Максимальная токовая защита (МТЗ)

Аварии в электрических сетях происходят часто по разным причинам. Когда происходит короткое замыкание, сверхток оказывает повреждающее действие на все электрооборудование. Если не принять защитных мер, то неконтролируемое увеличение тока может повредить не только электроустановки от места повреждения до источника питания, но и всю энергосистему. Для того чтобы избежать нежелательных последствий аварии, используются различные схемы защиты.

  • Нарезка.
  • Дифференциальная фазировка.
  • Защита цепей от сверхтока высокого напряжения (защита от сверхтока).

Из этих типов защиты наиболее распространенной является защита от сверхтока. Благодаря своей селективности, т.е. способности избирательно реагировать на различные ситуации, этот простой и надежный метод предотвращения перегрузок линии получил широкое распространение.

Содержание:

Принцип максимальной токовой защиты

 

Устройство и принцип действия

Системы защиты от сверхтоков состоят из двух важных компонентов: автоматических выключателей и реле времени. Они могут быть интегрированы в единую конструкцию или располагаться в отдельных блоках.

 

Отличия от токовой отсечки

Из всех типов защиты токоограничивающая защита является самой надежной. Примером может служить использование предохранителей или автоматических выключателей для защиты бытовых электросетей. Технология автоматического выключателя с управлением остаточным током гарантирует, что защищаемая цепь будет обесточена в случае аварии. Однако для восстановления питания необходимо устранить причину отключения и заменить предохранитель или разомкнуть автоматический выключатель.

Недостатком этой системы является то, что к отключению приводит не только короткое замыкание, но даже кратковременная перегрузка нагрузки по току. Кроме того, для восстановления защиты требуется вмешательство человека. Эти недостатки не критичны в бытовых сетях, но неприемлемы для защиты раздвоенных линий электропередач.

Поскольку реле защиты от сверхтока разработаны как механизмы с задержкой срабатывания, они кратковременно игнорируют изменения напряжения. Кроме того, токовые реле сконструированы таким образом, что они сбрасываются после устранения причины размыкания контактов.

Эти два фактора принципиально отличают реле сверхтока от простых реле прерывания тока, которые обладают всеми недостатками.

Предохранитель электросети

 

Принцип действия МТЗ

Между устройством выдержки времени и реле тока существует подчиненная связь, которая позволяет отключать ток не в начале нарастания тока, а в течение некоторого времени после возникновения неисправности. Этот временной интервал настолько мал, что ток не достигает критического уровня и может повредить защищаемую цепь. Однако этого достаточно для предотвращения возможного ложного срабатывания защитного устройства.

Работа системы защиты от сверхтока аналогична работе защиты от прерывания тока. Разница, однако, заключается в том, что цепь ограничения тока прерывается немедленно, в то время как защита от сверхтока происходит через заранее определенный период времени. Этот промежуток времени от момента нарастания тока до момента его отключения называется выдержкой времени. В зависимости от цели и характера защиты каждый отдельный шаг по времени устанавливается расчетным путем.

Наименьшая временная задержка устанавливается на самом дальнем участке линии. По мере приближения устройства защиты от сверхтока к источнику тока выдержка времени увеличивается. Эти значения определяются временем, которое требуется для срабатывания защитного устройства, и называются селективными ступенями. Сеть, построенная по этому принципу, образует область селективного шага.

Этот метод защищает поврежденный участок, но не отключает линию полностью, так как шаг селективности увеличивается по мере удаления защиты от сверхтока от места повреждения. Разница в размере шагов поддерживает защиту в прилегающей зоне в режиме ожидания до восстановления текущих параметров. Поскольку напряжение возвращается в норму практически сразу после отключения зоны короткого замыкания, на работу соседней зоны неисправность не влияет.

Принцип действия МТЗ

 

Примеры использования защиты

Использование защиты от сверхтоков

  • Для локализации и нейтрализации фазных замыканий.
  • Для защиты сети от кратковременных перегрузок.
  • Для обесточивания трансформаторов тока в аварийных ситуациях.
  • В качестве защитного устройства при запуске мощного, энергозависимого оборудования.

Время задержки очень полезно для запуска двигателей. Действительно, во время пуска пусковой ток в цепи обмотки значительно возрастает и воспринимается системой защиты как аварийная ситуация. Из-за короткой выдержки времени защита от сверхтока игнорирует изменения параметров электропитания, происходящие при запуске или самозапуске двигателя. Значение тока возвращается в норму в течение очень короткого времени, и причина отключения устраняется. Это предотвращает неприятные отключения.

Этот же тип временной задержки работает и при кратковременных перегрузках в защищаемой сети, независимо от неисправностей. Отключение действительно только в том случае, если в защищаемой линии имеется значительная перегрузка, превышающая значение выдержки времени.

На практике для обеспечения надежной защиты часто используются двух- или даже трехступенчатые схемы секционной защиты.

Селективная карта для стандартной трехступенчатой защиты

По горизонтальной оси отображается текущее значение, а по вертикальной оси — время задержки в секундах. Двойная кривая показывает уменьшение времени защиты в связи с увеличением перегрузки. Время срабатывания защиты от сверхтока начинается, когда ток достигает 170 А. Время задержки составляет 0,2 секунды, после чего происходит отключение при 200 А. Это означает, что в случае неисправности защиты в другом оборудовании происходит прерывание цепи.

 

Расчет тока срабатывания МТЗ

Стабильность и надежность защиты от сверхтоков зависит от настройки параметров тока срабатывания. Этот расчет должен обеспечить гарантированное срабатывание реле в случае неисправности, но чтобы на реле не влияли короткие скачки тока нагрузки и пуск двигателя.

Следует помнить, что слишком чувствительные реле могут привести к ложным срабатываниям. С другой стороны, малозаметные параметры отключения не гарантируют безопасность стабильной работы электрооборудования. По этой причине при настройке расчета необходимо выбрать золотую середину.

Существует уравнение для расчета среднего тока, реагирующего на электромагнитное реле [ 1 ].

Icp > В макс,

где Ic. — минимальный первичный ток, на который должно реагировать защитное устройство, а In. max. — предельный ток нагрузки.

Ток сброса реле выбирается таким образом, чтобы его было достаточно для повторного замыкания контактов сработавшего устройства. Формула используется для определения тока возврата.

Ivz = kn.xkz.xIb.max.

Здесь Iwz — обратный ток, kn. — коэффициент безопасности, kz — коэффициент самозапуска и Irab.max. — значение максимального рабочего тока.

Для того чтобы сделать ток возврата и ток отключения как можно ближе, вводится коэффициент возврата, который рассчитывается как

kv = Iinvoltage / Ical, где Ical = kn. x kz. x Irab. max. / kv

В идеале kv = 1, но на практике этот коэффициент всегда меньше 1. Чем выше значение kv, тем выше чувствительность защиты. Отсюда следует вывод, что для повышения чувствительности необходимо выбирать Kv в диапазоне, стремящемся к 1.

Расчет тока срабатывания МТЗ

 

Виды максимально-токовых защит

Существует четыре типа устройств защиты от сверхтоков, используемых в электросетях. Их использование определяется условиями, которые должны быть соблюдены для безопасной работы устройства.

 

МТЗ с независимой от тока выдержкой времени

Эти устройства не изменяют время задержки. Для того чтобы установить период задержки, достаточный для активации реле с независимыми характеристиками, необходимо учитывать селективный шаг. Каждая последующая задержка (в сторону текущего источника) увеличивает временной интервал, соответствующий селективному шагу, по сравнению с предыдущей задержкой. Другими словами, при расчете должно соблюдаться условие селективности.

 

МТЗ с зависимой от тока выдержкой времени

В этом типе защиты процесс настройки расцепителей сверхтока требует более сложных расчетов. В случае индуктивных реле характеристика зависимости выбирается в соответствии со стандартом МЭК: Tcal = A / (kn — 1), где A, n — коэффициент чувствительности, а k = Irab / Icf — коэффициент тока.

Формула показывает, что временная задержка больше не является константой. Она зависит от нескольких параметров, в том числе от величины тока, достигающего обмотки реле, и эта зависимость обратная. Однако задержка не является линейной, и ее характеристическая кривая близка к гиперболе. Этот тип устройства защиты от сверхтока используется для предотвращения опасных перегрузок.

 

МТЗ с ограниченно-зависимой от тока выдержкой времени

Этот тип релейного устройства объединяет две фазы защиты: ведомую секцию с гиперболическими характеристиками и независимую секцию. Примечательно, что время-токовая характеристика независимой части представляет собой прямую линию, плавно сопряженную с гиперболой. Для малых кратных значений критического тока характеристика ведомой секции более крутая, для больших кратных значений кривая плоская (для защиты двигателей большой мощности).

МТЗ с зависимость. тока и времени

 

МТЗ с пуском (блокировкой) от реле минимального напряжения

Этот тип дифференциальной защиты использует комбинацию защиты от перегрузки по току с использованием эффекта наводки при пониженном напряжении. Электромеханическое реле размыкает свои контакты только при увеличении тока в сети, что приводит к падению разности напряжений. Если падение напряжения превышает нижний предел напряжения уставки, срабатывает защита. Поскольку уставка настроена на провалы напряжения, реле не реагирует на скачки напряжения в сети.

 

Примеры и описание схем МТЗ

Для защиты обмоток трансформатора, а также других частей односторонней питающей сети используются различные схемы.

Схемы защиты от сверхтоков (OCPC) при постоянном токе. Особенностью этой схемы является то, что элемент защиты управляется током выпрямителя, который меняет полярность и реагирует на аварийные условия. Изменения напряжения контролируются встроенным микроэлементом. Для защиты линии от обрыва фаз используется двухфазная схема с двумя реле тока или одним реле тока.

 

Однорелейная на оперативном токе

Этот тип защиты использует реле пускового тока, которое реагирует на изменение разности потенциалов между двумя фазами. Однорелейное реле сверхтока реагирует на все межфазные замыкания.

Преимущества: реле одного тока с подключением только двух проводов.

Недостатки.

  • Относительно низкая чувствительность.
  • Надежность — если один элемент выходит из строя, часть цепи остается незащищенной.

Одиночное реле для распределительных сетей с напряжением до 10 кВ и для безопасного запуска электродвигателей.

Однорелейная на оперативном токе

 

Двухрелейная на оперативном токе

В этой цепи контуры тока образуют неравную звездообразную форму. Двухрелейное реле замыкания на землю реагирует на замыкания на фазу.

Недостатком этой схемы может быть ее ограниченная чувствительность. Защита от сверхтоков с помощью двухфазных реле получила широкое распространение, особенно в сетях с изолированной нейтралью. Однако, добавив промежуточное реле, он может работать и в сетях с глухой нейтралью.

 

Трехрелейная

Эта схема очень надежна. Он защищен от всех замыканий и реагирует на однофазные замыкания. Трехфазные цепи можно использовать там, где есть глухая нейтраль, хотя при этом существует вероятность возникновения фазных и однофазных замыканий.

Работа трехфазной, трехпроводной схемы защиты от сверхтока.

Работа трехфазной схемы защиты от сверхтока

Схема двухфазного, трехрелейного соединения для защиты от сверхтока.

Схема подключения для 2-фазной, 3-релейной защиты от сверхтока

Схема имеет обозначения.

  • KA — реле тока.
  • KT — эстафета времени.
  • KL — Промежуточная эстафета.
  • KH — индексное реле.
  • YAT — Катушка отключения.
  • SQ — блок контактов, размыкающий цепь.
  • TA — трансформатор тока.
Быстрая консультация

Если у Вас возникли вопросы, вы можете оставить заявку и наши менеджеры свяжутся с Вами, проконсультируют по интересующим вопросам.