режим питания сетей.

Правила подборки трансформаторов тока.

С целью снижения небаланса, влияющего на правильность срабатывания токовой защиты, подбирают такие ТТ, у которых вторичные токи не создадут перетоков. Для чего они должны соответствовать таким требованиям:

• Обладать идентичными кривыми гистерезиса;
• Одинаковая нагрузка вторичных цепей;
• Погрешность на границе участков сети не должна превышать 10%.

К их вторичным цепям запрещено подключать еще какую-либо нагрузку, приводящую к искажению кривой намагничивания хотя бы в одном ТТ. Поэтому на практике при возникновении токов срабатывания от симметричной системы рекомендуют подвергать замене не один и не два, а все три трансформатора одновременно.

Область применения

Токовая защита, способная отреагировать на появление нулевой последовательности, нашла достаточно широкое применение  в линиях с заземленной нейтралью. Так как в них  токи коротких замыканий достигают наибольших величин. А вот при изолированной нейтрали ее установка нецелесообразна, поэтому ТЗНП в них не используют. Сегодня установки ТЗНП находят широкое применение:

• на шинах районных подстанций для защиты силового оборудования;
• в распределительных устройствах трансформаторных, переключающих и комплектных подстанций;
• в токовых цепях крупных промышленных объектов с трехфазным силовым оборудованием.

Выбор уставок для ТЗНП

Для обеспечения ступенчатого принципа вывода линии, токовая защита, контролирующая появление нулевой последовательности в цепях, должна соответствовать селективности срабатывания. Здесь под селективностью понимается последовательное отключение определенных участков цепи, в зависимости от их значимости, с целью определения места повреждения или выделения поврежденного промежутка. Для этого выбираются соответствующие уставки срабатывания по времени для защиты. Рассмотрите пример выбора уставок на такой схеме.

Пример выбора уставок

Как видите, ТЗНП в данном случае отстраивается по тому же принципу, что и максимальная токовая защита, но с меньшей величиной выдержки времени. В этом примере каждая последующая ступень защиты выдерживает временную задержку на промежуток Δt больше, чем предыдущая. То есть время срабатывания первой токовой отсечки, в сравнении со второй будет рассчитываться по формуле: t1 = t2+ Δt. А время срабатывания второй по отношению к третей будет составлять t2 = t3+ Δt. Таким образом каждое последующее реле выполняет функцию резервной защиты.

Если обмотки преобразовательных устройств включаются по системе звезда – треугольник, а также звезда – звезда, ТЗНП первичных и вторичных цепей не совпадают. Из-за того, что замыкание в линиях высокого напряжения не обязательно вызовет появление составляющих нулевой последовательности в низких обмотках и питаемой ими цепи. Так как селективность ТЗНП для каждой  из них должна выстраиваться независимо, на практике должна обеспечиваться их независимая работа.

Такая система ступенчатых защит позволяет минимизировать дальнейший переход повреждения на другие участки сети и силовое оборудование. А также помогает вывести из-под угрозы персонал, обслуживающий эти устройства. Главное требование к токовой защите – предотвращение ложных коммутаций по отношению к соответствующей зоне срабатывания.

Практическая реализация ТЗНП

Сегодня токовая защита, реагирующая на возникновение нулевой последовательности, может реализовываться микропроцессорными установками и посредством реле. В большинстве случаев устаревшие реле повсеместно заменяются на более новые версии токовой защиты. Но, помимо ТЗНП настраиваются в работу дистанционные, дифференциальные защиты и прочие устройства. Чья работа основывается как на симметричных составляющих, так и на других параметрах сети.

Помимо этого, в своем  классическом исполнении ТЗНП не имеет возможности определять место повреждения. То есть для нее не имеет значение, в каком месте произошел обрыв. Поэтому для определения направления, в котором ток протекает по направлению к земле, применяют направленную защиту. Такая система отстраивается не только на токах, а и на напряжении, возникающем от нулевой последовательности. Данные величины подаются с трансформаторов напряжения, включенных по системе разомкнутого треугольника.

Схема работы направленной защиты

При замыкании в зоне резервирования токовой защиты к одной из обмоток реле мощности поступает напряжение, а на вторую обмотку поступает ток нулевой последовательности, используемый для токовой защиты. При условии, что вектор мощности направлен в линию, реле мощности разблокирует срабатывание токовой защиты. В противном случае, когда направление мощности указывает, что неисправность произошла на другом участке, реле мощности продолжит блокировать срабатывание токовой защиты.

Сегодня практическая реализация такой защиты выполняется посредством микропроцессорных блоков REL650  или на реле ЭПЗ-1636. Каждый, из которых уже включает в себя и токовую отсечку, и дистанционную защиту, и  пусковое реле для возобновления питания.

Видео в дополнение к написанному.

Защита нулевой последовательности (ТЗНП): токи, принцип действия, схемы

Одним из устройств, применяемых для защиты ЛЭП с напряжением 110 кВ, является токовая направленная защита нулевой последовательности (сокращенно – ТНЗНП).

Эти линии электропередач выполняются с эффективно заземленной нейтралью. В отличие от сетей 6-35кВ, у которых нейтраль изолирована, токи замыкания на землю достаточно большие, что вызывает необходимость фиксировать их и отключать с минимально возможной выдержкой времени. Но для этого нужно не просто определить факт наличия в системе замыкания на землю, но и найти линию, на которой оно произошло. Для этого такие защиты и делаются направленными.

Токи нулевой последовательности

Систему трехфазных токов и напряжений можно представить в виде векторной диаграммы, где векторы этих токов (напряжений) в нормальном режиме сдвинуты друг относительно друга в пространстве на одинаковый угол, равный 120 градусов. При этом полученная диаграмма является еще и вращающейся относительно условного наблюдателя: сначала мимо него проходит вектора фазы «А», затем «В», потом «С». И так – по кругу. Эту диаграмму принято называть системой токов (напряжений) прямой последовательности.

Если поменять порядок прохождения векторов с А-В-С на С-В-А, получается обратная последовательность. В обоих случаях неизменным остается одно: между векторами разных фаз сохраняется угол в 120 градусов.

Ток или напряжение нулевой последовательности получается, если все эти векторы сложить между собой. Для этого, если вспомнить геометрию, нужно начало второго вектора совместить с концом первого, затем так же добавить к нему третий. Поскольку угол между ними остается равным 120 градусов, то получим равносторонний треугольник, система замкнется. Результирующий вектор, определяющий сумму всех слагаемых, будет равен нулю. Он должен быть проведен от начала первого суммируемого вектора к концу последнего.

Но так будет только при отсутствии в системе замыканий на землю. При междуфазных КЗ увеличиваются векторы токов одновременно в двух фазах, а то и во всех трех. Сложение их между собой даст все тот же ноль. Поэтому такие КЗ еще называют симметричными.

Интересное видео о работе ТЗНП смотрите ниже.

Защита на токах нулевой последовательности

Но при наличии замыкания на землю нулевая последовательность токов выходит из равновесия. Появляется результирующий ток, на который и реагирует релейная защита.

В системах с изолированной нейтралью для выделения этих токов используется специальный трансформатор, надеваемый на кабель.

На ЛЭП — 110 кВ это выполнить невозможно и токи замыкания на землю определяются по другому принципу. Для этого на обычных трансформаторах тока, использующихся для релейной защиты, выделяется отдельная обмотка на каждой фазе. Обмотки фаз соединяются между собой последовательно особым способом: начало следующей соединяется с концом предыдущей. В эту же цепь включаются и токовые обмотки реле.

Обычно защищаемый участок разделяется на участки (зоны), примерно, как у дистанционной защиты. Сама защита выполняется многоступенчатой. Ток срабатывания первой ступени максимальный, выдержка времени – минимальна или равна нулю. Следующая ступень срабатывает при меньшем токе, но с большей выдержкой по времени. И так далее.

На другом конце линии установлена такая же защита. А линий может быть много. Наличие ступеней позволяет обеспечить отключение именно участка с повреждением, а также – резервировать другие защиты в случае их отказа.

Напряжение нулевой последовательности

Имея в наличии только информацию о токах нулевой последовательности, невозможно определить, где произошло КЗ: в самой линии, или «за спиной». В противоположном от линии конце находится либо распределительное устройство с другими подключенными к нему ЛЭП, либо трансформаторы. У них есть своя собственная защита, которая лучше разберется в ситуации.

Для того, чтобы определить направление на замыкание на землю, потребуется информация о напряжении нулевой последовательности. Оно берется с особых обмоток трансформаторов напряжения, соединенных в разомкнутый треугольник.

Это тоже векторная сумма, но не токов, а фазных напряжений. Она равна нулю в нормальном режиме и при симметричных КЗ, но при однофазных КЗ имеет определенную величину.

Далее в дело вступает реле направления мощности. На одну его обмотку подается напряжение нулевой последовательности, а на другую – ток, использующийся для работы земляной защиты. Срабатывание происходит при таком угле между этими величинами, когда мощность КЗ направлена в линию. В других случаях, при КЗ «за спиной», отсутствие срабатывания этого реле блокирует работу защиты.

Принцип действия ТЗНП, защита нулевой последовательности turion

Токи небаланса

 Правильное сложение токов возможно только в случае полной идентичности характеристик трансформаторов тока. На этапе проектирования для защиты обязательно выбираются одинаковые обмотки трансформаторов с одинаковым классом точности, кратностью насыщения.

Кроме того, в цепи этих обмоток не должны быть включены другие устройства или приборы, нарушающие симметрию их нагрузки.

Но и этого может оказаться недостаточно. Если при всем при этом характеристики намагничивания оказываются разными, ток небаланса все-таки появляется. Если в нормальном режиме он не приводит к ложному срабатыванию защиты, то при симметричных КЗ, когда токи становятся в несколько раз большими, ток небаланса существенно возрастет.

Поэтому при замене трансформаторов тока, если не удается подобрать аналог для одного из них с полным соответствием вольт-амперных характеристик, то лучше сменить не один или два, а все три.

Реализация защит ТЗНП

Широко применялись еще с советских времен панели защит ЛЭП-110 кВ на базе электромеханических реле, например ЭПЗ-1636. В ее состав, кроме ТЗНП входит еще дистанционная защита и токовая отсечка.

Однако электромеханические реле эксплуатирующихся панелей давно выработали свой ресурс, а точечная их замена не всегда приводит к надежным результатам.

Поскольку со времен разработки данной релейной техники прогресс уже ушел далеко вперед, старое оборудование целиком меняется на панели или шкафы, включающие в себя микропроцессорные терминалы релейных защит.

Токовые направленные защиты нулевой последовательности

В сетях с заземленными нулевыми точками, расположенными с обеих сторон рассматриваемого участка сети, селективное действие максимальной токовой защиты нулевой последовательности можно обеспечить только при наличии органа направления мощности.

Направленные защиты нулевой последовательности действуют при КЗ на защищаемой линии и не работают при повреждениях на всех остальных присоединениях, отходящих от данной подстанции. Такое поведение защиты обеспечивается с помощью реле направления мощности, реагирующего на знак или направление мощности нулевой последовательности при КЗ.

Выдержки времени на защитах, действующих при одном направлении мощности, подбираются по ступенчатому принципу. На рис. 7.6 показаны размещение направленных защит нулевой последовательности и график их выдержек времени. Схема защиты представлена на рис. 7.7.

Рис. 7.6. Размещение максимальных направленных защит нулевой последовательности и график их выдержки времени

Защита состоит из токового реле 1, реагирующего на появление КЗ на землю, реле мощности 2, определяющего направление мощности при КЗ, и реле времени 3, создающего выдержку времени, необходимую по условию селективности.

Рис. 7.7. Схема токовой направленной защиты нулевой последовательности

Пусковое реле и токовая обмотка реле мощности включаются в нулевой провод ТТ на ток 3I0, а обмотка напряжения питается напряжением 3U0 от разомкнутого треугольника трансформатора напряжения.

При таком включении реле 2 реагирует на мощность нулевой последовательности S0=I0∙U0. Реле направления мощности реагирует на мощность:

,

где φр=φ0 – угол сдвига фаз между Up и Ip или U0 и I0.

Рассмотрим поведение реле мощности в зависимости от вида КЗ. Для упрощения принято, что поврежденная линия разомкнута. За исходные данные при построении диаграмм взяты векторы ЭДС эквивалентного генератора системы ЕА, ЕВ, ЕС, которые можно считать не изменяющимися при КЗ.

Однофазное КЗ (рис. 7.8, а) характеризуется следующими условиями:

1) в поврежденной фазе (например, А) под действием ЭДС ЕА проходит ток КЗ IA=Iк. Если принять активное сопротивление сети равным нулю, то ток IА отстает от ЭДС ЕА на 90º.

2) Токи в неповрежденных фазах IB и IC равны нулю.

3) Напряжение поврежденной фазы относительно земли в т. К UAк=0, поскольку эта фаза имеет глухое замыкание на землю.

4) Напряжения неповрежденных фаз UB и UC равны ЭДС этих фаз.

Для этих условий построена векторная диаграмма фазных токов и напряжений для места повреждения в т. К (рис. 7.8, б).

Рис. 7.8. Векторная диаграмма токов и напряжений при однофазном КЗ:

а – схема сети, б – диаграмма в т. К

Векторы 3I0∙и 3U0 находятся путем геометрического сложения векторов фазных токов и напряжений. Вектор совпадает по направлению с IA, а вектор . При принятых допущениях , поэтому .

Из диаграммы 7.8, б слуедует, что ток I0к опережает напряжение U0к на 90º.

При двухфазном КЗ на землю (рис. 7.9, а) векторная диаграмма токов и напряжений в месте повреждения фаз В и С приведена на рис.7.9, б.

Рис. 7.9. Векторные диаграммы при двухфазном КЗ на землю:

а – токораспределение при двухфазном КЗ; б – диаграмма в т. К

Этот вид повреждения характеризуется в месте КЗ следующими условиями: UВк=0; UСк=0; IА=0.

Напряжение в неповрежденной фазе UА=ЕА. В поврежденных фазах под действием ЭДС ЕВ и ЕС проходят токи IB и IC. Каждый из этих токов состоит из двух составляющих. Одна составляющая замыкается по контуру поврежденных фаз В и С и обусловливается разностью ЕВ-ЕС, а вторая – проходит по контуру поврежденная фаза-земля под действием ЕВ и ЕС.

Векторы I0∙и U0 находятся геометрическим суммированием фазных токов и напряжений:

, .

Приведенные диаграммы построены с допущениями и являются приближенными. Более строго и точно подобные диаграммы могут быть построены на основе совместного решения уравнений, характеризующих данный вид повреждений.

Векторные диаграммы, особенно при однофазном КЗ, показывают, что при положительном jк угол j0 отрицателен. Это означает, что мощность S0 и мощность КЗ в поврежденной фазе SКЗ имеют противоположные знаки.

Ток срабатывания пускового токового реле выбирается так же, как и у ненаправленной защиты нулевой последовательности. Чувствительность пускового реле защиты проверяется при КЗ в конце второго участка. На очень длинных линиях следует дополнительно проверять чувствительность реле мощности по выражению , где Sрмин – мощность на зажимах реле в режиме, когда I0∙и U0 имеют минимальное значение.

Выдержки времени направленной защиты выбираются по встречно-ступенчатому принципу (рис. 7.6). Каждая защита отстраивается от соседней защиты, действующей при одном направлении мощности, на ступень Δt: t1=t3+Δt.

МАКСИМАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ

а) Схема и принцип действия защиты

Защита (рис. 8-4) состоит из пускового токового реле 1 и реле времени 2. Реле 1 включается на фильтр тока нулевой последо­вательности, в качестве которого обычно используется нулевой провод трансформаторов тока, соединенных по схеме полной звезды. Реле времени 2 создает выдержку времени, необходимую по условию селективности.

Ток в реле 1 равен сумме вторичных токов трех фаз; пренебрегая погрешностью трансформаторов тока, получаем:

Согласно (8-46) и § 3-6, б ток в пусковом реле защиты появ­ляется только в том случае, когда имеется ток I0. Поэтому защита нулевой последовательности, показанная на рис. 8-4, может ра­ботать при однофазных и двухфазных к. з. на землю.

б) Ток небаланса

Значение Iнб можно найти, если в выражении (8-46) учесть токи намагничивания трансформаторов тока; тогда

Очевидно, что второй член в выражении (8-5) является током небаланса. Обозначив его Iнб и выразив первый член (8-5) через I0 , получим:

Выражение (8-6) показывает, что ток в пусковом реле защиты состоит из двух слагающих: одно обусловлено первичным током I0 и второе — погрешностью трансформаторов тока. Последнее искажает величину тока 3I0, на которую реагирует защита.

Как следует из (8-5), ток небаланса равен геометрической сумме намагничивающих токов трансформаторов тока:

Сумма намагничивающих токов обычно не равна нулю. Это объясняется тем, что токи намагничивания имеют несинусоидаль­ную форму и, кроме того, различаются по величине и фазе вследствие нелиней­ности и неидентичности характеристик намагничи­вания и неравенства в ве­личине вторичных нагру­зок трансформаторов тока различных фаз.

Токи намагничивания со­стоят в основном из первой и третьей гармоник Iнам1 и Iнам3 [Л. 35, 23]. При трех­фазных к. з., качаниях и на­грузке токи третьей гармони­ки Iнам3 фаз А, В и С практически совпадают по фазе и по­этому суммируются в нулевом проводе трансформаторов тока арифмети­чески (рис. 8-5, б).

При тех же режимах токи Iнам1 сдвинуты по фазе циклически прибли­зительно на 120° и суммируются в нулевом проводе геометрически (рис. 8-5, а).

В результате этого ток небаланса состоит, так же как и ток намагничи­вания, из первой и третьей гармоник (Iнб1 и Iнб3).

Исследования показывают, что третьи гармоники Iнам3 составляют около 20 — 40%, а первые Iнам1 —80 — 60% полного тока намагничивания.

Имея кривые намагничивания трансформаторов тока Е2 = f (Iнам) и определяя вторичные э. д. с. трансформаторов тока Е2, можно приближенно оценить [Л. 10] величины намагничивающих токов, а затем Iнб1 и Iнб3, поль­зуясь формулами (8-8), вытекающими из диаграмм на рис. 8-5:

Значение тока Iнб.макc в нулевом проводе звезды трансформа­торов тока обычно определяется при токе трехфазного к. з. в рас­четной точке, поскольку , как правило, больше, чем двухфазный ток к. з.

Для ограничения тока небаланса необхо­димо работать в ненасыщенной части характеристики намагничи­вания и иметь одинаковые токи намагничивания во всех фазах. Чтобы обеспечить эти условия, трансформаторы тока, питающие защиту, должны:

а) удовлетворять условию 10%-ной погрешности при макси­мальном значении тока трехфазного к. з. в начале следующего участка;

б) иметь идентичные (совпадающие) характеристики намаг­ничивания на всех трех фазах;

в) иметь одинаковые нагрузки вторичных цепей во всех фазах. В неустановившихся режимах под влиянием апериодического

тока к. з. токи намагничивания, а вместе с ними и токи небаланса могут значительно возрасти, что необходимо учитывать при вы­боре параметров защит, работающих без выдержки времени.

Чтобы исключить действие защиты от т.оков небаланса, величину тока срабатывания пусковых реле защиты выбирают больше тока небаланса.

в) Уставки защиты

Время действия каждой защиты нулевой последовательности выбирается по условию селективности на ступень Δt больше t защиты предыдущего участка. Например, у защиты 1 (рис. 8-6) t1 = t2 + Δt. Величина Δt выбирается согласно (4-9). Выбирая выдержку времени на защите реагирующей на 3I0, необходимо учитывать, что эта защита может не действовать при к. з. за трансформатором, если при этом в рассматриваемой защите ток 3I0 = 0. Как уже отмечалось, при замыканиях на землю в сети одного напряжения появление тока I0 в сети другого напряжения зависит от соединения обмоток трансформатора, связывающего эти сети, и заземления нейтралей в этих сетях.

Если сети высшего и низшего напряжений связаны между собой через трансформатор ТЗ с соединением обмоток λ/Δ или λ/λ, то защита нулевой последовательности 3, установленная на трансформаторе ТЗ, может быть мгновенной, поскольку она не действует при к. з. и замыканиях на землю на стороне низшего напряжения. В результате этого выдержки времени (t2 и t1) осталь­ных защит нулевой последовательности существенно уменьшаются и получаются меньше, чем t’ у защит от междуфазных к. з., реагирующих на фазный ток (рис. 8-6). Это объясняется тем, что послед­ние действуют при к. з. за трансформатором, вследствие чего их приходится согласовывать по времени с защитами на стороне низшего напряжения трансформаторов (рис. 8-6). Если же связь между сетями разного напряжения осуществляется через авто­трансформатор ТЗ или трансформатор с соединением обмоток λ/λ, имеющим заземленные нейтрали, то, как показано на рис. 8-2, при замыкании на землю в сети одного напряжения ток I0появ­ляется в обеих сетях. В этом случае выдержки времени защиты нулевой последовательности сети одного напряжения должны согласовываться с защи­тами сети другого на­пряжения.

В этих условиях за­щита 3, работающая в предыдущем случае без выдержки времени (t3 = 0), будет иметь те­перь t3 = t4 + Δt, т. е. время действия защит, реагирующих на ток I0, увеличивается и полу­чается равным времени действия максимальных защит, реагирующих на фазный ток.

Ток срабатывания пусковых реле макси­мальной защиты нулевой последовательности выбирается: 1) из условия надежного действия защиты при к. з. в конце следующего (второго) участка и 2) из условия отстройки, от токов небаланса.

По первому условию Iс.з> 3IOKмин, а по второму Iс.з> Iнб.макс. Определяющим является второе условие

Iс.з=kНIнб.макс (8-9)

где kН = 1,3 ÷ 1,5. Ток Iнб.макс рассчитывается для нормального режима или для режима к. з. в зависимости от выдержки времени защиты. Если выдержка времени t0 защиты нулевой последовательности превышает время действия tм.ф защит от междуфазных к. з., установленных на следующем участке, то Iс.ззащиты нулевой последовательности отстраивается только от небалансов в нормальном режиме, поскольку междуфазные повреждения отключаются быстрее, чем может подействовать защита нулевой последовательности.

Ток небаланса в нормальном режиме Iнб(н) обычно определяется измерением. У трансформаторов тока с I2НОМ = 5 А его значение колеблется от 0,01 до 0,2 А. Поэтому ток срабатывания по второму условию можно выбрать очень маленьким: примерно 0,5 — 1 а вторичных (или 10—20% от IНОМ трансформаторов тока).

Если t0 < tм.ф, то защиту нужно отстраивать от небаланса Iнб(к) при трехфазных к. з. в начале следующего участка. От­стройка ведется от максимального Iнб(к) при установившемся режиме, поскольку защита действует с выдержкой времени 0,5 с и больше. По данным опыта эксплуатации при правильно выбран­ных трансформаторах тока и их равномерной загрузке ток сраба­тывания можно выбрать в зависимости от значения кратности тока к. з. 2—4 А (вторичного тока).

Установившийся ток небаланса при к. з., необходимый для определения Iс.з, должен находиться по выражению (8-8) и (8-8а).

Если трансформаторы тока работают в прямолинейной части характеристики, то тогда третьи гармоники в Iнам малы. В этом случае можно пренебречь составляющей Iнб3 рассчитывая ток небаланса по выражению (8-7):

где kодн в зависимости от идентичности характеристик и нагрузок трансформаторов тока выбирается от 0,5—1; fi — погрешность трансформаторов тока, при подборе их по кривым предельной кратности принимается равным 0,1;

— максимальное значение тока трехфазного к. з. при повреждении в начале следующего участка.

Следует иметь в виду, что формула (8-10) дает приближенные результаты, что учитывается при выборе значения kН в (8-9).

Чувствительность защиты характеризуется коэффициентом чувствительности

где I0мин — минимальный ток нулевой последовательности при однофазном или двухфазном к. з. на землю в конце второго участка. Надежность считается достаточной при kч ≥1,5.

Если в сети, где установлена защита, возможна работа какой-либо линии на двух фазах (например, во время действия ОАПВ), то ток срабатыва­ния защиты нужно дополнительно отстроить от токов нулевой последователь­ности 3/0, появляющихся в указанном режиме, или принять выдержки вре­мени защиты больше tОАПВ.

Токовая направленная защита

Максимальная токовая направленная защита: схемное исполнение, расчет и принцип действия. 90° схема включения реле направления мощности на междуфазные напряжения и токи фаз. Токовые направленные отсечки. Селективная работа направленных защит. Область применения токовой направленной защиты.

Методические указания

Токовой направленной называют защиту, реагирующую на значение тока и направление мощности к.з. в месте ее установки.

Рассматриваемая защита представляет собой токовую защиту, дополненную реле направления мощности. Она применяется в сложных сетях – сетях с двусторонним питанием, а также в кольцевых сетях с одним источником питания.

Комплекты защиты устанавливаются с обеих сторон защищаемой линии и приходят в действие, если мощность к.з. для каждого из комплектов направлена от шин в защищаемую линию, а ток превышает ток срабатывания. Выдержка времени максимальных токовых направленных защит выбираются по встречно-ступенчатому принципу. При выборе тока срабатывания защиты в общем случае учитываются те же основные условия, что и для МТЗ. 

Под схемой включения реле направления мощности понимается определенное сочетание фаз тока и напряжения, подводимых к его обмоткам. Наибольшее распространение получила 90° схема включения реле. Для выявления свойств схемы необходимо уметь анализировать работу реле направления мощности при различных видах к.з.

Выполнение направленной отсечки дает возможность при выборе ее тока срабатывания учитывать только ток внешнего к.з. в направлении действия ее реле мощности. В этом основное отличие направленной отсечки от ненаправленной.

Недостатком направленных токовых защит является наличие мертвой зоны, определяемой минимальным напряжением при трехфазном к.з. вблизи места установки защиты.

Защита от замыканий на землю в сетях с глухозаземленной нейтралью

МТЗ нулевой последовательности (направленная и ненаправленная). Ступенчатая токовая защита нулевой последовательности. Схема включения реле направления мощности. Особенности расчета токовых отсечек нулевой последовательности. [1, 2, 3, 4]

Методические указания

С глухозаземленными нейтралями работают сети напряжением 110кВ и выше. Для защиты линий этих сетей от к.з. на землю оказывается более целесообразным использовать отдельный комплект реле. Реле тока защиты подключается к фильтру токов нулевой последовательности. Следовательно, защита реагирует только на к.з., сопровождающиеся токами нулевой последовательности. В остальном схема защиты аналогична рассматри­ваемым выше схемам МТЗ и ТО от междуфазных к.з.

В общем случае защита выполняется ступенчатой. Ток срабатывания МТЗ нулевой последовательности отстраивается от тока небаланса Iнб в нормальном режиме, если выдержки времени t0, рассматриваемой защиты, больше времени действия tмф защит от междуфазных к.з., установленных на следующем участке. Если t0 < tмф, то защиту нужно отстраивать от Iнб при трехфазном к.з. в начале следующего участка. Наличие Iнб в симметричных режимах обусловлено неравенством токов намагничивания ТТ. Время действия защиты выбирается по ступенчатому принципу Δt, Δt – ступень селективности. При этом обычно получается t0 < tмф.

Принцип действия и условия настройки отсечек нулевой последова­тельности практически такие же, как и отсечек, реагирующих на полные токи фаз.

В сетях с двумя и более заземленными нейтралями, расположенными в разных точках сети, применяются направленные защиты. К органу направления мощности подводятся 3U0 и 3I0. Ток срабатывания мгновенных отсечек, установленных на параллельных линиях, необходимо выбирать с учетом наличия взаимоиндукции.

Направленные защиты нулевой последовательности не имеют мертвой зоны по напряжению, так как 3U0 максимально в месте к.з. и равно нулю в заземленной нейтрали трансформаторов. Цифровые защиты и их исполнение.

Защита минимального напряжения обеспечивает безопасную работу важных узлов, наиболее ответственных механизмов в электрических сетях, на производствах, когда происходит кратковременное исчезновение напряжения в сети. Подает сигнал, отключает группу или секции присоединений схем, электроприборов, двигателей, трансформаторов при понижении напряжения ниже допустимого значения (уставки).

Назначение

ЗМН (защита минимального напряжения) используется совместно с защитами, которые осуществляют контроль сети. Эксплуатируется вкупе с устройством автоматического включения резерва (АВР). ЗМН выполняет отключение или подает соответствующий сигнал пользователю (системе) при возникновении аварий в сети потребителей, в следствии:

• Короткого замыкания, когда происходят значительные потери электроэнергии. Возникают большие токи, напряжение резко падает.
• Перегрузки сети. (Мощности источников электропитания не хватает или один из них вышел из строя).

Такое действие обеспечивает безопасность важных механизмов во время самозапуска, когда пусковые токи вызывают снижение напряжения. Автоматика отключает работу менее важных механизмов.

Схема ЗМН

Система ЗМН, как правило, выполняется при помощи электромагнитных или электронных реле напряжения. Это своеобразный реагирующий орган в цепи.

Релейные контакты соединяют последовательно, чтобы предотвратить сбой при перегорании предохранителей в электрических цепях. На контакты реле подается фаза через вспомогательный контакт от секционного трансформатора или электрической сети.

Дополнительно в состав змн входят реле:

• Времени, обеспечивающее последовательность работы в электрической схеме.
• Промежуточное, коммутирующее управляющие сигналы.
• Указательное, которое сигнализирует о срабатывании защиты.
• Минимального напряжения.

Также система защиты на производстве включает линейные контакторы или электромагнитные пускатели.

При понижении показателей до значения 50 процентов от номинального, замыкатель отключается, размыкает, шунтирующий кнопку пуск, контакт, предотвращает самозапуск двигателя, машины.

При такой системе запуск механизмов происходит после нажатия на кнопку, которая замкнет схему.

ЗМН могут работать автономно или совместно с токовыми защитами.

Принцип работы ЗМН

Защита от минимального напряжения (ЗМН) имеет идентичный принцип работы во всех сферах защиты по напряжению. Для понимания, функциональность ЗМН можно объяснить на примере электрических двигателей.

Механизмы останавливаются при возникновении КЗ (короткое замыкание). После его ликвидации происходит самозапуск двигателей, подключенных к секциям или шинам. У каждой группы свое входное питание от трансформатора, либо иного источника. Пусковые токи в несколько раз превышают номинальные значения, во время запуска происходит «просадка» напряжения на секциях.

Защита ЗМН отключает незначительных потребителей участка сети — это электродвигатели, не влияющие на процесс, их простой не вызовет сбой в производстве. Следовательно, уменьшается суммарный пусковой ток, напряжение в сети не имеет критичной просадки, его хватает на самозапуск главных двигателей или узлов.

Секционный (групповой) самозапуск электрических двигателей начинается после возобновления подачи питания.

Система АВР

При длительном отсутствии электрического питания срабатывает отключение и на главные электродвигатели. Это необходимо для запуска АВР (автоматика включения резерва), также этого требует технология производства.

При прекращении подачи электропитания на секционный ввод, срабатывает автоматика, включающая резерв, включается секционный выключатель, обеспечивающий подачу питания от резервного источника.

Минимальное время работы АВР зависит от задержки в системе, контролирующей ввод рабочего напряжения, времени срабатывания промежуточных реле, временных интервалов отключения и включения выключателей рабочего, резервного ввода.

Ступени срабатывания ЗМН

1 ступень

Система срабатывает при снижении напряжения до 70 % от номинального значения и с временной выдержкой полсекунды.

При включении первой ступени защиты отключаются менее важные для производства электродвигатели. Предотвращается  дальнейшее снижение одного из главных параметров, обеспечивающего возможность самозапуска главных механизмов.

2 ступень

Срабатывает после работы первой ступени. Уставка второй имеет 50 % от номинального значения разности потенциалов, время срабатывания девять секунд.

Самозапуск главных электродвигателей не происходит, отключаются оставшиеся механизмы, подключенные к цепи защиты, но поддерживается работа агрегатов, отключение которых приведет к аварийной ситуации. Вторая ступень обеспечивает режим безопасного торможения и остановки.

Защита от напряжения

Реле напряжения, на котором основана ЗМН, постоянно контролирует величину значения сети, отключает потребителей, если они выходят за рамки установленных пределов. Возобновляет работу механизмов при возобновлении требуемых параметров.

Защита минимального напряжения может быть выполнена и автоматическими выключателями с расцепителем малого напряжения, который включает автомат при 80 % от номинального значения, а отключает его, если оно становится ниже 50 %.

Расцепитель низкого напряжения подходит для дистанционного отключения автоматики.

Достоинства

• Устройства змн (реле, автоматические выключатели) имеют небольшие габариты, подходят для установки на стальную, алюминиевую или гальваническую рейку (DIN-рейку).
• Некоторые модели подходят для включения в розетку. Пользователь может обеспечить защиту группе бытовых электроприборов, не изменяя конфигурацию проводки.
• Доступность. Низкая стоимость позволяет использовать реле или группу реле простому обывателю, а не только на производстве.
• Автоматика практически мгновенно реагирует на понижение напряжения в сети, отключая и обеспечивая бесперебойную работу механизмам.

Недостатки

• При защите с помощью одного реле возможна неправильная работа, если произошел обрыв в цепи. Такая релейная защита подходит только для неответственных механизмов.
• Не устраняет колебания напряжения в сети.
• После включения выключателя ввода, может произойти его несанкционированное отключение. Происходит такое от задержки срабатывания реле. Сигнал на отключение выключателя ввода приходит раньше, чем срабатывает реле напряжения, а временное и выходное (змн) реле возвращаются в исходное состояние.

Применение

Применяется для обеспечения защиты на электростанциях, обеспечивает работу важных механизмов при кратковременном исчезновении собственного питания.

Устанавливается на проблемных участках электросети и подстанциях, отключая в первую очередь потребителей третьей категории.

Обеспечивает сохранение напряжения на жизненно-важных объектах (больницы, железная дорога, связь, водопровод, канализация).

Видео по теме//www.youtube.com/embed/My5plFe1_HQ

Источники:

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Основы направленной максимальной токовой защиты в электросетях

Почему направленная максимальная токовая защита?

Почему мы используем направленную максимальную токовую защиту? Когда становится важным направление тока повреждения ? Что ж, электрическая сеть включает в себя сеть электростанций, подстанций и линий электропередачи. Помимо простой радиальной системы с односторонним питанием, существуют и другие более сложные системы, такие как силовые системы с двухсторонним питанием и параллельные фидеры в форме кольца.

Основы направленной максимальной токовой защиты в электросети (на фото: реле защиты ABB REF615; предоставлено: MARUF KHAN через Youtube)

Поэтому во многих случаях необходимо знать не только величину тока короткого замыкания, но и его направление .

Радиальная система с двухсторонней подачей показана на рисунке 1. В этом примере линия подается с обоих концов . Зоны защиты обозначены эллипсами. Требуется отключить все выключатели в любой одной защитной зоне, в которой происходит короткое замыкание, но ни один из остальных.

В этом примере невозможно настроить адекватную схему защиты с использованием ненаправленных устройств защиты .

Рисунок 1 — Система с двусторонним питанием

Рассмотрим неисправность F _C5 . В соответствии с определением зон должны срабатывать только автоматические выключатели 4 и 5. Поскольку CB 3 находится в непосредственной близости от CB 4, не будет большой разницы в токах короткого замыкания, протекающих через эти два автоматических выключателя, поэтому IED-устройства IDMT (реле защиты с обратным определенным минимальным временем) не смогут различать их.Такая же ситуация применяется для CB 5 и CB 6.

Это означает, что при использовании ненаправленных устройств выключатели 3, 4, 5 и 6 отключатся в случае неисправности на F _C5 . Тогда ясно, что нам нужно устройство, способное определять направление тока короткого замыкания, а также его величину .

Устройства направленной максимальной токовой защиты могут удовлетворить это требование, , хотя и за дополнительную плату . Направленные IED определяют направление тока повреждения путем измерения напряжения с помощью трансформатора напряжения, а также тока с помощью трансформатора тока и определения разности фаз.

В этой технической статье не подробно описывается, как именно это достигается, но видно, что можно определить направление тока короткого замыкания и принять решение об отключении на основе этого критерия.

Снова рассмотрим неисправность в F _C5 . На этот раз предположим, что у нас есть направленные СВУ. Если мы сконфигурируем IED для отключения по сверхтоку, только если направление тока от шины, CB 4 и CB 5 сработают, , но CB 3 и CB 6 не будут .

Подводя итог //

Устройство IED от перегрузки по току должно срабатывать всякий раз, когда аварийная мощность уходит от шины, но должно сдерживаться всякий раз, когда аварийная мощность течет к шине. Существуют и другие ситуации, которые не связаны с двумя источниками, , когда необходимы устройства направленной защиты .

Параллельные питатели в системе с односторонним питанием

Одним из примеров является система с односторонним питанием из параллельных фидеров. На рисунке 2 показана ситуация, когда неисправность на одной из параллельных линий возникает как от неисправной линии, так и от исправной.

Рисунок 2 — Параллельные фидеры в системе с односторонним питанием

На этой диаграмме показано, что ток повреждения будет течь не только от источника через CB 4, но также и от источника через CB 1, CB 2, шину B и CB3. . Если используются ненаправленные ИЭУ, сработают все автоматические выключатели, тем самым изолируя исправный участок линии между (1) и (2).

Эта проблема может быть решена путем введения направленных IED в (2) и (3). Если направление срабатывания установлено таким образом, что они срабатывают, когда КЗ находится далеко от шины, сработают только выключатели в требуемой зоне.В приведенном выше примере CB 2 не отключит , поскольку неисправность передается по направлению к шине.

Направленные IED на дороже на , чем ненаправленные. Более того, они требуют использования дополнительного трансформатора напряжения. По этим причинам их следует использовать только в случае крайней необходимости. При осмотре вы можете увидеть, что в этом примере ненаправленных устройств IED будет достаточно для позиций (1) и (4).

Система кольцевого главного фидера

Другой пример, где требуются направленные IED, — это система кольцевого главного фидера , как показано на рисунке 3.Такая система позволяет поддерживать питание всех нагрузок, несмотря на неисправность любого участка фидера. Неисправность в любой секции вызывает отключение только выключателей, связанных с этой секцией.

Затем мощность течет к нагрузке по альтернативному пути.

Рисунок 3 — Защита кольцевого фидера с помощью направленных сверхтоковых ИЭУ

Направленные ИЭУ и их направление срабатывания указаны стрелками на схеме. Двусторонние стрелки указывают на ненаправленных устройств IED, так как они сработают с токами, протекающими в любом направлении .

Направленная максимальная токовая защита (ВИДЕО)

Ссылка // Принципы автоматизации подстанции Майкла Дж. Бергстрома

Направленная максимальная токовая защита (67) Защита | Системы измерения и контроля электроэнергии

В то время как функции реле 50 и 51 (мгновенная и максимальная токовая защита с выдержкой времени) контролируют величину сетевого тока и защищают от превышений, существуют приложения, в которых направление линейного тока так же важно, как и величина.В таких случаях нам нужна функция защитного реле, способная различать ток в одном направлении и ток в другом направлении. Обозначение числового кода ANSI / IEEE для направленной защиты с измерением тока: 67 .

Одним из таких приложений является защита генератора , где реле максимального тока контролирует величину тока в точке, где генератор электроэнергии подключается к более крупной сети генераторов. Проблему контроля направленного тока легче всего понять в контексте схемы генератора постоянного тока (DC) и батареи, которую мы сейчас рассмотрим в качестве введения в тему:

Рассмотрим генератор постоянного тока, подключенный к вторичной ячейке (т.е.е. аккумуляторная батарея. Здесь полярность напряжения никогда не меняется, но направление тока действительно меняется в зависимости от того, действует ли генератор как источник энергии (заряжает аккумулятор) или «двигается» и действует как мощность , нагрузка (разрядка аккумулятора) :

Генератор, действующий как источник (в данном случае для зарядки аккумулятора), выполняет свою функцию. Генератор, работающий в качестве двигателя, потребляющий энергию от батареи в качестве нагрузки, определенно не выполняет свою функцию.Следовательно, мы будем считать любой ток в неправильном направлении (генератор как нагрузка) чрезмерным, в то время как значительный ток в правильном направлении (генератор как источник) будет считаться совершенно нормальным. Если бы мы установили реле максимального тока в этой простой системе постоянного тока, мы бы предпочли, чтобы оно было более чувствительным к току (т. Е. Срабатыванию более низкого значения) в «обратном» направлении, чем к току в «прямом» направлении.

Системы питания переменного тока не сильно отличаются в этом отношении.В прямом направлении тока генератор действует как источник энергии, посылая электроэнергию на любые нагрузки, подключенные к шине генератора. В направлении обратного тока ток сдвигается по фазе на 180 градусов по сравнению с направлением прямого тока, и в этот момент генератор действует как нагрузка для любого другого генератора (ов) в сети. Этот фазовый сдвиг очевиден, если мы сравним формы сигналов от измерительных трансформаторов PT и CT, подключенных к генератору:

Основная проблема, с которой мы сталкиваемся при разработке реле переменного тока направленного тока, заключается в том, как обнаружить этот фазовый сдвиг между прямым и обратным током.В нашей схеме генератора постоянного тока обратный ток можно легко обнаружить, отслеживая полярность падения напряжения на последовательном сопротивлении. Однако в цепи переменного тока единственный способ определить, идет ли линейный ток в неправильном направлении, — это сравнить форму волны тока с другой «эталонной» формой волны (например, линейным напряжением). Разница в сдвиге фаз между прямым током и обратным током будет 180 градусов. Таким образом, для направленного защитного реле переменного тока требуется не менее двух сигнальных входов : один, представляющий линейный ток, который необходимо контролировать, а другой, служащий в качестве опорной величины поляризации или , используемой для сравнения фаз.

Эта поляризационная величина может быть линейным напряжением, это может быть другой ток в системе, или это может быть даже некоторая комбинация, в которой один сигнал обеспечивает поддержку на случай, если другой поляризационный сигнал станет слишком слабым. Проблема поиска подходящего поляризационного сигнала в энергосистеме для направленного реле проистекает из того факта, что уровни сигналов напряжения и тока могут сильно варьироваться в условиях неисправности, а именно тогда, когда нам нужно, чтобы защитное реле выполняло свою работу. Рассмотрим, например, использование линейного напряжения генератора в качестве поляризационного сигнала для сравнения с линейным током в реле 67.Теперь представьте, что у этого генератора есть серьезная неисправность в обмотках. Любые другие генераторы, подключенные к той же шине, теперь будут отправлять мощность в неисправный генератор: явный случай обратного потока мощности (в генератор), когда нам нужно реле направления для отключения. Однако, если неисправность приводит к значительному снижению линейного напряжения вышедшего из строя генератора, направленное реле может получить слишком слабый поляризационный сигнал для правильной работы и, таким образом, может не сработать выключатель генератора, соединяющий неисправный генератор с шиной.

Современные микропроцессорные направленные реле имеют определенное преимущество в этом отношении по сравнению с традиционными конструкциями электромеханических реле, поскольку они могут разумно выбирать лучшую поляризующую величину для использования в условиях неисправности. Реле, производимые Schweitzer Engineering Laboratories, имеющие элементы направленной защиты для токов заземления и нейтрали, например, используют запатентованный алгоритм, называемый логикой «Лучшего выбора направленного элемента заземления», для выбора одной из нескольких реальных и вычисленных поляризационных величин (например.г. ток нейтрали, полное сопротивление нулевой последовательности, полное сопротивление обратной последовательности). Защитные реле на базе микропроцессоров могут рассчитывать симметричные составляющие (прямая, обратная и нулевая последовательность) из измерений под напряжением, а затем использовать эти рассчитанные величины в логике защиты точно так же, как необработанные измерения напряжения и тока. Учитывая тот факт, что величины обратной последовательности проявляются только в условиях асимметричного повреждения, и что асимметричные повреждения более распространены, чем симметричные повреждения, способность вычислять эти величины во время условий повреждения и использовать их для принятия решений об отключении действительно является мощным преимуществом.

Принцип работы направленной защиты от перегрузки по току и ненаправленной защиты от перегрузки по току

Направленная защита от перегрузки по току и ненаправленная защита от перегрузки по току Принцип работы:

Направленное реле защиты от замыканий на землю

используется для защиты трансформатора / генератора / генератора переменного тока от перегрузки по току. Реле обнаруживает ток повреждения только в одном направлении, реле не работает, когда ток в противоположном направлении. Из-за высокой стоимости реле направленного замыкания на землю используются только в высокочувствительных электрических машинах, таких как генератор переменного тока и линии передачи высокого напряжения.

Принцип работы ненаправленной и направленной защиты от перегрузки по току:

Прежде всего, что такое реле максимального тока? Реле срабатывает, когда ток повреждения превышает ток срабатывания. Для направленного реле максимального тока ток повреждения может протекать через реле в обоих направлениях, вперед или назад, в зависимости от места повреждения. Следовательно, необходимо заставить реле реагировать на конкретное определенное направление, чтобы была возможна надлежащая селективность.Этого можно добиться за счет введения элементов управления направлением. Во время встречного протекания тока полярность трансформатора тока меняется, устройство измерения мощности, в котором напряжение системы используется в качестве эталона для определения относительной фазы тока короткого замыкания.

Ненаправленное и направленное реле максимального тока Пояснение:

Кейс: 1

[wp_ad_camp_1]
Рассмотрим систему питания, состоящую из 6 автоматических выключателей A, B, C, D, E и F.Здесь A, B, C, E — ненаправленные реле максимального тока, а D, F — направленные реле максимального тока. Предположим, что короткое замыкание происходит в точке P. Прежде всего вы должны запомнить одну вещь: ток всегда течет по низкоомному пути. Следовательно, ток повреждения протекает от генератора G через выключатель A и E. Также ток повреждения исходит от выключателя серий A, B, C и F. В этом случае направленное реле F управляет выключателем F, но оставшееся все реле управляет соответствующим автоматическим выключателем в ненаправленном реле.Здесь срабатывает направленное реле D, потому что нагрузка отслеживает только ток.

Корпус 2:

Теперь неисправность возникает в точке P, которая находится ближе к нагрузке. В этом случае ток короткого замыкания протекает от генератора через A, B, C, P, & A, E, F, P. В этом состоянии реле A, B, C и E управляет своим соответствующим выключателем в ненаправленном режиме. операция. D&F вступают в силу.

Корпус 3:

[wp_ad_camp_1]
Теперь мы используем другой генератор G2 вместо нагрузки.Предположим, что неисправность произошла в P ближе к генератору G2. Теперь ток течет от G2 и A, B, C, D, P, & A, E, F, D, P. В этом состоянии реле A, B, C и E управляет своим соответствующим выключателем в ненаправленном режиме. . D управляет автоматическим выключателем D по направленной перегрузке по току. F становится активным, потому что текущее направление остается неизменным.

Направление Реле максимального тока Код ANSI: 67

Ненаправленное реле максимального тока Код ANSI: 67 NC

Направленная защита от перегрузки по току и ненаправленная защита от перегрузки по току Пояснение видео:

Подробнее Подписаться: https: // www.youtube.com/channel/UCXFxwj7DwumpUu5RNWlznTw

Оптимальное согласование направленных реле максимального тока для комбинированной воздушной / кабельной распределительной сети с помощью техники линейного программирования | Защита и управление современными энергосистемами

В направленных реле максимального тока можно выполнить два типа настроек: уставка временного множителя (TMS) и уставка тока срабатывания (Ipu). Направленные реле максимального тока должны быть установлены для непрерывного TMS и дискретного текущая настройка срабатывания.{\ ast} \ Tik $$

(1)

Где:

Wi — коэффициент, который обычно устанавливается равным 1.

Tik — Время срабатывания реле Ri при возникновении неисправности в зоне k ^th в энергосистеме [10,11,12, 13,14].

Таким образом, задачу координации направленных реле максимального тока в электрических распределительных системах можно рассматривать как задачу оптимизации, в которой сумма времени срабатывания всех реле в системе должна быть минимизирована при заданных значениях ограничений [11, 12]:

Критерии координации

$$ Tnk- Tik \ ge \ bullet T $$

(2)

Где:

Tnk — Время, необходимое для срабатывания первого резервного реле Ri при возникновении неисправности в зоне k ^th энергосистемы.

• T — Временной интервал для координации между первичным и резервным реле.

Эта продолжительность требуется для поддержания надлежащей селективности между основным и резервным реле. Временной интервал согласования между двумя реле имеет значение 0,5 с [1].

Границы настроек

$$ {TMSi} _ {min} \ le TMSi \ le {TMSi} _ {max} $$

(3)

$$ {Ti} _ {min} \ le Ti \ le {Ti} _ {max} $$

(4)

Где:

TMSi — Установка множителя времени реле Ri

Ti- Время срабатывания реле Ri

Характеристики реле

Предполагая, что все реле идентичны и имеют нормальные характеристики IDMT, уравнение для времени работы реле задается следующим образом: [10,11,12,13,14]:

$$ Ti = \ uplambda \ ast \ frac {( TMSi)} {\ left [{\ left (\ frac {I} {Is} \ right)} ^ {\ upgamma} \ kern0. {\ upgamma} -1 \ right]} $$

В общем, уравнение для времени работы обычного реле IDMT может быть выражено как:

$$ TR = \ frac {\ left (0.{\ ast} \ TMSi \ right) $$

(7)

Где αi известен, а значения TMSi могут быть определены с использованием любого из методов LPP. В этой статье для оптимизации задачи используется двойной симплексный метод.

Интеграция с возобновляемыми источниками энергии необходима для экономичной эксплуатации электрических сетей. Однако такая интеграция изменяет поток нагрузки в сети, что может повлиять на настройки реле максимального тока (OC).Из-за повышенного протекания тока по линиям с такими источниками энергии реле OC сработают даже в нормальных условиях сети. Кроме того, правильная настройка реле OC становится сложной, поскольку производство возобновляемых источников энергии зависит от погодных условий. Замечено, что интеграция фотоэлектрических (PV) источников заставляет OC-реле работать без намерения из-за изменений величины и / или направления тока через реле [15].

Для решения такой проблемы в сетях обычно используются две стратегии.В первой стратегии возобновляемая генерация отключается от сети при возникновении неисправности. Вторая стратегия позволяет таким источникам энергии оставаться подключенными даже в случае неисправности. Обе стратегии основаны на стандартах, разработанных IEC и IEEE. В соответствии со стандартом IEEE 1547–2003: соединение распределенных ресурсов с системами электроснабжения, распределенные генерации (DG) должны быть немедленно отключены при возникновении неисправности в распределительных сетях. Согласно второй стратегии, в DG включена функция Fault Ride Through (FRT), чтобы избежать отключения из-за возникновения сбоев в сети.FRT достигается за счет задержки времени срабатывания защитных устройств с единственной целью избежать ненужного отключения источников DG за счет преодоления очень короткого временного интервала помех. Для DG типа PV возможности FRT варьируются от страны к стране. В большинстве стран допустимая кратковременная продолжительность неисправностей не превышает 150 миллисекунд [16].

(PDF) Интеллектуальная защита распределительных сетей с использованием направленного реле максимального тока только по току

6

ТАБЛИЦА LE II

O

ПЕРЕДАЧА ТОКОВОГО НАПРАВЛЕННОГО ПЕРЕГРУЗКИ ТОКА

РЕЛЕ

С ПОДКЛЮЧЕНИЕМ ИСТОЧНИКА

000 С МУЛЬТИПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫМ ИСТОЧНИКОМ

000 точка повреждения, вызывающая обратный ток от узла

G к точке повреждения (между H и R).Это заставит реле G &

H идентифицировать обратную неисправность, как показано во второй строке таблицы II

. Тогда участок между точкой повреждения и источником 𝑍

𝑅

будет изолирован при размыкании выключателя в узле R, учитывая, что реле

настроены на отключение при прямом замыкании.

После этого, при отсутствии источника 𝑍

𝑅

, источник 𝑍

𝑆

будет

попытаться заполнить участок между узлом G и точкой разлома

между H&R.Это вызовет поток тока в противоположном направлении

(от G к точке повреждения между H и

R) по сравнению с начальным направлением тока до повреждения.

С помощью традиционного направленного реле

на основе поляризации напряжения мы можем идентифицировать это изменение направления. Аналогично, для реле только тока

, это тогда прибегло бы к случаю, показанному

на рис. 8, в результате чего реле G и H увидели новый противоположно направленный ток

.В следующих циклах реле только тока G

& H обнаружат прямую неисправность.

В худшем случае, после того, как выключатель R размыкается и неисправность

является постоянной, реле G и H будут видеть аварийный ток (обратное направление

, протекающее от узла G к точке повреждения), при этом

не будет видеть нормальный ток перед повреждением. Для этого переключения на случай отказа

[5], если определение направления не может быть выполнено при отсутствии действительного тока до повреждения

, это будет помечено как выходящее за пределы чувствительности

(т.е.е., нейтраль или 0), и функция ненаправленной защиты

должна обгонять, чтобы изолировать источник 𝑍

𝑆

путем размыкания выключателя

в узле G. Направленное реле на основе поляризации напряжения, которое будет

видеть изменение направления (от узла G к точке повреждения),

, но обнаруживать неисправность только в зависимости от начальной настройки обнаружения неисправности

.

Д.Неисправности замыкания

Традиционное направленное реле на основе поляризации напряжения

становится ненадежным, когда сбой происходит слишком близко к реле

, например, сбой вблизи подстанции. В этом случае

реле почти заземлено из-за короткого замыкания, обычно

, известного как замыкание [1], и традиционный направленный метод

дает сбой. Направленное обнаружение только тока дает

альтернативную возможность решить эту проблему.

IV. C

ВКЛЮЧЕНИЕ

В этой статье мы представили новую концепцию реактивного реле di-

, работающего только по току, без использования опорного напряжения

, как это делается в традиционных направленных реле. Принцип

только тока использует ток до повреждения в качестве поляризующей величины.

В нормальных условиях фазовый угол тока

от цикла к циклу не будет сильно отличаться. В условиях неисправности

будут значительные изменения угла сдвига фаз.

Направление повреждения может быть прямым (между реле и сетью) или

обратным (между реле и источником), что влияет на фазовый угол

полярность. Анализ сигналов, полученных во время неисправностей,

подтверждает возможность применения предлагаемого метода.

В этой статье мы также описали возможное использование

токового направленного реле для интеллектуальной направленной защиты

в распределительных системах. Возможные применения

включают локализацию участка неисправности в распределительных системах

с использованием централизованной схемы защиты.В этой схеме все реле направления

только по току передают свои относительные данные о направленном измерении

централизованному вычислительному блоку

, который затем оптимально определяет места повреждения, которые необходимо изолировать.

В качестве альтернативы могут использоваться узловые схемы, в которых каждое реле

на каждом узле прослушивает свой предыдущий узел и сравнивает свое собственное решение

о направлении с решением предыдущего узла. Для

обеих схем место повреждения будет между смежными реле

, показывающими противоречивые решения.Реактивное реле di-

, работающее только по току, может успешно применяться для локализации неисправностей

в источниках нескольких поколений. Направленная защита для распределительных систем

является ключевой областью для включения интеллектуальной сети

. По соображениям стоимости традиционные направленные реле

на основе поляризации напряжения, как правило, не могут применяться, что делает экономичное направленное реле

, работающее только по току, единственным жизнеспособным решением.

A

ЗНАНИЕ

Авторы хотели бы поблагодарить Корнела Шеррера, Фахрудина

Мекича, Дж.Д. Лобо, Марека Фульчика, Пшемыслава Бальцерека, Питера

Криппнер, Андреа Анденна за их поддержку.

R

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

[1] У. А. Элмор, Теория защитных реле и ее приложения, 2-е изд.

Марсель Деккер: Нью-Йорк, 2003.

[2] П.М. Андерсон, Защита энергосистемы, МакГроу-Хилл: Нью-Йорк, 1999.

[3] Дж. Хорак, «Концепции направленных реле максимального тока (67)», В Proc. 59-я

IEEE Conf. Protective Relay Engineers, 2006.

[4] З. Ган, С. Элангован, А. К. Лев, «Реле максимального тока

на базе микроконтроллера и реле максимального тока направления с защитой от замыкания на землю»,

Electric Power Systems Research, vol.38, стр. 11-17, 1996.

[5] А. Укил, Б. Дек, В. Шах, «Направленное реле максимального тока только по току»,

IEEE Sensors Journal, 2010 (на рассмотрении).

[6] AG Phadke, JS Thorp, Synchronized Phasor Measurements and their

Applications, Springer: New York, 2008.

[7] I. Daubechies, Ten Lectures on Wavelets, Society for Industrial and

Applied Mathematics: Philadelphia, 1992.

[8] A. Ukil, Интеллектуальные системы и обработка сигналов в энергетике,

Springer: Heidelberg, 2007.

[9] А. К. Прадхан, А. Рутрей, С. Мадхан Гудипалли, «Оценка направления повреждения

в радиальной распределительной системе с использованием изменения фазы в последовательности тока

», IEEE Transactions Power Delivery, vol. 22, нет. 4, pp. 2065-

2071, 2007.

[10] М. М. Эйсса, «Оценка новой технологии направленной защиты по току

с использованием полевых данных», IEEE Transactions Power Delivery, vol.

20, вып. 2, pp. 566-572, 2005.

Скоординированная адаптивная направленная система максимальной токовой защиты для микросетей переменного тока [v1]

Препринт
Статья
Версия 1
Сохранилось в Portico. Эта версия не рецензировалась.

Версия 1
: Получено: 10 февраля 2021 г. / Утверждено: 11 февраля 2021 г. / Онлайн: 11 февраля 2021 г. (16:19:02 CET)

Хуссейн, Н.; Насир, М .; Khayat, Y .; Vasquez, J.C .; Герреро, Дж. Скоординированная адаптивная направленная система максимальной токовой защиты для микросетей переменного тока. Препринты 2021 , 2021020288 (doi: 10.20944 / preprints202102.0288.v1).

Hussain, N .; Насир, М .; Khayat, Y .; Vasquez, J.C .; Герреро, Дж. Скоординированная адаптивная направленная система максимальной токовой защиты для микросетей переменного тока. Препринты 2021, 2021020288 (doi: 10.20944 / preprints202102.0288.v1).
Копировать

Цитируйте как:

Хуссейн, Н.; Насир, М .; Khayat, Y .; Vasquez, J.C .; Герреро, Дж. Скоординированная адаптивная направленная система максимальной токовой защиты для микросетей переменного тока. Препринты 2021 , 2021020288 (doi: 10.20944 / preprints202102.0288.v1).

Hussain, N .; Насир, М .; Khayat, Y .; Vasquez, J.C .; Герреро, Дж. Скоординированная адаптивная направленная система максимальной токовой защиты для микросетей переменного тока. Препринты 2021, 2021020288 (doi: 10.20944 / preprints202102.0288.v1).
Копировать

ОТМЕНИТЬ
КОПИРОВАТЬ ДЕТАЛИ ЦИТАТЫ

Абстрактный

В этой исследовательской работе представлена ​​адаптивная схема для скоординированной защиты микросетей переменного тока с использованием направленных реле максимального тока (DOCR).Защита MG переменного тока является сложной и сложной задачей из-за динамического характера сети, в том числе: а) ее способности реконфигурировать режимы работы в диапазоне от режима подключения к сети до изолированного режима, в) возможности двунаправленного потока мощности и ) интеграция периодически возобновляемых источников энергии с изменениями доступности ресурсов в реальном времени. Следовательно, вклады тока короткого замыкания могут в значительной степени варьироваться в зависимости от аварийных условий в сети. Обычные схемы защиты, обычно предназначенные для радиальных сетей, и однонаправленный поток мощности от конца источника к нагрузке могут либо работать неправильно, либо демонстрировать очень низкую производительность, если они не адаптированы в соответствии с динамическими условиями сети.Чтобы решить эту проблему, в данной работе представлена ​​схема адаптивной защиты на основе связи, способная адаптировать свои настройки в соответствии с доступностью ресурсов генерации и конфигурацией сети. Предлагаемая схема состоит из интеллектуального центрального блока защиты (ICPU), способного обновлять настройки и передавать их отдельным реле на основе предварительно рассчитанных автономных настроек. Направленные реле максимального тока, используемые в схеме, используют двухступенчатую настройку, то есть с независимой выдержкой времени и с инверсной независимой минимальной выдержкой времени для эффективной координации между реле, находящимися ниже и выше по потоку.Представлен адаптивный алгоритм работы ICPU и реализован пример модифицированной 9-шинной системы IEEE с использованием DigSilent Power factory. Результаты для различных сценариев, включая: а) режим работы с подключением к сети, б) изолированный режим работы и в) переменный режим распределенной генерации, получены и сравнены со статической схемой, которая подтверждает эффективность предложенной схемы.

Тематические области

Адаптивная защита; Обнаружение неисправностей; Микросетки; Направленное реле максимального тока

Это статья в открытом доступе, распространяемая по лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинальной работы.

Комментарии (0)

Мы приветствуем комментарии и отзывы широкого круга читателей. См. Критерии для комментариев и наше заявление о разнообразии.

что это?

Добавьте запись об этом обзоре в Publons, чтобы отслеживать и демонстрировать свой опыт рецензирования в мировых журналах.

×

Направленное реле максимального тока

индукционного типа | Строительство

Реле максимального тока индукционного типа:

Реле мощности направленного действия не подходит для использования в качестве реле защиты направленного действия в условиях короткого замыкания.Когда происходит короткое замыкание, напряжение в системе падает до низкого значения, и в реле может быть недостаточный крутящий момент, чтобы вызвать его срабатывание. Эту трудность преодолевает направленное реле максимального тока индукционного типа, которое практически не зависит от напряжения системы и коэффициента мощности

.

Конструктивные детали: На рис. 21.19 показаны конструктивные детали типичного направленного реле максимального тока индукционного типа. Он состоит из двух релейных элементов, установленных на общем корпусе, а именно.

1. Направляющий элемент и
2. Ненаправленный элемент.

1. Элемент направления: По сути, это направленное реле мощности, которое срабатывает, когда мощность течет в определенном направлении. Катушка потенциала этого элемента подключена через трансформатор напряжения (P.T.) к системному напряжению. Токовая катушка элемента возбуждается через трансформатор тока. по току цепи. Эта обмотка проходит над верхним магнитом ненаправленного элемента.Контакты отключения (1 и 2) направленного элемента включены последовательно с вторичной цепью элемента максимального тока. Следовательно, последний элемент не может начать работать, пока его вторичная цепь не замкнута. Другими словами, направленный элемент должен сработать первым (т.е. контакты I и 2 должны замкнуться), чтобы сработал элемент максимального тока.

2. Ненаправленный элемент: Это элемент максимального тока, подобный во всех отношениях ненаправленному реле максимального тока, описанному в Ст.21.11. На шпинделе диска этого элемента находится подвижный контакт, который замыкает неподвижные контакты (контакты цепи отключения) после срабатывания направленного элемента.

Можно отметить, что перемычка для установки штекера также предусмотрена в реле для установки тока, но для ясности и простоты он не показан на рисунке. Отводы предусмотрены на верхнем магните элемента максимального тока и подключены к мосту.

Эксплуатация: В нормальных рабочих условиях мощность течет в нормальном направлении в цепи, защищенной реле.Следовательно, направленное реле максимального тока индукционного типа (верхний элемент) не работает, тем самым оставляя элемент максимального тока (нижний элемент) обесточенным. Однако при коротком замыкании ток или мощность имеют тенденцию течь в обратном направлении. В этом случае диск верхнего элемента вращается, замыкая неподвижные контакты 1 и 2. Это замыкает цепь для элемента максимального тока.

Диск этого элемента вращается, и прикрепленный к нему подвижный контакт замыкает цепь отключения.Это приводит в действие автоматический выключатель, который изолирует неисправную секцию. Два релейных элемента расположены таким образом, что окончательное отключение контролируемого ими тока не происходит до тех пор, пока не будут выполнены следующие условия:

1. ток течет в таком направлении, чтобы управлять направленным элементом.