Автор: Андреев В.А.
Теги: общее машиностроение технология машиностроения электроэнергетика электротехника электроснабжение
ISBN: 978-5-06-005828-4
Год: 2008
Текст
АЛЯ ВЫСШИХ
УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
В.А. Андреев
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА
СИСТЕМ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
В.А. Андреев
РЕЛЕЙНАЯ ЗАШИТА
СИСТЕМ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
В ПРИМЕРАХ И ЗАДАЧАХ
Допушено
УМО по образованию в области
энергетики и электротехники в качестве
учебного пособия для студентов высших
учебных заведений, обучающихся по специальности
«Электроснабжение» направления подготовки
«Электроэнергетика »
Москва «Высшая школа» 2008
УДК 621 316
ББК 31.277.1
А 65
Рецензенты:
кафедра «Релейная защита и автоматизация энергосистем»
Московского энергетического института (технического университета);
кафедра «Электроснабжение промышленных предприятий»
Саратовского государственного технического университета;
зав. кафедрой «Автоматизированные электроэнергетические системы»
д-р техн, наук, проф. В.П. Степанов (САМГТУ)
Андреев В.А.
А 65 Релейная защита систем электроснабжения в примерах и
задачах: Учеб, пособие / В.А. Андреев. — М.: Высш, шк., 2008. —
252 с.: ил.
ISBN 978-5-06-005828-4
В учебном пособии даны задачи и примеры выбора и расчета параметров
токовых и направленных токовых зашит линий электропередачи напряжением
выше 1 кВ, защиты плавкими предохранителями и расцепителями автомати-
ческих выключателей линий в сетях напряжением до 1 кВ, защиты понижаю-
щих трансформаторов и высоковольтных и низковольтных электродвигателей.
В задачах и примерах рассмотрены тепловые, электромеханические и ана-
логовые реле, а также микропроцессорные комплектные устройства SPAC801.01
и SPAC 802.01.
Для студентов вузов, обучающихся по специальности «Электроснабжение»,
может быть использовано для повышения квалификации эксплуатационного пер-
сонала систем электроснабжения.
УДК 621.316
ББК 31.277.1
ISBN 978-5-06-005828-4 © ОАО «Издательство «Высшая школа», 2008
Оригинал-макет данного издания является собственностью издательства
«Высшая школа», и его репродуцирование (воспроизведение) любым способом без
согласия издательства запрещается.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Ясными и твердыми становятся только те знания, которые сту-
денты добывают самостоятельным трудом. Если студент даже выу-
чил учебник наизусть и может ответить на заданный вопрос слова-
ми учебника, это еще не знание предмета. Умение применять свои
знания к решению конкретных вопросов, не рассмотренных в та-
ком виде в учебнике, содержит творческий элемент. Настоящее учеб-
ное пособие и предназначено в основном для развития навыков твор-
ческой работы.
В пособии приведены примеры и задачи, в которых рассмотрено
использование плавких предохранителей, автоматических выклю-
чателей, электромеханических и аналоговых реле и микропроцес-
сорных комплектов устройств SCPAC801.01 и SCPAC802.01, уст-
ройств ЯРЭ-2201. Задачи разбиты по разделам дисциплины «Ре-
лейная защита и автоматика систем электроснабжения», в основном
совпадающим с разделами учебника [I]. Примеры имеют решения.
Однако цель (умение применять свои знания к решению конкрет-
ных вопросов) будет достигнута, очевидно, только в том случае, если
студент научится решать задачи самостоятельно. Для этого в посо-
бие включены многовариантные задачи с решением только одного
варианта и нерешенные задачи, но с ответами, включены также не-
которые справочные материалы, которые можно использовать при
решении задач. Полезно также самостоятельно решать уже решен-
ные задачи.
Это, конечно, не исключает изучения отдельных решений, если
после упорной работы задача не получается. Иногда одна и та же
задача может быть решена различными методами. И с этой точки
зрения полезно сравнить свое решение с рекомендуемым и оце-
нить, какое из них быстрее и проще приводит к цели.
Задача может не решаться из-за недостаточно ясного понима-
ния основ релейной защиты или из-за отсутствия навыков в реше-
нии задач вообще. В первом случае необходимо обратиться к учеб-
ной литературе, список которой приведен в конце учебного посо-
бия, а ссылки на нее указаны в соответствующих местах. Список
сделан минимальным и ограничен в основном литературой по ре-
з
лейной защите. При отсутствии навыков в решении задач вообще
следует приобретать эти навыки решением возможно большего числа
задач и по другим дисциплинам.
Для решения задач по релейной защите необходимы знания не
только основ релейной защиты, но и теоретических основ электро-
техники, электрических машин, переходных процессов. Решение
задач может значительно расширить кругозор, развить творческие
способности и принести большую пользу, если при решении будет
проявлена достаточная настойчивость. Это тем более необходимо в
процессе курсового и дипломного проектирования.
Пособие может служить не только для тренировки, но и для
контроля усвоения предмета. Иногда студенту, изучающему релей-
ную защиту, кажется, что он ее знает. Если он легко решает задачи,
значит, он ее действительно знает. Часть примеров и задач, вклю-
ченных в пособие, апробирована ранее. Они взяты из [14, 15].
Пособие предназначено для студентов высших учебных заведе-
ний, обучающихся по специальности 140211 «Электроснабжение».
Автор
ГЛАВА 1
ТОКОВЫЕ И ТОКОВЫЕ НАПРАВЛЕННЫЕ ЗАЩИТЫ
ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ НАПРЯЖЕНИЕМ ВЫШЕ 1 КВ
И ИХ ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА
В системах электроснабжения связь потребителей электроэнер-
гии с источниками питания осуществляется питающими электри-
ческими сетями через приемные пункты и распределительные сети.
Если источник питания достаточно удален, то связь осуществ-
ляется питающими линиями напряжением 35—220 кВ. Распредели-
тельные сети строят при напряжении 6 (10) кВ.
Основным элементом любых электрических сетей является ли-
ния электропередачи. Поэтому для обеспечения надежности элект-
ропитания она должна быть оборудована соответствующими уст- -
ройствами релейной защиты и автоматики.
В первой главе пособия даны задачи по токовым и токовым
направленным защитам линий электропередачи напряжением выше
1 кВ. Им предшествуют сведения о реле, микропроцессорных ком-
плектных устройствах и плавких предохранителях, используемых в
этих защитах.
1.1. Схемы соединения измерительных
преобразователей тока
(трансформаторов тока Е4)
и цепей тока вторичных
измерительных органов (реле)
В зависимости от назначения защиты и предъявляемых к ней
требований применяют следующие схемы соединения измери-
тельных преобразователей тока и цепей тока измерительных ор-
ганов [I]:
• трехфазную трехрелейную схему соединения в полную звезду
(рис. 1.1, а);
• двухфазную двухрелейную (рис. 1.1, б) и трехрелейную схемы
соединения в неполную звезду;
5
Рис. 1.1. Схемы соединения трансформаторов тока и реле
• трехфазную схему соединения ТА в полный треугольник, а из-
мерительных органов — в полную звезду (рис. 1.1, в);
• двухфазную однорелейную схему соединения в неполный тре-
угольник (на разность токов двух фаз) (рис. 1.1, г).
Во всех этих схемах измерительные органы включают на полные
токи фаз. Распространение получили также схемы включения на со-
ставляющие токов нулевой и обратной последовательностей. В этих
схемах реле подключается к фильтрам тока нулевой и обратной пос-
ледовательностей. В схемах с включением реле на полные токи фаз
токи в реле I в общем случае отличаются от вторичных фазных
токов Тф измерительных преобразователей. Это отличие характери-
зуется коэффициентом схемы k'‘ = Iv /1который может зависеть
от режима работы защищаемого элемента и от вида и места КЗ.
Если ток 7?. выразить через первичный ток 71ф и коэффициент транс-
формации К, измерительного преобразователя, то к[п" = 7. Kt /1 ь. Это
отношение справедливо также для тока срабатывания реле / и тока
срабатывания защиты 7СЗ, т. е. к£} = 7с»рК//7сз.
6
При определении токов срабатывания обычно рассматривают
симметричный режим. В этом случае коэффициент схемы обозна-
чают как к'^. Чувствительность токовых защит характеризует коэф-
фициент чувствительности к под которым понимают отношение
тока в реле при металлическом коротком замыкании в конце защи-
щаемой зоны к току срабатывания реле, причем рассматривают КЗ
вида т, при котором ток в реле имеет минимальное значение, т. е.
iAm) _ /<от) If 'Апесъ /М _ л-М/М /г я т -к^Т /К
Кч ~ * р min / * с.р' ЭДССЬ 1 р min ~ Ксх ‘ к min / Л I ’ d 1 с.р ~ Лсх *с.з/Л/-
Поэтому коэффициент чувствительности к можно выразить •
через минимальный ток повреждения 7^in, ток срабатывания за-
щиты / з и соответствующие коэффициенты схем к’’ и к^:
= г(т) i
ч чж 1 к min/ уусх 2 с.з /
(1.1)
1.2. Выбор трансформаторов тока
для схем релейной защиты
Точность работы трансформаторов тока, предназначенных для
релейной защиты, характеризуется погрешностью е. Она связана с
предельной кратностью &10, представляющей собой наибольшее от-
ношение расчетного первичного тока 7. к первичному номиналь-
ному току 7, трансформатора, при котором полная погрешность
при заданной вторичной нагрузке не превышает е = 10 %. Таким
образом, выбор трансформаторов тока для релейной защиты сво-
дится к определению расчетного первичного тока 71рсч и максималь-
ной допустимой вторичной нагрузки ZH , при которых полная
погрешность не превышает 10 %. Для этой цели служат кривые
предельной кратности (рис. 1.2), представляющие собой зависи-
мость сопротивления нагрузки Z, от кратности первичного тока
Л — 7, /7, при 8 = 10%. Значения 7. для различных защит
даны в табл. 1.1.
Порядок выбора трансформатора тока следующий [3]:
а) определяют максимальный рабочий ток защищаемого элемента;
б) по максимальному рабочему току и номинальному напряже-
нию защищаемого элемента выбирают трансформатор тока с соот-
ветствующим первичным номинальным током /. ном;
в) определяют расчетный первичный ток 7 ч, пользуясь табл. 1.1;
г) определяют предельную кратность fc10 = 71рсч/7|ном;
7
Таблица 1.1
Защита Расчетный первичный ток
Токовая отсечка и максимальная токовая защита с независимой вы- держкой времени 1. » 4.3
Максимальная токовая зашита с ограниченно зависимой выдержкой времени 1 1Г гле I = ’ сог > Д л сог к.вн шах
Токовая направленная защита 3) .вн max
Продольная дифференциальная защита г(3) 1 к.вн max
В защитах на переменном опера- тивном токе для дешунтируемых электромагнитов отключения УАТ (1,4... 1,8) /с УАТ К/ /&£', где / УАТ ток срабатывания электромагнита, рав- ный 1,5—3,0 А. Если для этой цели использовано реле РТМ, то / v. = 5 А * С У гу 1
* С некоторым допущением /с г можно принять равным току реле в начале неза-
висимой части характеристики выдержки времени.
д) по соответствующим кривым предельной кратности для выб-
ранного трансформатора тока находят допустимое значение вторич-
ной нагрузки Z „ , (порядок определения показан на рис. 1.2 пунк-
тирной линией);
е) определяют действительную расчетную нагрузку Z , которая
должна равняться или быть меньше допустимой, т. е. Z < Z аоп.
8
Сопротивление Z складывается из сопротивления реле Zp,
сопротивления проводов R , переходного сопротивления в контак-
тных соединениях Л н ~ 0,1 Ом. Полное сопротивление реле Z
определяется по потребляемой мощности 5, В • А:
Z, = S/I2P,
где / — ток, при котором задана потребляемая мощность, А.
Значения потребляемой мощности даны далее для каждого типа
реле в табл. 1.2—1.8, 1.10—1.15.
Сопротивление проводов, соединяющих трансформатор тока с реле,
я, = шо,
где I — длина провода, м; 5 — сечение провода, мм2; у — удельная
проводимость, м/(Ом • мм2), для меди равна 57, для алюминия — 35.
Для упрощения расчета все эти сопротивления складываются арифме-
тически, что дает некоторый запас. Таким образом, в общем случае
н.рсч
(1.2)
Для каждого конкретного случая нагрузка трансформатора будет
зависеть также от схемы соединения трансформаторов тока и обмо-
ток реле и вида короткого замыкания. Для каждой схемы необходимо
рассматривать тот вид короткого замыкания, при котором нагрузка
максимальная. В общем случае сопротивление этой нагрузки, Ом
Z
н.рсч 2' 2’
где Ц — напряжение на выводах трансформатора, В; /, — его вто-
ричный ток, А,
В системах электроснабжения для выполнения защиты часто
используют переменный оперативный ток, источниками которого
являются трансформаторы тока ТА. Защита выполняется по схеме с
дешунтированием электромагнита отключения выключателя. В та-
кой схеме трансформаторы тока работают в двух режимах:
1) до срабатывания защиты — в режиме источника тока. При
этом нагрузкой ТА являются сопротивление обмотки реле, сопро-
тивление проводов и контактов. Проверка трансформаторов тока в
этом режиме выполняется так, как указывалось выше;
2) после срабатывания защиты — в режиме, близком к режиму
отдачи максимальной мощности. Срабатывая, защита дешунтирует
электромагнит отключения и его обмотка оказывается последова-
тельно включенной с обмоткой реле, в связи с чем нагрузка транс-
9
форматора тока значительно возрастает, его вторичный ток умень-
шается. В этих условиях трансформатор должен обеспечить отдачу
мощности, необходимой для действия электромагнита отключения,
а реле не должно возвращаться в исходное состояние и его контак-
ты способны дешунтировать цепь электромагнита отключения. Для
выполнения защиты используют либо реле РТ-85, либо реле РВМ-12
и РП-341. В первом случае дешунтирование выполняют контакты
реле РТ-85, а во втором — контакты реле РП-341.
Таким образом, в схеме с дешунтированием необходимо кроме
проверки ТА на 10 %-ю погрешность дополнительно проверить:
а) отсутствие возврата реле после дешунтирования электромаг-
нита отключения;
б) надежное действие электромагнита отключения;
в) коммутационную способность контактов реле, дешунтирую-
щего электромагнит отключения.
Для исключения возврата реле необходимо, чтобы коэффициент
чувствительности защиты после дешунтирования не был ниже до-
пустимого значения, т. е. для максимальной токовой защиты, на-
пример, был к"1 >1,5 при КЗ в конце защищаемой зоны и кч“ >1,2
при КЗ в конце резервируемой зоны, а для токовой отсечки к’{ >2.
Это проверяется по условию
а,=(е,^1п)/(е^)[(1-//юо)д.]> (1.3)
где к — коэффициент возврата электромагнитного элемента РТ-85
принимается в пределах 0,3—0,4, для реле РП-341 — не более 0,4;
/ — токовая погрешность трансформатора тока в процентах после де-
шунтирования электромагнита отключения, определяется по рис. 1.3.
Для этого необходимо знать коэффициент А = km&*/kw доп.
Порядок его расчета следующий:
• определяют ZHpc4 с учетом сопро-
тивления электромагнита отключения
УАТ, которое включается последова-
тельно с сопротивлением Z. Сопротив-
ление УАТ дано в табл. 1.3;
ю
Рис. 1.3. Зависимость /от А для определе-
ния токовой погрешности трансформатора
тока
• по характеристике рис. 1.2 для получения Z pv4 определяют к ,0доп;
• предполагается, что дешунтирование происходит при токе КЗ,
обеспечивающем надежное срабатывание электромагнитного эле-
мента реле РТ-85, т. е. токовой отсечки, принимают
тогда
/vinax 2 с.з / 2 1 ном ’
где — первичный номинальный ток трансформатора тока. По
известным к.л юп и ктм определяют А = £тах/£10доп и далее из рис. 1.3
находят f В выражении (1.3) I — ток срабатывания защиты, чув-
ствительность которой проверяется, т. е. Ц или 1'с".
Если в схеме защиты используются реле тока РТ-40, реле вре-
мени РВМ-12 и дешунтирующее промежуточное реле РП-341, то
чувствительность реле РТ-40 и реле РВМ-12 после дешунтирова-
ния не проверяют, так как после срабатывания защиты промежу-
точное реле РП-341 самоудерживается своими контактами. Следо-
вало бы проверить чувствительность только этого реле. Однако,
как показывает практика, в связи с его низким коэффициентом
возврата чувствительность после дешунтирования, как правило, не
снижается.
Для проверки надежности действия электромагнита отключения
также используют выражение (1.3). При этом вместо I принимают
Лулт *,/4? И к, = 1, где К. — коэффициент трансформации транс-
форматора тока; А УАТ — ток срабатывания электромагнита отключе-
ния, равный 1,5; 3,0 А. Если используется реле РТМ, то /сУЛТ = 5 А.
Токовую погрешность f находят для коэффициента А при
шах
При этом коэффициент чувствительности электромагнита отклю-
чения должен быть приблизительно на 20 % больше допустимого
для токовой защиты.
Возможность применения в схеме с дешунтированием реле РТ-85 и
реле РП-341 проверяют по условию
A, s 150 А,
(1.4)
где /,'7) . — ток трехфазного КЗ у места установки защиты,
fv * *
и
1.3. Технические данные реле
и плавких предохранителей
1.3.1. Технические данные вторичных реле
тока прямого действия типа РТВ [2,5]
Технические данные вторичных реле тока прямого действия типа
РТВ приведены в табл. 1.2, характеристики — на рис. 1.4.
В приводе ПП-67 и встраиваемых пружинных приводах устанав-
ливают электромагниты включения и отключения и не более пяти
элементов защиты, число и тип которых зависят от применяемой
схемы защиты. При этом привод ПП-67 имеет 26 вариантов испол-
нения, а пружинный встраиваемый привод — 28 вариантов схем
защиты, выполненных на электромагнитах и реле. Условное обозна-
чение вариантов схем защиты состоит из пяти цифр. Так, цифра 1
Рис. 1.4. Характеристики токовых реле типа РТВ tp =
12
Таблица 1.2
Примечание Выключатели со встроенными иру- ЖИННЫМИ приводами используют в КРУ внутренней и наруж- ной установок. В этих же КРУ могут приме- няться выключатели, например, ВМГ-10, ВМП-10, ВММ-Юс выносным пружин- ным приводом ПП-67
Реле, встроенное в выносной привод ПП-67 Потребляемая мощность, ВА после сра- батывания (якорь втянут) гч ОО ИЗ тг тГ tn tn — —н 04 04
до срабаты- вания (якорь опущен) 44 36 41 40 40 40 44 45
Уставка,А tn 40 2 _ tn tn о - tn - т—, 04 »—! О"4
Реле пружинных приводов, встроенных в выключатели ВМПП (ВПМП), ВК-10, ВЭ-10 Потребляемая мощность, В А после сра- батывания (якорь втянут) О ТГ tn оо оо 04 СЧ 04 Г- 04 04 04 TJ- 1П _ 04 tT) еру 1 Г"- О 04 ОО СЧ ОО 00 ОО оо
до срабаты- вания (якорь опущен) 40 tOi о m тг *п Ш tn 40 tn tn 04 СП - о Tf Tt tn *п 04 tn
Уставка, А <П 40 Г- ОО 04 2 О 04 40 ОО о । ч ( 04
Тип реле PTB-I и PTB-IV РТВ-П и PTB-V
Окончание табл. 1.
о
х
й о
X Й
о
S о
X F-4
CL
с
5 X н о :ра- -1ИЯ я нут)
20 о о ~ н Г- КО 40 сч
S X О И ® о »—< еч тг
си к 3 с ОСЛ аты орь U l I г Ч Т—" Ч у н
’X S С VO *
о X Б? С rrt •
о о 3 CQ . £
О К т CL г О
л Ь v X
со “ с О г—1 о •—• VO о & о срабг ИЯ (я щуще г- —’ тг СЧ m тг тг ю
X X с до ван 0
о
о
₽
о
со гч
63
o' ОШО ш
5 со С5 СЧ Г) СП СП
Си L0A
ж х X е, X £ о о ! сра- жая ия втянут) vn ил СП о - - ил со -
о С X Ьм Г, ”3" О ОО оо чо
P.S о иС 3 о S ПОС7 бать [корт Г- ОО с\
CQ X <
и о v\i • S CQ
приводе и ВМПГ 10, ВЭ-1 о я ю о & срабаты- ия (якор пущен) тГ 40 04 vr> о О ’'Г тг VH 40
1НЫХ гател ВК- 4Z с до ван 0
и- р
5 2
X £ §
£U 3 65
с и О СМ ТГ о vn
О и СО 65 см СМ СМ гм СП СП
Н
о О
CU
о
►—4
о »—( ।
си J. CQ
с CQ р
F1 * pi г
Н ч~(
обозначает максимальное реле тока РТМ, цифра 2 — максимальное
реле тока с выдержкой времени РТВ, цифрой 4 обозначен электро-
магнит отключения с питанием от независимого источника опера-
тивного тока, цифрой 5 — токовый электромагнит отключения для
схем релейной зашиты с дешунтированием, 6 — минимальное реле
напряжения с выдержкой времени РНВ. Кроме этих реле в комп-
лектных распредустройствах в состав шкафа с выключателем входит
и шкаф релейной защиты, в котором могут быть размещены, на-
пример, реле PT-80, PT-40, РВМ, РП-341 для выполнения защиты
по схеме с дешунтированием [4].
1.3.2. Технические данные реле РТМ и электромагнитов УАТ
(УАС) [15] (табл. 1.3)
Таблица 1.3
Тип УАТ (УАС) Ток сраба- тывания, А Сопротивление, Ом
Сердечник опушен Сердечник втянут
Реле РТМ в приводе ПП-67 5 0,64 2,32
Реле РТМ пружинных приво- дов, встроенных в выключатели ВМПП (ВПМП), ВК-10, ВЭ-10 5 0,79 2,68
Реле РТМ в приводе короткозамы кател я 5 0,72 2
УАТ в приводе ПП-67 3 1,5 2,22 8,9 7,5 30
УАТ пружинных приводов, встроенных в выключатели ВМПП (ВПМП), ВК-10, ВЭ-10 3 1,5 3,98 15,5 30 47
Примечание. В качестве расчетного принимают сопротивление
Z = 0,8 ZBC, где ZB с — сопротивление при втянутом сердечнике.
1.3.3. Технические данные вторичных реле тока
косвенного действия типов РТ-81...РТ-86 [1,6]
Реле служат для защиты электрических машин, трансформато-
ров и линий электропередачи при коротких замыканиях и перегруз-
15
Таблица 1.4
Контактная система реле Один общий контакт для индук- ционного и электромагнитного эле- ментов Два контакта: один для индук- ционного элемента, действующего на сигнал, и один для электромаг- нитного элемента, действующего на отключение Один общий переключающий (пе- реходный) контакт без размыкания цепи. Реле используют в схемах за- щиты с непосредственным питанием оперативных цепей от трансформа- торного тока Два контакта: один для индукци- онного элемента, действующего на сигнал, и один переключающий контакт без размыкания цепи для электромагнитного элемента, дейст- вующего на отключение
Отношение тока сра- батывания электромаг- нитного элемента I' к току срабатывания индукционного эле- мента 1"' оо оо оо • • • сч сч сч ОО ОО ОО ОО ОО • • • • я гч oi Г4 гч гч ОО оо ОО оо 44
Индукционный элемент 1 Время сраба- тывания, с 0,5; 1; 2; 3; 4 0,5; 1; 2; 3;4 2; 4; 8; 12; 16 2; 4; 8; 12; 16 1; 2; 3; 4 1; 2; 3; 4 4; 8; 12; 16 4; 8; 12; 16 сч сч 4; 8; 12; 16 4; 8; 12; 16
Уставка тока срабатывания, А 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10 2- 2 5- 3- 3 5- 4- 4 5- 5 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10 2; 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5; 5 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10 2- 2 5- 3- 3 51 4' 4 5- 5 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10 2; 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5; 5 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10 2; 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5; 5 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10 2‘25,3-35,4-4 5-5 ^5 ^9^9 5 -J9~/9 ~9 ' 9й 9 9
Тип реле »—-1 г—< 1—< »—< СЧ оо оо оо [ 1 1 СЧГЧддСЧ ОО оо оо оо ОО 1 [Д [Д f-й 1 CU Си си CU си РТ-85/1 РТ-85/2 1 РТ-86/1 РТ-86/2
Примечания:
1. Время срабатывания указано в независимой части характеристики. Она начинается при 8—10-кратном токе уставки.
2. Потребляемая мощность — не более 10 В-А при токе срабатывания индукционного элемента.
3. Коэффициент возврата кв индукционного элемента — не менее 0,8, электромагнитного — 0,3.
Рис. 1.6. Временные характеристики
реле РТ-82/1, РТ-82/2. Уставки на
время срабатывания:
Рис. 1.5. Временные характери-
стики реле РТ-81/1, РТ-81/2,
РТ-85/1, РТ-85/2. Уставки на
время срабатывания:
t,C
60
50
40
30
20
10
0
ках. Реле РТ-85, РТ-86 предназначены для работы на переменном
оперативном токе в схемах защиты с дешунтированием электромаг-
нита отключения выключателя или электромагнита включения ко-
роткозамыкателя. Реле РТ-81...РТ-86 являются комбинированными
и состоят из двух элементов: индукционного с диском, создающего
ограниченно зависимую выдержку времени и электромагнитного
(отсечку) мгновенного действия, срабатывающего при больших крат-
ностях тока в обмотке реле. Оба элемента используют одну общую
магнитную систему.
Технические данные реле указаны в табл. 1.4, а характеристики
Даны на рис. 1.5 и 1.6.
1.3.4. Технические данные вторичных реле
тока косвенного действия
типов РТ-40, РТ-140 [1,6]
Реле предназначены в качестве измерительных органов в схемах
релейной защиты и автоматики. Для выполнения реле использова-
на электромагнитная система с поперечным движением якоря.
Основные технические данные указаны в табл. 1.5.
17
Таблица 15
Тип реле Пределы уставок (/ ) при последовательном соеди- нении обмоток реле, А Потребляемая мощность реле при токе минимальной уставки, В -А
РТ-40/0,2 0,05...0,1 0,2
РТ-40/0,6 0,15...0,3 0,2
РТ-40/2 0,5... 1 0,2
РТ-40/6 1,5...3 0,5
РТ-40/10 2,5...5 0,5
РТ-40/20 5...10 0,5
РТ-40/50 12,5...25 0,8
РТ-40/100 25...50 0,8
РТ-40/200 50...100 8
Примечания:
1. Шкала отградуирована в амперах для схемы последовательного со-
единения обмоток реле. Переключение обмоток реле с последовательного
соединения на параллельное увеличивает токи срабатывания, указанные
на шкале (в табл.) в два раза.
2. Коэффициент возврата реле кв с некоторым допущением можно
принять равным 0,8.
3. Собственное время срабатывания реле не более 0,1 с при токе 1,27 ст
и 0,03 при токе 3/ .
4. Реле имеет один замыкающий и один размыкающий контакты.
5. Реле РТ-140 имеет такие же технические данные, как и реле РТ-40.
1.3.5. Технические данные аналоговых вторичных реле
тока косвенного действия
типов РСТ11, РСТ12 [1, 6, 8]
Реле применяют в качестве измерительных органов в схемах ре-
лейной защиты и автоматики. Они предназначены в основном для
использования в различных комплектных устройствах, от которых
требуется повышенная устойчивость к механическим воздействиям.
Реле выполнены на основе полупроводниковой элементной базы.
Операционный усилитель включается по схеме компаратора. Реле
имеет один замыкающий и один размыкающий контакты. Основ-
ные технические данные приведены в табл. 1.6.
18
Таблица 1.6
Тип реле Пределы уставки тока срабатывания, А —.— Потребляемая мощность реле при токе минимальной уставки, В-А
РСТ 11-0,4 0,05... 0,2 0,1
PCT 11 -09 0,15...0,6 0,1
РСТ11-14 0,5...2 0,1
РСТ11-19 1,5...6 0,2
РСТ11-24 5...20 0,2
РСТ11-29 15...60 0,8
РСТ11-32 30... 120 2,4
Примечания:
1. Коэффициент возврата реле на любой уставке не менее 0,9.
2. Реле РСТ12 имеет такие же технические данные, как и реле PCTI I.
1.3.6. Технические данные аналоговых вторичных реле
напряжения косвенного действия
типов РСН15, РСН17 [1, 6, 8]
Реле предназначены для применения в качестве измерительных
органов в цепях переменного тока. Они выполнены на основе полу-
проводниковой элементной базы с операционным усилителем, вклю-
ченным по схеме компаратора. Реле имеет один замыкающий и один
размыкающий контакты. Реле в основном используется в различ-
ных комплектных устройствах, от которых требуется повышенная
устойчивость к механическим воздействиям.
Технические данные указаны в табл. 1.7.
Таблица 1.7
Тип реле Пределы уставок напряжения срабатывания, В Потребляемая мощ- ность при мини- мальной уставке, В -А Коэффициент возврата ке
Максимальные реле:
РСН15-23 12...60 0,025
РСН15-25 15...75 0,11 Не менее
РСН15-28 40...200 0,1 0.9
РСН15-30 50...250 0,11
РСН 15-33 80... 400 0,1
19
Окончание табл. 1.7
Тип реле Пределы уставок напряжения срабатывания, В Потребляемая мощ- ность при мини- мальной уставке, В А Коэффициент возврата кв
Минимальные реле: РСН17-23 РСН17-28 РСН 17-33 12...60 40...200 80...400 0,025 0,1 0,1 1,1
1.3.7. Технические данные вторичных реле напряжения
косвенного действия типов PH-53, РН-54 [1, 6]
Реле предназначены для применения в качестве измерительных
органов в цепях переменного тока.
Технические данные указаны в табл. 1.8.
Таблица 1.8
Тип реле Пределы уставок С на шкале уст реле, В Потребляемая мощность при минимальной уставке, В • А Коэффициент возврата кв
Максимальные реле: РН53/60 РН53/200 РН5 3/400 РН53/60Д 15...30 50.. 100 100... 200 15...30 Не превышает 1 В -А при напряжении ми- нимальной уставки, не более 5 В • А при напряжении 100 В Не менее 0,8
Минимальные реле: РН54/48 РН54/160 PH54/320 12...24 40... 80 80... 160 Не превышает 1 В • А при напряжении минимальной уставки 1,25
Примечания:
1. Реле содержит двухполупериодный выпрямитель, к которому под-
ключена обмотка электромагнитного реле. В цепь выпрямителя введены
один или два последовательно соединенных резистора. Шкала реле про-
градуирована при включении одного резистора. Чтобы получить шкалу ус-
тавок вдвое большую, необходимо включить оба резистора.
2. Собственное время срабатывания реле РН-53 — 0,15 с при 1,2 £7 и
0,03 с при 2Z7ycT, реле РН-54 — 0, 15 с при 0,8£7ст.
3. Реле имеет один замыкающий и один размыкающий контакты.
4. Реле PH-153 и PH-154 имеют такие же технические данные, как и
реле РН-53 и РН-54.
20
1.3.8. Технические данные реле времени
серии РВ-100 [1, 6]
Реле выпускают на номинальные напряжения 24, 48, 110 и 220 В.
Они применяются в схемах релейной защиты и автоматики на по-
стоянном оперативном токе для создания независимой регулируе-
мой с заданной точностью выдержки времени. Потребляемая мощ-
ность при номинальном напряжении для реле типов РВ-112...РВ-142
и РВ-114...РВ-144 не более 30 Вт; для реле типов РВ-113...РВ-143 не
более 35 Вт.
Технические данные реле указаны в табл. 1.9.
Таблица 1.9
Тип реле Диапазон уставок, с Число и вид контактов
с выдержкой времени мгновенный
РВ-112 0, 1...1,3 Два контакта: импульсный, конечный замыкающий Переключающий
РВ-122 0,25...3,5
Р В-132 0,5...9,0
Р В-142 1 ,0...20
РВ-113 0, 1...1,3 Конечный замыкающий Замыкающий
РВ-123 0,25...3,5
РВ-133 0,5...9,0
РВ-143 1 ,О...2О
РВ-114 0, 1...1,3 Конечный замыкающий Переключающий
РВ-124 0,25...3,5
РВ-134 0,5...9,0
РВ-144 1,0...20
1.3.9. Технические данные реле времени
серий РВМ-12, РВМ-13 [1, 7]
Реле используют в схемах защиты на переменном оперативном
токе и включают непосредственно во вторичные цепи трансформа-
торов тока Реле используют в схемах защиты и автоматики для со-
21
здания независимой выдержки времени. Подробное описание реле
дано в [1], ниже в табл. 1.10 приведены их технические данные [7].
Таблица 1.10
Тип реле Ток срабатывания, А Пределы регулирова- ния време- ни сраба- тывания, с Потребляемая мощность, В -А Число и вид контактов
при после- довательном соединении обмоток при парал- лельном соединении обмоток
РВМ-12 2,5 5 0,5...4 Не более 10 В -А при двукратном токе срабаты- вания, т. е. соответствен но при 5 и 10 А Три контакта, из них два импульс- ных
РВМ-13 2,5 5 1...10
1.3.10. Технические данные промежуточных реле
постоянного тока типов РП23 и РП24 [1, 4, 6, 7]
Для выполнения реле используют электромагнитную систему с
поворотным якорем. Реле РП24 отличается от реле РП23 наличием
указателя срабатывания с ручным возвратом.
Технические данные реле указаны в табл. 1.11.
Таблица 1.11
Тип реле Номиналь- ное напря- жение и , В Напряже- ние сраба- тывания реле U г с.р Напряже- ние возвра- та реле и в.р Потреб- ляемая мощность, Вт Контактная система реле
РП23 и РП24 24, 48, 110, 220 Не более 0,8£/ ’ ном Не менее 0,03 и ’ ном Не более 6 Один раз- мыкающий и четыре замыкающих контакта
1.3.11. Технические данные промежуточных реле
переменного тока типов РП-321, РП-341 (361) [1, 6, 7]
Реле применяют в схемах защиты на переменном оперативном
токе и включают во вторичную цепь трансформаторов тока через
насыщающийся трансформатор тока (НТТ), встроенный в реле [I].
Технические данные реле указаны в табл. 1.12 [6, 7].
22
Таблица 1.12
Вид и назначение контактов Четыре замыкающих контакта, способных коммутировать ток не более 2 А. Два переключающих контакта. Один из них переклю- чающий контакт без разрыва цепи. Он способен дешунтировать элект- ромагнит отключения выключате- ля при переменном токе до 150 А, если управляемая цепь питается от трансформатора тока и ее полное сопротивление при токе 3,5 А не более 4,5 Ом
Потребляемая мощность, В -А Не более 10 В-А при двукратном токе срабатывания, соответственно при 5 и 10 А
Коэффициент возврата 0,3...0,5
* Ток срабатывания, А при параллель- ном соедине- нии обмоток ип
при последова- тельном соеди- нении обмоток ип сч
Тип реле РП-321 РП-341 (361)
1.3.12. Технические данные реле тока,
используемых совместно с трансформаторами тока
нулевой последовательности в схемах защит
от замыкания на землю [10]
Таблица 1.13
Тип реле РТ-40/0,2 РТЗ-50
Уставка тока срабатывания реле, А 0,1 0,03
Минимальный ток срабатывания защи- ты I min, А, при использовании транс- форматоров тока нулевой последователь- ности: ТЗЛМ ТЗЛ-95 ТЗЛ 8,5 6,2 7 3 3,2 3,5
1.3.13. Уставки и токи срабатывания устройства
от замыкания на землю УСЗ-2/2
при частоте 50 Гц [10]
Уставка /уст(/М А ............... 25 50 100 250
Ток срабатывания защиты/з, А..... 5 10 20 50
1.3.14. Уставки и токи срабатывания устройства
от замыкания на землю ЗЗП-1 [10]
Уставка ........................... I 2 3
Ток срабатывания защиты, А......... 0,07 0,5 2
1.3.15. Микропроцессорное комплектное
устройство защиты SPAC800
Устройство предназначено для защиты и автоматики кабельных
и воздушных линий, трансформаторов, синхронных и асинхронных
электродвигателей различной мощности. Оно имеет несколько ти-
пов исполнений [11, 12, 13] с единой структурной схемой [1], состо-
ящей из шести основных блоков: блок входных трансформаторов
измерительный блок, блок управления, блок дискретных входов, блок
выходных реле, блок питания. В пособии рассмотрены задачи с ис-
пользованием терминала SPAC801.01 для защиты линий. Терминал
24
Рис. 1.7. Характеристики выдержек времени
микропроцессорных токовых защит:
а - а = 0,02; 0 = 0,14; б - а = 1; Р = 120
содержит блок входных трансформаторов и измерительный блок, в
который входит микропроцессорный вычислительный модуль
SPCJ4D28. Он выполняет функцию трехступенчатой токовой не-
направленной защиты с уставками по току срабатывания и времени
ступеней (/ =1 или 5 А):
НОМ
. первой / »> (/с'„) = (0,5—40)/яом; t » = (0.04...30 с);
. второй / » (/") = (0,5—40)I » = (0,04—300 с);
25
Рис. 1.8. Характеристики выдержек времени
микропроцессорных токовых защит:
o-a = 2;₽ = 80;d-a=l;P = 13,5
• третьей I> j = (0,5...5) /ном и временем срабатывания t >
зависимым от тока. Оно определяется по следующему алгоритму:
(1.5)
26
где к — временной коэффициент, изменяется от 0,05 до 1; сс и [3 —
коэффициенты, определяющие крутизну защитной характерис-
тики, имеют следующие значения: ос = 0,02, р = 0,14; ос = 2, Р ~ 80;
ос = I, р= 120; ос = 1, р= 13,5.
Характеристики даны на рис. 1.7 и 1.8. Для выбора характерис-
тики необходимо знать коэффициент к. Его определяют из выраже-
ния (1.5) при известном t >
1.3.16. Плавкие предохранители
напряжением 6,10 кВ типа ПКТ [5, 15]
В сетях напряжением 6,10 кВ для защиты линий и силовых транс-
форматоров могут быть использованы кварцевые предохранители
типа ПКТ. Они выполняются на различные номинальные токи от-
ключения: 12,5; 20; 31,5 и 40 кА. Номинальные токи плавких вста-
вок, используемых в данных предохранителях, имеют следующие
Рис. 1.9. Характеристики плавких предохранителей типа ПКТ
напряжением 6 кВ с номинальными токами отключения 20 и 40 кА
27
Рис. 1.10. Характеристики плавких предохранителей типа ПКТ
напряжением 10 кВ с номинальным током отключения 12,5 кА
Рис. 1.11. Характеристики плавких предохранителей типа ПКТ
напряжением 10 кВ с номинальными токами отключения 20 и 31,5 кА
значения, А: 2; 3,2; 5; 8; 10; 16; 20; 31,5; 40; 50; 80; 100; 160; 200; 315;
400, а защитные характеристики приведены на рис. 1.9—1.11. На
характеристиках указаны номинальные токи плавких вставок.
ПРИМЕРЫ И ЗАДАЧИ
1/Г
Для выбора тока срабатывания реле /с токовых защит и проверки
их чувствительности необходимо знать коэффициент схемы, под ко-
торым понимают отношение тока в реле I ко вторичному фазному
току /2ф трансформатора тока, т. е. = /р/Дф. Можно коэффици-
ент схемы выразить и через первичный ток /1ф и коэффициент транс-
формации /^трансформатора тока к{™} = К,1р//1ф. Он зависит от ре-
жима работы защищаемого элемента и от схемы соединения транс-
форматоров гока в реле. Необходимо определить к^1 защиты А для
нормального режима и различных КЗ в точках и (рис. 1.12).
В защите использовать:
• трехфазную схему соединения в полную звезду;
• двухфазную двухрелейную и трехрелейную схемы соединения
в неполную звезду;
• трехфазную схему соединения ТА в полный треугольник, а реле
в полную звезду;
• двухфазную однорелейную схему соединения 7>1
в неполный треугольник (на разность токов). —~f~—
В схеме блока (см. рис. 1.12) трансформатор Т QI ।—। А
может иметь следующие схемы и группы соединения
обмоток Y/Д-11; Д/Ун-11; Y/Y-0.
Решение
Построим векторные диаграммы токов при КЗ в
точках и К2п1 при указанных группах соедине- Т
ния трансформатора Г и на их основе определим №
Для названных в условиях задачи схем соединения
трансформаторов тока и реле.
Рис. 1.12. Схема блока линия—трансформатор
1. Схема и группа соединения обмоток силового трансформатора —
Y/A-11.
Схема полной и неполной звезды. Из рис 1.1 а, б следует, что реле
KAI, КА2, КАЗ включены соответственно на фазные токи I, /.
Схема двухфазная трехрелейная отличается от двухфазной двухре-
лейной тем, что в нее дополнительно включается реле в обратный
провод, по которому проходит сумма фазных токов / = I_a + Lc-
Поэтому в схемах полной и неполной звезды в любом режиме хотя
бы в одном из реле проходит вторичный фазный ток. При КЗ в
точке (см. рис. 1.12 и табл. 1.14) первичный фазный ток /1ф у
места установки зашиты равен току повреждения /Jw). Поэтому
/ = /К,, а коэффициент схемы
,.w ¥>„7.W .
/И г О”)
1 к 1 к
Такой же коэффициент схемы будет при трезфазном КЗ за трансфор-
матором (см. рис. 1.12, точка К^). Из векторных диаграмм табл. 1.14
следует, что при двухфазном КЗ в точке ток в одной из фаз у
места установки защиты
1 (2) _ 2 j (2)
1 1 ф - /J 1 к »
а в двух других фазах
Здесь 1^ — ток повреждения в точке /^J), приве-
денный к высшей стороне. При этом в схеме полной звезды ток в
одном реле
▼
Если при определении коэффициента чувствительности использо-
вать ток в точке КЗ, в данном случае или т. е. то
тогда вторичный фазный ток
Лф = Л,2,К.
а коэффициент схемы
^х) = Л/Аф=^*
Такие же коэффициенты схемы будут у двухфазной двухрелейной схе-
мы при двухфазных КЗ между фазами ВС либо СА. Поскольку одно
реле включено на ток фазы А, а второе — на ток фазы С, то, как следует
из табл. 1.14, ток в этих реле при двухфазном КЗ между фазами А и В
а коэффициент схемы
сх " Л’
Таким образом, при проверке чувствительности двухфазной двухре-
лейной схемы неполной звезды необходимо рассматривать двухфаз-
ное КЗ между фазами А и В, если расчетная точка повреждения
находится за трансформатором со схемой соединения обмоток
Y/A—11. Если чувствительность окажется недостаточной, то в об-
ратный провод схемы неполной звезды следует включить третье реле
(двухфазная трехрелейная схема). При этом виде повреждения в
данном реле происходит суммирование токов фаз А и С, т. е.
I = — /к
р V3 к 7 7’
коэффициент схемы, как и для других реле при других двухфазных
КЗ, равен
к® - —
сх V3'
Схемы полного и неполного треугольника. В схеме полного треу-
гольника (см. рис. 1.1, в) в каждом реле проходит ток, равный гео-
метрической разности токов двух фаз:
В неполном! треугольнике использовано только одно реле (см.
рис. 1.1, г). В симметричном режиме ток в любом из этих реле равен
/р = л/3/2ф, поэтому коэффициент схемы = л/з. Из векторных ди-
аграмм (см. табл. 1.14) следует, что при любых двухфазных КЗ в
точке в одном из реле полного треугольника ток I = 272ф, по-
этому к® = 2. Для неполного треугольника такой к^ будет только
при КЗ между фазами А и С. В двух других случаях через реле про-
ходит фазный ток и к^ = 1. При любых двухфазных КЗ за транс-
форматором в точке в одном из реле полного треугольника ток
отсутствует, а в двух других он равен
/р = 4 '?/К' - f--k•
30
31
Двухфазное
Сторона звезды (ВН)
w
Схема и группа соединения
трансформатора Y/Д—11
аблица 1.14 Окончание табл. 1.14
Здесь, как уже отмечалось, ZK — ток в точке КЗ (точка К ),
приведенный к высшей стороне. Поэтому 1. = -Уз. Такой же коэф-
фициент схемы будет и для неполного треугольника при КЗ между
фазами В и С или С и А. При двухфазном КЗ между фазами А и В
ток в реле отсутствует и к2х = 0. Защита не реагирует на этот вид
КЗ, поэтому схема неполного треугольника не может быть исполь-
зована в защите трансформатора с соединением обмоток Y/Д—11.
2. Схема и группа соединения обмоток силового трансформатора —
Д/Ун-11.
В схемах электроснабжения потребителей напряжением до 1 кВ
используют трансформаторы с высшим напряжением 35, 10 и 6 кВ.
При этом их обмотку низшего напряжения соединяют в звезду с
заземленной нейтралью и сеть выполняют четырехпроводной. В та-
кой сети наряду с трех- и двухфазными КЗ возникают однофазные
короткие замыкания на нулевой провод или на землю Такие по-
Таблица 1.15
Место КЗ Вид КЗ Ток, отн. ед. Схема и группа соединения трансформатора
в точке КЗ у места установки зашиты А/Ун-Н
Векторные диаграммы такие же, как и при соединении обмоток трансформатора по схеме д/Y—11 (см. табл. 1.14) Сторона треугольника (ВН)
к? При трех- и двухфазных КЗ векторные диаграммы аналогичны диаграммам табл. 1.14, но соотношения между токами иные. Это учтено в табл. 1.17. Сторона звезды (НН)
Однофазное А ,(1) 44Y Г (D_ г(О__1,(1) <СД
1
В /П) -BY 7<1) г(1)__1,(1) Т4д - -ДА ”^4 BY
1 *
/0) -УС1 — Т <’)__/(!)_ 1,(1) -ДА - iCA-^ACY
вреждения тоже должны отключаться защитой. Для определения
ее чувствительности необходимо знать не только к^х и к2х\ но и к^.
В табл. 1.15 даны векторные диаграммы токов при однофазных КЗ
за трансформатором в точке КС1 (см. рис. 1.12). Поскольку группа
соединения обмоток Д/Ун—11, то векторные диаграммы токов при
междуфазных КЗ в этой точке такие же, как и при КЗ за трансфор-
матором с соединением обмоток Y/Д—11 (см. табл. 1.14). Поэтому
коэффициенты схемы тоже будут такими же. Векторные диаграммы
при однофазных КЗ позволяют получить коэффициенты схемы
для указанных выше схем релейной защиты.
3. Схема и группа соединения силового трансформатора — Y/YH—0.
Векторные диаграммы токов при КЗ в точках и (см.
рис. 1.12) представлены в табл. 1.16.
Таблица 1.16
Место КЗ Вид КЗ Ток, отн. ед. Схема и группа соединения трансформатора
в точке КЗ у места установки зашиты Y/YH-0
Векторные диаграммы такие же, как и при соединении обмоток трансформатора по схеме Y/a—11 (см. табл. 1.14) Сторона звезды (ВН)
к(т) При трех- и двухфазных КЗ векторные диаграммы такие же, как и при КЗ в точке К (см. табл. 1.14) Сторона звезды с заземленной нейтралью (НН)
Однофазное - - - - - ** А г(1) 1А 2^1)
г(1)_г(1). 1,(1) М3 ~±С ~ 3±А
В НО 1-В 2^0)
rW-r^—CrW ±А ~&С ~ 3±В
,(1) -С 2гт 3Lc
г(1)_,(1)_ 1,(1) 44 ~±В ~ З^С
34
35
Схемы соединения трансформаторов тока и реле Режим работы
1.(3) Лсх в нормальном режиме и при трехфазных КЗ в точках К\т} и на линии в точке к\т}
АВ ВС СА
1. Трехфазная схема соединения в полную звезду 1 1 1
2. Двухфазная двухрелейная схе- ма соединения в неполную звезду 1 1 [ 1 1 1 1
3.Двухфазная трехрелейная схема соединения в неполную звезду i 1 ] 1
4. Трехфазная схема соединения ТА в полный треугольник, а реле — в полную звезду 3 2 2 2
5. Двухфазная однорелейная схе- ма соединения в неполный треуголь- ник (на разность токов двух фаз) Л 1 1 2
Таблица 1.17
защищаемого элемента и значения коэффициентов схемы
Л(2) лсх при двухфазном КЗ при однофазном КЗ
за трансформатором в точке с группой соединения за трансформатором в точке К, с группой соединения
Y/Д-11 Д/Ун-1 1 V 0 д/Yh-i 1 Y 7УН- 0
АВ вс СА АВ вс СА АВ ВС СА А в А В с
2/Л 2/Л 2/Л 2/Л 2/Л 2/Л 1 1 1 1/Л 1/Л 1/Л 2/3 2/3 2/3
1/Л 2/Л 2/Л 2/Л 1/Л 2/Л 1 1 1/Л 1/Л 1/Л 2/3 1/3 2/3
2/Л 2/Л 2/Л 2/Л 2/Л 2/Л 1 1 1 1/Л 1/Л 1/Л 2/3 2/3 2/3
Л Л Л Л Л Л 2 2 2 2/Л 2/Л 2/Л 1 1 1
0 Л л л 0 л 1 1 2 2/Л 1/Л 1/Л 1 0 1
Совершенно очевидно, что при трех- и двухфазных КЗ в точках
К'/п' и К^! векторные диаграммы будут такими же, как и при по-
вреждении в точке К[ схемы с трансформатором, обмотки которо-
го соединены в группу Y/Д—11 (см. табл. 1.14). Поэтому и коэффи-
циенты схемы к^/' будут одинаковыми. Представленные векторные
диаграммы токов при однофазных КЗ позволяют получить коэффи-
циенты к(^ для указанных выше схем релейной защиты. Значения
к/’1 для защиты силовых трансформаторов с соединением обмоток
Y/Д—11, A/YH—11 и Y/YH—0 сведены в табл. 1.17.
1.2
Полная погрешность трансформаторов тока е в схемах релейной
защиты не должна превышать Ю %. Это обеспечивается, если рас-
четная нагрузка трансформатора Zt кч не превышает допустимой Zv ,
которая определяется из характеристики предельной кратности тока
трансформатора к 0 = /(ZHnoJ при 10 %-й погрешности. Порядок
определения Z изложен в подразд. 1.2 (см. рис. 1.2).
Для выбора Трансформатора тока требуется также знание его рас-
четной нагрузки ZH . Она складывается из сопротивления токовой
обмотки реле Z, сопротивления проводов 7?пр и переходного сопро-
тивления контактов 7?конт = 0,1 Ом. В зависимости от вида и места КЗ
в общем случае Z будет различным. Оно зависит от схемы соеди-
нения трансформаторов тока и обмоток реле. Необходимо получить
расчетные формулы максимального Z для следующих схем:
• трехфазной схемы соединения в полную звезду;
• двухфазной двухрелейной схемы соединения в неполную звезду;
• двухфазной трехрелейной схемы соединения в неполную звезду;
• трехфазной схемы соединения ТА в полный треугольник, а реле
в полную звезду;
• двухфазной однорелейной схемы соединения в неполный тре-
угольник (на разность токов двух фаз).
36
37
ь- 1— X
Е а X X X X с
9 х о о о о
3 с< е<§ « * Q- С<
5 4~ 4“ Hh ^‘l* *
1* CL CL CL
фор С<с с см С Е Cd е< СМ ГП Cl Е С< **Cl с ст
О f *
к—< •
из X Na N" № N №
о у II II II II СП CM С?
о cd т эг т т II II II
си ё. а с. К II
№ № к X К X N N 1 и сх !Г &
ю "с? ю N № №
1 1 ‘ cd
>s о о cl X с? § 1 _ о S
5 X {НОЙ н изоли ’) ии на. хении 11 (*! S о сх о (К[’Ь, ормат фазам
врежден ый вид 1 ваземле! сети с ью (К!т режден юврежх •м Y/A- формат ЛИНИИ трансф •11 {К{"‘ между < (lf,w)
О X Е Н о й S СО о о о X g га <j X
Место 1 и расче g гг & о ® « sC >" £ гч при П1 (2) при ормато за тра Y/A- И р :е ром Y/ а лини А и
Р 2 С ® 3 о "га" га (o' X Е * е «< о s х cd 2 ю cd ("М . так» X ст UJ
Си cd н со 5 CL X R cd
i 1
<У «=: X X о <и X о схе -ad ина I ый ков
о (X ос X X cd X X о « 2 К >> э£ X § 2 £ >> « ж ЭДИН1 ик, а !Йна; ПОЛИ ть то
X О о •=: «и о х X о X
О о О о е; о о >д 1 * И У Л» >*ги
X н О Е О С х X
S СП cd Си Си о 2 О к. £< со п
о о X S о X х о о £ Ч О cd X. к о.
Схема со 1сформато{ разная сх ло звезду 00 со Г[ ГТ* ди К X X X о <*"> !Т Я S р ГТ* С дн о? X X X о 2 х Й. S разная сх< лный тре тную звез разная од оединени ьник(на з)
cd е- X х CJ j—< си О г- с со Двухс ма соед звезду Двух<5 ма соед звезду Трехе! ТА в по. ле в noj Двухс} схема С' треугол двух фа
.OJ С
*7? СМ сп vn
Решение
В качестве примера определено максимальное значение Z для
схемы полной звезды. Его расчетная формула и расчетные формулы
Z для других схем защиты при КЗ в точках К и К'^ (см. рис. 1.12)
сведены в табл. 1.18. При решении использованы векторные диаг-
раммы табл. 1.14 (см. пример 1.1).
В общем случае ток /2 проходит по реле, по фазному проводу, по
обратному проводу и по контактным соединениям с сопротивлени-
ями соответственно Zp, Япрф, Я„ро6р, Яконг. При этом
= 4 V, + япр ф + лковг + я„рр6р)
Обычно Я„рф = Я„ро6р = Япр.
При трехфазном и двухфазном КЗ ток в обратном проводе от-
сутствует, а потому
U = I,(Z+R + R ); Z = Z + R + R .
2 2 ' р пр конт'3 н.рсч р пр конт
При однофазном КЗ в сетях с заземленной нейтралью ток в обрат-
ном проводе равен вторичному току, поэтому
Z = Z + 2R + R .
н.рсч р пр КОНТ
Таким образом, в сетях с изолированной нейтралью расчетным яв-
ляется трехфазное (двухфазное) КЗ, в сетях с заземленной нейтра-
лью — однофазное КЗ.
1.3
На линиях электрической сети 35 кВ (рис. 1.13) установлены
максимальные токовые защиты с независимой характеристикой
выдержки времени. Время срабатывания защит t, ..., отходя-
щих линий I...XII указано в табл. 1.19. Необходимо выбрать выдерж-
ки времени ..., /5 защит А1...А5. Принять ступень селективности
Ы = 0,5 с [1, 14].
Таблица 1.19
Ва- ри- ант Время срабатывания зашит, с
{п hv tyif ^VIII frx fx ^X/f
а 1 1 0,5 2,5 0,5 1 0 0 1 1,5 0,5 1
б 1,5 2 2 1,5 1 2,5 1 1,5 1 1,5 1 1,5
в 4 1 3 1,5 2 1 1 1,5 1,5 2 1 1
39
VII VIII
Рис. 1.13. Электрическая сеть напряжением 35 кВ
(к примерам 1.3, 1.4, 1.5)
Таблица 12'
Дополнительные вопросы
1. Как ликвидируют короткие замыкания при КЗ в точке при
КЗ в точке К,? Какие защиты срабатывают и отключают выключате-
ли, а какие только приходят в действие?
2. Как будут действовать защиты, если выдержку времени tx за-
щиты А1 уменьшить на 0,5 с, если выдержку времени защиты АЗ
увеличить на 0,5 с. К чему это может привести?
Ответ
Дан в табл. 1.20.
1.4
Выбрать токи срабатывания максимальных токовых защит А 7...А5,
установленных на линиях Л1...Л5 системы электроснабжения, ука-
занной на рис. 1.13. Проверить чувствительность защит при ближ-
нем и дальнем резервировании. Принять коэффициент отстройки
к™с = 1,2, коэффициент возврата кв = 0,85 и коэффициент самоза-
40
сч 12 увеличено на 0,5 с Селективность обеспечивается, но время отключения Q3 при КЗ за вы- ключателем увели- чивается, что неже- лательно То же Нежелательное увеличение времени действия защиты АЗ и неселективное действие защиты А2 при КЗ за выключа- телем Q3
3 ительные Г, уменьшено на 0,5 с Неселективное действие защиты А1 при КЗ на от- ходящей линии IV 9 Неселективное действие защиты А1 при КЗ за вы- ключателем Q2 Неселективное действие защиты А] при КЗ на отхо- дящей линии III
Ответы на вопрос: X к: о Е О КЗ в точке К2 Срабатывает за- щита АЗ и отклю- чает выключатель Q3 , приходят в действие защиты Al, А2 То же
КЗ в точке Срабатывает за- щита А4 и отклю- чает выключатель Q4 , приходит в действие защита А1 То же
ОСНОВНОЙ Выбранная r^w v м я v л 9 т выдержка времени, с • - СП - -ГЧ 11 II II 11 11 _ — гт ~ • Г Сх) II " 11 II " *** '**дг IT? Д? onГ ОП ГЧ СЧ и и Ln 11 гм **
1 1 ! С Г я о- зЗ Q S3 So
— 1. Данные о максимальных рабочих токах /г
пуска ксзп = 1. Данные о максимальных рабочих токах / 1 х и токах
короткого замыкания даны в табл. 1.21. Защита выполняется по схеме
неполной звезды [1, 14].
Таблица 1.21
Максимальный рабочий 7рэбпИх линий, А Токи короткого замыкания А _ к
на шинах подстанций в конце наиболее длинной линии
III + IV V+ VI IIIA + ПЛ X+XI XI + XII Б В Г Д Е III VI VIII XII
37 80 34 78 24 850 480 200 650 420 470 250 95 400 200
Решение
1. Определим максимальные рабочие токи в линиях Л1...Л5
4аб maxi’ •••> ^Раб max5- Соответственно /раб тах5 складывается из макси-
мальных рабочих токов линий XI и XIL т. е. I е = 24 А
Очевидно:
^рабтахД ^раб тах5 раб max (IX + X) 24 + 78 102 А,
I — I = 34 А-
'раб тахЗ раб max (VII + VIII) •ГА’
I = I + I = 34 + ЯП = 114 А-
раб тах2 раб тахЗ раб max (К + VI) 1 1
г = I + I + I =114+ 107 + 37 = 753 А
раб max! 'раб тах2 раб тах4 'раб тах(///+/И) 11 1U£ J/ л.
2. Найдем токи срабатывания защит по формуле
с.з отс сзп ^раб max/^в ’ А.
Для защиты А к
//"х = 1,2-1-253/0,85 = 357 А.
Аналогично определяем токи срабатывания других защит:
//"=160 А; //"=48 А; //" = 143 А; //"=34 А.
3. Оценим чувствительность защит при ближнем и дальнем
резервировании по значению коэффициента чувствительности
(см. выражение (1.1)):
к _ Л (2) J (2) /( ь(з) т III \
"ч ^сх * к /у^сх ‘'с.з
42
Ддя схемы неполной звезды коэффициенты схемы не зависят от
вида повреждения (см. табл. 1.7), т. е.
В связи с этим для защиты АI:
• при ближнем резервировании (КЗ на шинах подстанции Б)
кч = 850/375 = 2,27;
• при дальнем резервировании (КЗ в конце линии ///)
кч = 470/375 = 1,25.
Требуется коэффициент не менее 1,5 и 1,2 соответственно. Ана-
логично определяются коэффициенты чувствительности защит А2...А5,
значения их указаны в табл. 1.22.
Таблица 1.22
Защита Коэффициенты чувствительности защит
Ближнее резервирование Дальнее резервирование
AI 2,27 1,25
А2 3 1,25
АЗ 4,16 1,98
А4 4,5 2,8
А5 12,35 5,9
Ml
В системе электроснабжения (см. рис. 1.13) максимальная токо-
вая защита А1 выполнена по схеме неполной звезды с независимой
характеристикой выдержки времени на постоянном оперативном
токе (рис. 1.14).
Объяснить действие этой защиты при коротком замыкании [I]:
1. Фаз А С на защищаемой линии.
2. Фаз АВ в точке
При этом необходимо указать:
а) пути циркуляции тока в цепях тока и в оперативных цепях
защиты;
б) последовательность срабатывания и возврата отдельных реле
и аппаратов от момента возникновения повреждения до момента
его ликвидации;
в) к чему может привести отказ вспомогательного контакта вык-
лючателя Q1 (при отключении выключателя контакт не разомкнулся).
43
Рис. 1.14. Цепи максимальной токовой защиты
(к примерам 1.5 и 1.7)
В соответствии со стандартом схема релейной защиты изобра-
жена при невозбужденных реле и отключенном выключателе.
Ответ
1. При коротком замыкании фаз А С на защищаемой линии ток
повреждения проходит через место установки защиты А1. Путь цир-
куляции соответствующего ему тока в цепях тока защиты указан на
рис. 1.15, а стрелками, под действием этого тока срабатывают реле
КА1 и КА2. Их контакты в оперативных цепях защиты замыкаются
(см. рис. 1.14, б).
При этом создается цепь для прохождения тока от «+» источни-
ка через параллельно включенные контакты КА1 и КА2 и обмотк)
реле времени КТ к «—» источника. Приходит в действие реле време-
ни и по истечении установленной на нем выдержки времени замы-
кает контакт КТ в цепи промежуточного реле KL. Создается цепь
для прохождения тока от «+» источника через замкнувшийся кон-
такт КТ и обмотку реле KL к «—» источника. Реле KL срабатывает.
Его контакт KL в цепи электромагнита отключения УАТ1 замыкает-
ся. Срабатывание реле KL сопровождается прохождением тока от
«+» источника через замкнувшийся контакт KL, обмотку указатель-
ного реле КН, вспомогательный контакт выключателя Q1 (он замк-
нут при включенном выключателе), обмотку электромагнита отклю-
чения УАТ1 к «—» источника. При этом срабатывает реле КН, его
флажок выпадает и связанный с ним контакт КН замыкается, появ-
ляется аварийный сигнал, а выключатель Q1 под действием элект-
ромагнита отключения УАТ1 отключается. Своим вспомогательным
контактом он разрывает цепь электромагнита отключения, а глав-
Рис. 1.15. Измерительная часть максимальной токовой защиты
(к примеру 1.5)
ними контактами — цепь короткого замыкания. При этом исчезает
ток в цепях тока защиты и реле КА 1 и КА2 возвращаются, их кон-
такты разрывают цепь обмотки реле времени КТ Последнее, воз-
вращаясь, обесточивает промежуточное реле KL. Его контакт в цепи
электромагнита отключения УАТ1, уже разорванной вспомогатель-
ным контактом выключателя QJ, размыкается. Флажок указатель-
ного реле КН возвращается в исходное положение дежурным персо-
налом, при этом контакт реле размыкается и сигнал прекращается.
2. Если при отключении выключателя релейной защитой его
вспомогательный контакт Q1 в цепи УАТ1 по какой-либо причине
не разомкнется, то ее будет разрывать контакт промежуточного реле
KL. Поскольку коммутационная способность контакта недостаточ-
на для отключения тока, потребляемого электромагнитом отключе-
ния, контакт может повредиться и цепь не разомкнет. При корот-
ком замыкании фаз АВ в точке через место установки защит Л / и
А4 проходит ток повреждения. Путь циркуляции тока в токовых
цепях защиты А1 показан на рис. 1.15, б. Защита А4 выполнена так
же, как и защита А1. Поэтому и в той, и в другой защите сработают
реле тока КА1 и придут в действие реле времени КТ. Далее защита
А4 будет действовать так, как описано выше, и отключит выключа-
тель Q4. К этому моменту реле времени защиты AJ сработать не
успеет, так как t > t4. При отключении выключателя Q4 исчезает
ток КЗ и реле КА 1 защиты А / возвращается и своим контактом раз-
рывает цепь реле времени КТ, которое тоже возвращается.
При выборе тока срабатывания максимальной токовой защиты
Учитывается коэффициент возврата реле. Можно ли определить этот
коэффициент возврата для реле РТ-80, уменьшая ток в его обмотке
До возвращения реле из состояния после срабатывания, когда его
44
45
контакты замкнуты, в начальное состояние, и полученный таким
образом ток разделить на ток срабатывания реле? Если нельзя, то
почему? Как нужно определять ток возврата реле для расчета коэф-
фициента возврата?
Ответ
Так определять ток нельзя. Реле РТ-80 имеет кроме индукцион-
ного элемента и электромагнитный элемент. Срабатывание реле
всегда сопровождается притяжением якоря электромагнитного эле-
мента. Между тем существенно, чтобы реле возвращалось после от-
ключения внешнего КЗ защитой поврежденного элемента, когда
срабатывание реле РТ-80, т. е. притяжение якоря электромагнитно-
го элемента и замыкание контактов, еще не произошло, а произош-
ло лишь сцепление червяка с зубчатым сегментом. В связи с этим
при определении тока возврата ток в реле необходимо уменьшить
до расцепления червяка с зубчатым сегментом, причем это должно
произойти до срабатывания реле.
Максимальная токовая защита А /линии Л1 (рис. 1.16) выполне-
на по схеме, изображенной на рис. 1.14. В защите использованы
реле тока РТ-40. Максимальный рабочий ток линии / бтах = 500 А
(300 + 150 + 50). При выборе тока срабатывания приняты: ко-
эффициент отстройки к™с = 1,2; коэффициент возврата кр = 0,8;
коэффициент самозапуска ксзц — 2. При этом ток срабатывания
защиты
Однако в процессе эксплуатации из-за увеличения трения в под-
пятниках оси реле РТ-40 коэффициент возврата снизился до 0,55 и
ток возврата стал
=0,55’1500 = 825 А.
К каким последствиям это может привести? Указать, в каких
случаях возможны эти последствия.
Ответ
Возможно неселективное действие зашиты А1 при КЗ на линии
с нагрузкой 50 А. Эта линия отключается собственной защитой, а
реле тока защиты А1, сработавшие при возникновении КЗ, должны
вернуться в исходное состояние. Однако это произойдет только в
том случае, если ток в линии Л1 с учетом самозапуска оставшейся
нагрузки будет не больше тока возврата реле. По условию задачи
к зп = 2, поэтому ток в линии Л1 равен 2 • (300 + 150) = 900 А, т. е. он
больше тока возврата, равного 825 А. В связи с этим реле тока защи-
ты Л / после отключения внешнего КЗ продолжают оставаться в сра-
ботанном состоянии и по истечении установленной выдержки вре-
мени защита А1 срабатывает и отключает выключатель Q1 непов-
режденной линии Л1. Вместо реле РТ-40 целесообразно использовать
аналоговое реле РСТ11. Оно не имеет подвижных частей. И его ко-
эффициент возврата кв = 0,9 в условиях эксплуатации остается не-
изменным. Более высокий, чем у реле РТ-40, коэффициент возвра-
та делает защиту чувствительнее, ее ток срабатывания
=1,2-2-500/0,9 = 1333 А.
Ц" = к™ кст max Д. = 1,2 • 2 500/0,8 = 1500 А,
1.8
а ток возврата
На линиях Л1, Л2, ЛЗ установлены максимальные токовые за-
щиты Л/, Л2, АЗ соответственно (рис. 1.17). Защиты выполнены по
//" = Ik = 1500-0,8 = 1200 А.
ИП
50А
150А
300А
Рис. 1.16. Схема электрической сети (к примеру 1.7)
Рис. 1.17. Схема электрической сети (к примеру 1.8)
46
47
схеме неполной звезды. Токи срабатывания защит и значения tokoi
двухфазного КЗ в точках ZT,, К2, К3 даны в табл. 1.23.
Токи ср А1 абатывания : А2 *ащит, А АЗ Тою при п и двухфазного К овреждениях в т * — ’ 3, А, очках
800 500 300 1500 1000 600
Необходимо определить коэффициенты чувствительности защш
На линии установлена токовая защита, выполненная по схеме
: неполной звезды. Она удовлетворяет требованиям чувствительнос-
ти ко всем КЗ между фазами. При этом ее коэффициенты чувстви-
тельности при трехфазном КЗ — к^, а при двухфазном — к^. Как
изменятся эти коэффициенты, если схему неполной звезды заме-
нить схемой на разность токов двух фаз (схема неполного треуголь-
ника)?
Рекомендуется познакомиться с решением задачи 1.1.
Решен и е
Дополнительные вопросы
1. Будет ли обеспечена требуемая чувствительность защит А1 и
А2, если ток КЗ при повреждении в точке К2 уменьшится до 900 А?
2. Будет ли обеспечена требуемая чувствительность защиты А2,
если ее ток срабатывания возрастет до 600 А?
Ответ
Дан в табл. 1.24.
Таблица 1.24
Резерви- рование Основной вопрос Дополнительный вопрос
Коэффициент чувствительности защиты Ток повреждения уменьшился Ток срабатывания возрос
Коэффициент ч увствител ьности защиты Коэффициент чувствитель- ности защиты
А1 А2 АЗ А1 А2 А2
Ближнее 1,875 2 2 1,875 1,8 1,66
Дальнее 1,25 1,2 1,125* 1,2 1 **
* Не обеспечивается дальнее резервирование защиты А1.
** Не обеспечивается дальнее резервирование защиты А2.
На рис. 1.18, а изображена схема неполного треугольника с вклю-
чением реле на разность токов фаз А и С:
Из векторных диаграмм следует, что при трехфазном КЗ ток в
реле I = л/3 • I, (рис. 1.18, б), при двухфазном между фазами АВ и
ВС он равен вторичному фазному току Л и /с (рис. 1.18, в, г) соот-
ветственно, а при КЗ между фазами АС ток Zp =21_а (рис. 1.18, д).
Под коэффициентом схемы понимают отношение тока в реле / ко
вторичному фазному току /. . (/ , Л, /). Таким образом, для трех-
фазного КЗ и нормального симметричного режима к®2 = л/З, для
двухфазных КЗ АВ и ВС-к®г =1, а для двухфазного замыкания
Рис. 1.18. Схема включения реле на разность токов двух фаз
и векторные диаграммы токов при различных КЗ
(к примеру 1.9)
48
49
между фазами АС-к\\г = 2. Для схемы неполной звезды к^{ для
любых режимов равен 1 (см. табл. 1.17). Для определения коэффи-
циента чувствительности при любой схеме защиты используют вы-
ражение (1.1):
л(т) _ 1 (w) /М {(]A3)f 1
^сх 1 к ! уЛсх 1 с.з ] •
Токи и I не зависят от схем соединения токовых цепей
к с-3
защиты. Поэтому с учетом принятых обозначений для схемы не-
полной звезды
/,('») _ л И /Н К 1Л3) I ) - /Н //
Кч1 - Лсх1 1 к 1\у'сх\1с.з) к / г с.з ’
и для схемы неполного треугольника
или
л(от) /лМ _ л» /р(3)
Кч2 / Кч1 — ксх2/ Лсх2 ‘
Наконец,
_ л("') л("') /U3)
Лч2 ~ Кч1 Ксх2/Лсх2-
Используя полученные выше значения ксх2, получим:
при трехфазном КЗ
к® - к{3)-
при двухфазных КЗ между фазами АВ и ВС
kiS = к^ (1/Л);
при двухфазных КЗ между фазами А С
1.10
Реле РТ-80 имеет ограниченно зависимую от тока временную
характеристику. Уставка выдержки времени ty на шкале реле указы-
50
Рис. 1.19. Временные характеристики реле РТ-80/1
(к примерам 1.10—1.12)
вается для независимой части характеристики. Реле РТ-81/1 имеет
пять характеристик и соответственно пять уставок: 0,5; 1; 2; 3; 4 с
(см. рис. 1.5). На рис. 1.19 указаны две из них: для Гутах = 4 с и
С min = 0,5 с. Здесь же дана одна из возможных характеристик для
уставки /у, которая может отличаться от указанных на шкале уста-
вок, т. е. не попадать ни на одну из характеристик реле. Необходи-
мо рассчитать и построить временную характеристику с уставкой
zy = 1,5 с.
Решение
Для временных характеристик реле РТ-80 при любой кратности
к = ///с справедливо следующее соотношение: А/Б = В/Г [1, 14,
15]. Здесь А = г -I . ; Б = t. - t В = t - t Г = t - t (см. рис.
J ymax ymm’ 1 2’ у у min’ х 2 v г
119). Используя эти значения, получим
(‘,т - - У = Ц - 'У„™Ж - ';)
Из этого соотношения при заданной уставке t можно для любой
кратности найти время срабатывания реле
(х G + (А ^yminV(^y max
у min
51
Из условия задачи
Рис. 1.20. Временная характе-
ристика реле РТ-80/1 с уставкой
t = 1,5 с (к примерам 1.10, 1.11)
t — t = 4 — 0,5 = 3,5 с; t — t . = 1,5 — 0,5 = 1 с.
у max у min ’ ’ ’ У у min ’ ’
Значения t. и L в зависимости от кратности для заданных характе-
1 X*
ристик даны в табл. 1.25.
Таблица 1.25
Время, с Кратность
1,5 2 4 6 8 10
11,5 9 5,3 4,5 4,2 4
^2 2,5 1,5 0,5 0,5 0,5 0,5
Используя эти данные, находим время срабатывания tx для ука-
занных в табл. 1.25 кратностей. Значения tx приведены ниже:
Кратность ......... 1,5 2 4 6 8 10
Г, с............... 5,07 3,64 1,87 1,64 1,56 1,5
Они использованы для построения временной характеристики
реле (рис. 1.20).
1.11
В схеме, изображенной на рис. 1.21, у выключателя Q2 установ-
лена максимальная токовая защита А2 с ограниченно зависимой
характеристикой выдержки времени. Для защиты использовано реле
РТ-81/1. Ток срабатывания защиты I w2 = 120 А, а уставка времени
срабатывания /у2 — 1,5 с. Характеристика, соответствующая этой
уставке, дана на рис. 1.20. Для защиты А1 также использовано реле
52
рис. 1.21. Схема электри-
ческой сети (к примерам
1.11-113)
ИП-
А1
=? Л1
Q1
РТ-81/1. Ее ток срабатывания 7/" = 180 А. Необходимо выбрать ее
уставку по времени t ,, если максимальное значение тока КЗ в точ-
ке К (у места установки защиты А2) равно Z 3 н тах = 720 А. Уставка
должна быть выбрана из условия обеспечения селективности и
возможного быстродействия. Ступень селективности принять Д/ = 0,5 с.
Защиты выполнены по схеме неполной звезды.
Решение
Согласование выдержек времени защит А1 и А2 выполняется при
токе R |к [1]. При этом время срабатывания txl защиты должно быть
на ступень селективности Д/ больше времени срабатывания txl защиты
А2. Ддя определения t и tx2 по характеристикам реле необходимо найти
кратность для защиты А1 и 1^2 для защиты А2. Однако
вместо тока в реле / можно использовать ток в защите /, а вместо тока
срабатывания реле У — ток срабатывания защиты / з. В самом деле:
или
При согласовании ток в защитах А1 и А2 равен току /^н тах, а
коэффициент схемы к^ = к^. Поэтому
/ /Iй1 = htu
2 р / * с.р 1 к.вн max / 1 с.з ‘
Используя этот вывод, находим кратность к2 для защиты А2\
к2 = 720/120 = 6, и кратность к для защиты АГ. ~к} = 720/180 = 4.
При кратности к. = 6 время срабатывания защиты А2 равно
/,2 = 1,64 с (из характеристики рис. 1.20). Поэтому время срабатыва-
ния защиты А1 при кратности к, = 4 должно быть на ступень селек-
тивности больше времени tx2, т. е. /, — /х2 + Д/= 1,64 + 0,5 = 2,14 с.
Для определения уставки защиты А1t. воспользуемся соотношени-
ем (см. пример 1.10 и его решение)
Гуптах — ~ ~ ^yl “ ^yminV^xl ~
53
Отсюда
t . = t . + (t . - L)(t - t . )/(/. - L).
yl ymin v x 1 2,v углах ymirr' x I 27
В примере 1.10 даны характеристики для реле РТ-81/1 (см. рис. 1.19).
Для этих характеристик t ‘ n = 0,5 с, Zymax — 4 с и для кратности
кх = 4 / = 5,3 с, / = 0,5 с (см. табл. 1.25). Используя эти данные,
а также значение = 2,14 с, находим искомую уставку защиты А1
/ = 1,7 с. Можно с некоторым запасом принять указанную на шка-
ле реле уставку, равную 2 с. Характеристику с такой уставкой мож-
но выбрать без расчета из семейства характеристик на рис. 1.5. Это
показано в следующем примере.
1.12
Для выполнения защит А1 и А2 (см. рис. 1.21) использовано реле
РТ-81/1. Известны кратности к, = /^тах/Л^ и max /4л4
при КЗ в точке К , уставка времени срабатывания защиты А2 и
соответствующая ей временная характеристика реле, известна так-
же ступень селективности Д/. Необходимо из семейства типовых
характеристик реле выбрать характеристику реле защиты А1 и опре-
делить уставку выдержки времени t ..
Рис. 1.22. Временные характеристики реле РТ-80/1
(к примерам 1.12, 1.18, 1.21)
54
Решение
На рис. 1.5 и 1.22 дано семейство временных характеристик реле
РТ-81/1. В качестве примера решение выполнено для к{ = 4,5; к2 — 7;
t = 1 с и А/ = 0,5 с.
у 2
1. По характеристике реле защиты А2 находим ее время срабаты-
вания при кратности к^ — tx2.
2. Определяем время срабатывания защиты Al txi = tx2 + А/ при
кратности кг
3. Находим точку п. Очевидно, селективность будет обеспечена
при использовании любой из характеристик, расположенных выше
точки п. Оптимальной с точки зрения быстродействия является ха-
рактеристика с t. = 2 с.
1.13
В схеме, изображенной на рис. 1.21, у выключателя Q1 необхо-
димо установить максимальную токовую защиту А1. Какую схему
соединения трансформаторов тока и реле следует выбрать, если тре-
буется обеспечить коэффициент чувствительности при ближнем ре-
зервировании к,\ >1,5 (КЗ в точке К{) и при дальнем резервирова-
нии к® > 1,2 (КЗ в точке К2)? Максимальный рабочий ток в линии
Л1 I , = 150 А и минимальное значение тока в месте установки
раб max J
защиты Al при двухфазном КЗ в точке Кх = 1500 А, а при КЗ в
точке К2 = 800 А. Принять коэффициент отстройки ктс — 1,2,
коэффициент возврата кв — 0,8, коэффициент самозапуска к, п — 2
(см. пример 1.9).
Ответ
Для наиболее простой схемы двухфазной однорелейной (реле
включено на разность токов двух фаз)
*<7 = 1,92, <$ = 1,03.
Чувствительность защиты при дальнем резервировании не обес-
печивается. Поэтому необходимо применить схему неполной звез-
ды. Для нее
<$ = 3,33, <$ = 1,77.
55
1.14
На воздушной линии АБ длиной / (рис. 1.23) установлена токо-
вая отсечка А1. Необходимо определить максимальную // и мини-
мальную // длину линии, защищаемую токовой отсечкой.
Сопротивление прямой последовательности системы в макси-
мальном и минимальном режимах соответственно А"1сп1ах и
сопротивление прямой последовательности линии Xlnr. Сопротив-
ления прямой и обратной последовательностей принять одинако-
выми. На рис. 1.23 показаны кривые изменения тока КЗ у места
установки защиты при перемещении точки КЗ от шин подстанции
А к шинам подстанции Б: 1 — при трехфазном КЗ и максимальном
режиме; 2 — при двухфазном КЗ и минимальном режиме. При вы-
боре тока срабатывания учесть коэффициент отстройки к^с.
Решение
1. Находим ток срабатывания защиты [1, 15]:
J1 _ р г(з)
с.з отс к.вн max *
2. Определяем максимальный ток внешнего КЗ, проходящий
через место установки защиты А1 (трехфазное КЗ в точке А'Р):
Рис. 1.23. Зоны, защищаемые токовой отсечкой
(к примеру 1 14)
56
При этом
I1 =kl F Кх + X 1\
с.з отс ф / \ 1 с max 1пг /'
3. Определяем ток, проходящий через защиту при трехфазном
КЗ (точка Kf) в максимальном режиме и ток, проходящий
через защиту при двухфазном КЗ (точка А, ) в минимальном режи-
ме I®. Точки К[2} и АГР находятся в конце защищаемых зон соот-
ветственно // и /27:
гк2 ^ф/у^Мстах ' л1пг 2 /‘
Поскольку сопротивления прямой и обратной последовательно-
стей одинаковы, то ток
/?’ = (Л/2)
и ток двухфазного КЗ в точке в минимальном режиме равен
lS = ^/2)Et/(X
4. Находим значения /27 и //. Из рис. 1.23 следует, что токи и
равны току срабатывания защиты, т. е. при трехфазном КЗ в
максимальном режиме
1с min 1 1 пг Ч
отс
1с max
Ф_____
+ X I1
1с max z 1 пг 2
при двухфазном КЗ в минимальном режиме
УЗ£Ф
+ Y г
1с min z 1пг 1
Из этих выражений соответственно:
отс 1-7 ф
с max +
2 " к1
^отс
/1с max
1пг
и
отс
(л/з/2)/-
отс 1с min -(Л/2)Л
I с max
пг
57
1.15
В сети с изолированной нейтралью на линии Л, работающей в
блоке с трансформатором Т, может быть в качестве основной за-
щиты использована токовая отсечка А, отстроенная от максималь-
ного тока короткого замыкания в точке К2 за трансформатором
(рис. 1.24). В случае возможности такого использования выбрать
наиболее простую схему соединения трансформаторов тока и реле,
ток срабатывания защиты, а также определить ее коэффициент чув-
ствительности при КЗ в конце линии (в точке К^. Требуемый ко-
эффициент чувствительности к® >1,5. Принять коэффициент от-
стройки к^с =1,2. Значение тока КЗ в месте установки защиты при
повреждении в точке К2. max = 1433 А, при повреждении в точ-
ке К{: 4? = 3720 А.
Q
Рис. 1.24. Схема линии, рабо-
тающей в блоке с трансформа-
тором (к примеру 1.15)
Ответ
Ток срабатывания защиты 1}сз = 1720 А. Наиболее простая двух-
фазная однорелейная схема не рекомендуется, так как при некото-
рых двухфазных КЗ в трансформаторе она может отказать в дей-
ствии (см. пример 1.1, табл. 1.17). Необходимо принять схему не-
полной звезды, для нее к® = 2,16.
1.16
В сети, показанной на рис. 1.25, на воздушных линиях напряже-
нием ПО кВ установлены токовые отсечки от междуфазных КЗ,
выполненные по схеме неполной звезды. На линии Л1 отсечка с
выдержкой времени А1, на линии Л2 — отсечка без выдержки вре-
мени А2. Сопротивление системы и в максимальном, и в мини-
мальном режимах равно Х1с — 5 Ом, погонное индуктивное сопро-
тивление линии 2Г1пг = 0,4 Ом/км. Длина линии Л1 — 30 км, а Л2 —
40 км. Коэффициенты отстройки защиты А1 к“с =1,1, защиты А2
к!тс = 1,2. Необходимо определить защищаемую зону 1'^ защиты А1
и 1!А2 защиты А2 при двухфазных КЗ.
58
Рис. 1.25. Схема электрической сети и зоны,
защищаемые токовыми отсечками (к примеру 1.16)
Решение
Необходимо ознакомиться с примером 1.14. Но здесь имеются
некоторые особенности. Так, ток внешнего короткого замыкания
(повреждение в точке КА)
Поэтому ток срабатывания защиты А2 равен
с.з А2
отс
В свою очередь, он равен току КЗ при повреждении в точке
на границе защищаемой защитной зоны 1!А2 (см. рис. 1.23).
Этот ток равен
/И=(7з/2)£ф/[^1с + Т,„г(/1+/{2)\
Из этих двух выражений можно найти
Или
59
Используя данные условия задачи, найдем защищаемую зону:
1А2— 17 км, или l1^ — 0,425/2.
Найдем ток срабатывания отсечки с выдержкой времени А1.
Согласно [1]
// = kH Т1
с.з А1 ^отс * с.з А2 ’
ИЛИ
н = кц к'
^отс ^отс
£*/[*
1с
Этот ток, в свою очередь, равен току двухфазного КЗ при по-
вреждении в конце защищаемой зоны (КЗ в точке т. е. току
/й=(Д/2)£ф/(Х1с+Х,„/'').
И наконец, находим
А1
-Л/2)Л,С
I пг
Для условия задачи 1'^ = 41,55 км, или 1^ — 1,358/,, l”t = /, + 0,288/2.
1.17
Для условий задачи 1.16 определить коэффициент чувствительнос-
ти отсечки с выдержкой времени А1 при двухфазном КЗ в точке Кр'.
Ответ
у . у ]И
л 1с + л 1 пг 1А1
с пг
= 1,27,
т. е. близок к требуемому к > 1,3.
1.18
На кабельных линиях Л1, Л2 и ЛЗ напряжением 10 кВ (рис. 1.26)
предусматриваются максимальные токовые защиты с реле РТ-81/1,
включенными по схеме неполной звезды.
60
Рис. 1.26. Схема кабельных линий (к примеру 1.18)
Необходимо выбрать уставки тока срабатывания, типовые ха-
рактеристики выдержек времени и найти коэффициенты чувстви-
тельности. При выборе этих параметров защит принять коэффици-
ент отстройки к^с = 1,2; коэффициент возврата кв = 0,8; коэффици-
ент самозапуска ксзп = 1,5 и ступень селективности Д/ = 0,5 с.
Трехжильные кабели с медными жилами проложены в земле. Дли-
тельно допустимый ток / 1 для линии Л1 (3 х 150) равен 355 А, для
линий Л2 и ЛЗ (3 х 50) — 180 А. Общее количество кабелей, лежа-
щих рядом в одной траншее, равно 4. При этом поправочный коэф-
фициент, снижающий длительно допустимый ток, равен 0,8. Кабе-
ли допускают перегрузку в течение часа на 30 % по отношению к
4л доп [2,5]. Токи трехфазного КЗ: при повреждении в точке
I® = 3600 А; при повреждении в точке К2 1^ = 2900 А; при по-
вреждении в точке А, 1g = 2500 А (включены обе линии Л2 и ЛЗ)
и Z / — 2100 А (одна из линий Л2 или ЛЗ отключена). На линии Л4
(наиболее нагруженной) установлена максимальная токовая защита
с независимой выдержкой времени. Ее ток срабатывания I™ = 380 А,
а выдержка времени t3 — 0,5 с.
Решение
Зашиты А2 и АЗ находятся в одинаковых условиях. Поэтому рас-
смотрим одну из них, например А2, и защиту А1.
1. Определим длительно допустимые токи с учетом поправочно-
го коэффициента, равного 0,8: для линии Л1 lajiaoni = 0,8 • 355 = 284 А;
Тля линии Л2 I , — 0,8 • 180 = 144 А.
2. Определим максимальный рабочий ток с учетом допустимой
Перегрузки, равной 30 %: для линии Л1 /раб тах1 — 1,3 • 284 = 369 А;
Тля линии Л2 1 . ,= 1,3-144 = 187 А.
раб max 2 ’
61
3. Найдем токи срабатывания по формуле 7"' = к"'с ксзп 1ря6 тях/кв:
у защиты Al //f. = 830 А; у защиты А2 1™, = 420 А.
4. Определим коэффициенты чувствительности. Для защиты
А2 этот коэффициент будет минимальным при двухфазном КЗ в
точке К3 и работе двух линий Л2 и ЛЗ. В этом случае по каждой из
них будет проходить половина тока Гх3 и коэффициент чувстви-
тельности
О 51^
, (2) _ и»э1к3 _
ч г 111
с.з2
• 0,5 • 2500/420 = 2,45.
Защита А1 при дальнем резервировании будет иметь в этом ре-
жиме максимальный коэффициент чувствительности, так как по
линии Л1 проходит весь ток 7$. Минимальную чувствительность
защита имеет, когда одна из линий Л2 или ЛЗ отключена. В этом
случае по линии Л1 проходит ток 1х3 = (л/з/2) - 2100 = 1817 А и коэф-
фициент чувствительности к^' = 1817/830 = 2,2. Чувствительность
защиты А1 при ближнем резервировании не зависит от режима ли-
ний Л2 и ЛЗ. Ее коэффициент чувствительности:
к® = (Л/2) (7<3>/7 ) = 0,865 • 2900/830 = 3.
5. При выборе характеристик выдержек времени защит А1 и А2
воспользуемся типовыми характеристиками реле РТ-81/1, приве-
денными на рис. 1.5 и 1.22. Выполним согласование выдержек вре-
мени защит А2 и А4 при максимальном токе КЗ (повреждение в
точке К3, линия ЛЗ отключена). Для этого необходимо определить
кратность
/й/л™ =2100/420 = 5.
При этой кратности выдержка времени защиты А2 должна быть
/2 = /4 + Д/ или t, - 0,5 + 0,5 — 1 с. Выбираем характеристику с
уставкой t — 1 с. При кратности 5 защита срабатывает с време-
нем /2 = 1 с (см. рис. 1.5 и 1.22). Селективность между защитами
А1 и Л 2 должна обеспечиваться как при работе линийЛ2иЛЗ, так
и при отключении одной из них. Для выбора характеристики за-
щиты А1 воспользуемся данными табл. 1.26. Из нее следует, что
определяющим при выборе характеристики является трехфазное
КЗ в точке Ку
62
Таблица 1.26
Состояние линий Кратности токов в защитах при КЗ Трехфазное КЗ в точках
А] А2
Линии Л2 и ЛЗ включены 3,5 7
3 2,9
Включена линия Л2 3,5 7 К1
2,5 5
Из рис. 1.5 следует, что время срабатывания защиты А2 при
кратности 2,9 и / = 1 с равно t2 = 1,5 с. При этом кратность защиты
А1 равна 3. Для обеспечения селективности необходимо, чтобы при
этой кратности время срабатывания защиты А1 было /, = /, + Д/ =
= 1,5 + 0,5 = 2 с. Из рис. 1.5 и 1.22 следует, что для удовлетворения
этого следует выбрать характеристику с уставкой / = 2 с.
1.19
В примере 1.18 были рассмотрены максимальные токовые защиты,
выполненные на основе реле РТ-81/1. Для этой же цели можно ис-
пользовать вторичные токовые реле прямого действия, например типа
PTB-IV. Его характеристики времени срабатывания при разных устав-
ках даны на рис. 1.4, б и 1.27. Необходимо для условий задачи выбрать
характеристики и соответствующие уставки реле защит А1 и А2.
Решение
Из рис. 1.27 следует, что практически уже при кратности тока в
реле, равной 3 (300 %), время срабатывания реле не зависит от тока.
В нашем случае расчетная кратность (см. табл. 1.26) для защиты А1
равна 3, а для защиты А2 — 2,9. Поэтому их выдержки времени
выбираем как для защиты с независимой от тока характеристикой
времени срабатывания. Для защиты А2'.
t2 — t4 + Д/ = 0,5 + 0,5 = 1 с.
Для защиты А1:
= /2 + Д/ = 1 + 0,5 = 1,5 с,
ближайшей является характеристика t — 2 с, ее и выбираем.
63
Рис. 1.27. Характеристики реле PTB-IV
(к примеру 1.19)
1.20
Для защиты линии в сети напряжением 10 кВ предусмотрены
максимальная боковая зашита и токовая отсечка без выдержки вре-
мени. В защите использованы реле РТ-40 и постоянный оператив-
ный ток. Макс|1мальный рабочий ток в линии /раб тах = 80 А. Ток
срабатывания Максимальной токовой защиты //" = 191 А, ток сра-
батывания ток()во^ отсечки //3 = 545 А. Реле и трансформаторы
тока соединены По схеме неполной звезды. Расстояние между транс-
форматорами TqK3 и щИТОМ релейной защиты равно / = 200 м. Для
присоединения реле к трансформаторам тока могут быть использо-
ваны либо мед|1Ые, либ0 алюминиевые провода. Необходимо выб-
рать трансформаторы тока и сечение этих проводов так, чтобы пол-
ная погрешность трансформаторов тока е не превышала 10 %.
Решение
1. Знакомился с содержанием § 1.2.
2. Выбирае^ трансформатор тока типа ТЛМ-10 с первичным
номинальным 'Гоком Ц ном = 100 А (коэффициент трансформации
Kj — 100/5) и Классом точности Р. Его характеристика предельной
кратности данана рис j 2.
64
3. Из табл. 1.1 определяем расчетный первичный ток I рсч = 1,1 /
для максимальной токовой защиты
///
1 рсч
= 1,1-191 = 210 А,
для токовой отсечки
Л7рсч = и 545 = 600 А.
4. Определяем предельную кратность klQ = Ц //, ном. Для макси-
мальной токовой защиты kw = 210/100 = 2,1, для токовой отсечки
kw = 600/100 = 6. Таким образом, определяющим при расчете допу-
стимой нагрузки на трансформатор тока Z п, при которой его пол-
ная погрешность е не превышает 10 %, является предельная крат-
ность, равная 6. В этом случае из рис. 1.2 Z = 2 Ом. Расчетная
нагрузка не должна превышать этого значения.
5. Определяем сопротивления реле тока
= S/П •
Для реле РТ-40 потребляемая мощность 5= 0,5 В - А при / = / [3—5]
Для токовых защит
В схеме неполной звезды к^ = 1. Поэтому для максимальной то-
ковой защиты
=191/20 = 9,6 А
и для токовой отсечки
/с7р = 545/20 =*27,3 А.
Соответственно сопротивление реле
Zzzz = 0,5/(9,6)2 = 0,0054 Ом, Zpz = 0,5/(27,3)2 = 0,00067 Ом.
Реле максимальной токовой зашиты и отсечка включены последо-
вательно, поэтому
Zp = Zpzz/ + Zpz = 0,0054 + 0,00067 = 0,00607 Ом.
6. Определяем часть расчетной нагрузки, создаваемой сопро-
тивлениями проводов Rn . Из табл. 1.18 для схемы неполной звез-
Ды Z = Z + 2R + R . Отсюда R — (Z — Z — R )/2. Если
н.рсч р пр КОНТ пр \ н.рсч Р КОНТ''
65
полная погрешность е = 10%, то Z = Z4ao =2 Ом. Сопротивле-
ние контактов обычно принимают /?конт = 0,1 Ом. С учетом этого
значения получаем 1? = 0,95 Ом.
7. Из выражения Я = //(ys) определяем сечения проводов, мм-
* = //(уЯ).
Для медных проводов у = 57 м/(Ом • мм2) и s = 200/(57 • 0,95) - 3,7 мм2.
Можно выбрать провод со стандартным сечением 4 мм2. Для алю-
миниевых проводов у = 35 м/(Ом • м2) и 5 = 200/(35 - 0.95) = 6 мм2.
Провод такого сечения имеется.
1.21
Для линии напряжением Ю кВ с максимальным рабочим током
90 А предусмотрены максимальная токовая защита и токовая отсеч-
ка, выполненные на основе реле РТ-85 по схеме неполной звезды с
дешунтированием электромагнита отключения при срабатывании.
В качестве электромагнита отключения использовано реле РТМ.
Расстояние между трансформатором тока и реле РТ-85 равно 50 м.
Связь между ними выполнена медными проводами сечением 4 мм2.
Ток срабатывания максимальной токовой защиты 1'^ = 195 А, а
токовой отсечки Ц, = 550 А. Необходимо выбрать трансформатор
тока, удовлетворяющий требованиям 10 %-й погрешности, а также
обеспечивающий надежное действие защиты и электромагнита от-
ключения после его дешунтирования.
Решение
Расчет выполняем в той же последовательности, что и в приме-
ре 1.20.
1. Выбираем трансформатор тока типа ТЛМ-10 с первичным
номинальным током /1( м = 100 А, классом точности Р и коэффици-
ентом трансформации К, = 20.
2. Определяем расчетный первичный ток I ,ч = 1,1 / (см. табл. 1.1).
Для реле РТ-85 с некоторым допущением Аг можно принять рав-
ным току реле в начале независимой части характеристики выдерж-
ки времени. Из рис. 1.22 следует, что независимая часть начинается
при токе [ = 51. Для токовых защит
66
Здесь к ; = 1, тогда = 195/20 = 9,75 А. С учетом ступенчатой ре-
гулировки тока срабатывания реле принимаем //" = 10 А. В этом
случае I”' = 200 А, а ток /, рсч = 1,1 • 5 • 200 = 1100 А.
3. Определяем предельную кратность
1 рсч
/А ном’
Л10 = 1100/100 = 11.
4. Из рис. 1.2 для &1() — 11 находим Z|i/ioti = 1 Ом.
5. Определяем сопротивление реле РТ-85 при токе срабатыва-
ния I'1' = 10 А и потребляемой мощности 5= 10 В-А:
Zp = S/I'”'2 = 10/100 = 0,1 Ом.
6. Определяем сопротивление фазного проводника сечением 4 мм2
и длиной 50 м Я = 50/(57 -4) = 0,22 Ом. Сопротивление контактов
принимаем 7?конт = 0,1 Ом.
7. Определяем расчетную нагрузку трансформатора тока
н.рсч
+ 2R
пр
КОНТ
или
Z = 0,1 + 2 0,22 + 0,1 = 0,64 Ом.
н.рсч ’ ’ ’ ’
Поскольку Z < Z доп, то выбранный трансформатор тока удов-
летворяет требованиям 10 %-й погрешности. Теперь необходимо
проверить поведение защиты после дешунтирования электромагни-
та отключения. Необходимо убедиться в том, что коэффициент чув-
ствительности при этом не снизится ниже допустимого значения.
До дешунтирования этот коэффициент определялся как
М _ лН/("’) HiA*} I
ч ^сх 1 к min / I ^сх 1 с.з у ’
а после дешунтирования по формуле (1.3) [3,5,15]
Из сравнения этих выражений следует, что после дешунтирования
коэффициент чувствительности изменился на значение (1 — f/100)/kn.
Здесь f — токовая погрешность трансформатора тока после дешунти-
Рования, определяется из рис. 1.3, а к — коэффициент возврата то-
ковой отсечки реле РТ-85 — не более 0,4. Очевидно, к„ после дешун-
тирования не уменьшится, если (1 —//100)/Л > 1, или/<(1 — кв)-100.
При £ = 0,4/= 60%.
67
8. Для определения f необходимо проделать следующие расчеты:
а) определим Z ч с учетом сопротивления электромагнита,
который после дешунтирования включается последовательно с
сопротивлением 7—0,1 Ом. По условию в качестве электро-
магнита отключения использовано реле РТМ. Его ток срабатывания
/сУАТ = 5 А, а потребляемая мощность 60 В • А [4,8]. Поэтому со-
противление ZyAT = 60/(5)2 = 2,4 Ом (см. табл. 1.3). Таким образом,
Z = 0,64 + 2,4 = 3,04 Ом;
б) по характеристике на рис. 1.2 для полученного Z находим
к.. = 3,7;
10 доп ’ ’
в) определяем максимальную кратность тока к1х при дешунти-
ровании в предположении, что дешунтирование происходит при
надежном срабатывании токовой отсечки, т. е. при Ц = 1,51с\. По
условию 1'3 = 550 А. Кратность /('3//СЛ/ = 550/200 = 2,75. Принима-
ем кратность, равную 3 (уставка отсечки), тогда = 3 • 200 = 600 А,
а максимальная кратность тока
= 1.5/',//1ном = 1,5-600/100 = 9;
г) по значению А = кп 3JkWivm = 9/3,7 = 2,43 из рис. 1.3 находим
f— 48 %. Поскольку погрешность меньше допустимой (48 % < 60 %),
коэффициент чувствительности после дешунтирования не сни-
зился;
д) для проверки надежности действия электромагнита отключе-
ния после его дешунтирования используются выражения, указан-
ные выше. При этом вместо /с, принимаем 7сУАТ и ~ 1, гДе
К} — коэффициент трансформации трансформатора тока; /с уАТ —
ток срабатывания электромагнита отключения, равный 5 А для реле
РТМ. Токовая погрешность /находится для коэффициента А при
к
zvmax
- 1,5 /с УАТ К i/ (к\^ Ц ном).
Защита выполнена по схеме неполной звезды, поэтому во всех вы-
ражениях к ’ =1. В этом случае для электромагнита отключения
кта = 1,5 5 20/100 = 1,5, а/= 23 % (см. рис. 1.3). При этом коэф-
фициент чувствительности электромагнита отключения должен быть
приблизительно на 20 % больше допустимого коэффициента для со-
ответствующих защит. Проверим это;
е) используя полученные результаты, определим коэффициенты
чувствител ьности:
68
• максимальной токовой защиты
= (1 - 48/100)/(0,4 200) = 1,'3/М „/200;
• электромагнита отключения
< УЛТ = //Ю0)А, Л УЛТ =
= (1-23/100)/100 =0,77/<">,„/100.
Найдем отношение
к /к - 0 117^
УАТ / р.з V, / / 1 к т|п
2OO/(1OO1,3-/HJ
/ у ’ к min I
= 1,185.
Для нашего случая кч УАТ примерно на 20 % больше кч , т. е.
требования удовлетворяются.
1.22
Для защиты линий с максимальным рабочим током / 6п1ах = 95 А
в сетях напряжением 10 кВ предлагается максимальная токовая за-
щита на переменном оперативном токе с дешунтированием электро-
магнита отключения, выполненная по схеме неполной звезды. В за-
щите будут использованы реле тока РТ-40, реле времени РВМ-12 и
промежуточное реле РП-341. Обмотки у реле РВМ-12 и у РП-341
соединены последовательно, при этом их ток срабатывания равен
2,5 А, а потребляемая мощность каждого из них — 10 В • А. Мощ-
ность, потребляемая реле РТ-40 при его токе срабатывания, равна
0,5 В - А (см. табл. 1.5, 1.10, 1.12). Обмотки указанных реле соедине-
ны последовательно и составляют часть нагрузки трансформатора
тока. Расстояние между трансформатором тока и реле равно 65 м.
Связь между ними выполнена медным проводом сечением 4 мм2.
Ток срабатывания защиты 7,= 264 А. Необходимо выбрать транс-
форматор тока, удовлетворяющий требованиям 10 %-й погрешнос-
ти, а также обеспечивающий надежное действие защиты и электро-
магнита отключения после его дешунтирования. В качестве элект-
ромагнита отключения использовано реле РТМ с током срабатывания
5 А и потребляемой мощностью, равной 60 В • А.
Ответ
1- Трансформатор тока TJIM-10 с коэффициентом трансформа-
ции Л'/= 100/5 и классом точности Р.
69
2. Допустимая расчетная нагрузка трансформатора тока 2^ = 4 Ом.
3. Расчетная нагрузка трансформатора тока:
а) до дешунтирования электромагнита отключения Z =
б) после дешунтирования электромагнита отключения
= 3,9 Ом.
1,5 Ом;
Z =
н.рсч
Следовательно, и до и после дешунтирования полная погреш-
ность трансформатора менее 10%.
4. Выходное промежуточное реле РП-341 после срабатывания
дешунтирует электромагнит отключения и самоудерживается свои-
ми контактами. Поэтому поведение реле тока РТ-40 и реле времени
РВМ-12 в этом случае не имеет значения, а потому их чувствитель-
ность не снижается. Чувствительность электромагнита отключения
проверяется так же, как в примере 1.21.
1.23
Для обоснования тока срабатывания и коэффициента чувстви-
тельности токовой защиты нулевой последовательности в сети с
изолированной нейтралью необходимо знать путь прохождения тока
повреждения при однофазных замыканиях на землю и его вектор-
ные диаграммы. На рис. 1.28 показана кабельная сеть напряжением
10 кВ с двумя линиями Л1 и Л2, на которых имеются токовые защи-
ты нулевой последовательности соответственно Л7 и А2. На основе
анализа векторных диаграмм напряжений и токов при однофазном
замыкании на землю фазы А в точке обосновать ток срабатыва-
ния защиты А1 и коэффициент чувствительности защиты А2.
Решение
I------------1 Л 7
Рис. 1.28. Часть схемы
электрической сеги
(к примеру 1.23)
На рис. 1.29, а заданная сеть представлена в трехфазном виде с
сосредоточенными емкостями фаз относительно земли. В симмет-
ричной трехфазной сети емкости фаз одинаковы. Для линии Л1 —
это С. р а для линии Л2 — Сф2. При этом
напряжения фаз относительно земли рав-
ны соответствующим фазным напряже-
ниям UA, UB, Uc. При металлическом
замыкании на землю, например, фазы А
в точке К(1) она получает потенциал зем-
ли (Т//1 = о). Напряжения двух других фаз
и и.с} относительно земли становят-
ся напряжениями относительно замк-
70
Рис. 1.29. Электрическая сеть и векторные диаграммы токов
и напряжений при замыкании на землю
(к примеру 1.23)
нувшейся на землю фазы А, т. е. повышаются в л/3 раз, а угол между их
векторами становится равным л/3 (рис. 1.29, б). Эти напряжения обус-
ловливают емкостные токи фаз В и С соответственно: t/k1? =
Zci = линии JIl (рис. 1.29, в) и /й = уа)Сф2С7^;
£сг = У<оСф21/^ линии Л2 (рис. 1.29, г). Пути прохождения этих токов
показаны на рис. 1.29, а. В неповрежденной линии Л1 ток в фазе А
отсутствует, и ток нулевой последовательности / ' = + L ]/\ а
ток в защите равен ЗД1, (см. рис. 1.29, в), очевидно, защита А1 рабо-
тать не должна, поскольку повреждение на линии Л2.
Для достижения этого необходимо выбрать >3/19. Ток 3/J?
является собственным емкостным током линии Л1, т. е. 3/^ = 1С{.
В справочной литературе [ 10] дается значение собственного емкостно-
го тока на единицу длины линии /спг, А/км, тогда I= /спг1/. Оконча-
тельно ток срабатывания защиты А1 необходимо рассчитать по форму-
ле / з| = кокк ICi. Здесь ктс — коэффициент отстройки, равный 1,1...! ,2;
к6 — коэффициент, учитывающий бросок собственного емкостного
тока линии при внешних замыканиях на землю, для защиты без
выдержки времени к5 = 3...4, для защиты с выдержкой времени
к^ = 2...2,5. Ток срабатывания защиты А2 и любого другого присоеди-
нения определяется аналогично. Прохождение токов по поврежден-
ной линии Л2 иное. Здесь емкостные токи неповрежденных фаз / и /
возвращаются в точку А4|) по поврежденной фазе А, образуя ток /’'•
(см. рис 1.29, г). Поэтому сумма этих токов, т. е. ток нулевой последо-
вательности, у места установки защиты А2 равен нулю. Но кроме тока
/'" по поврежденной фазе А проходят фазные емкостные токи Гв\ и /,
неповрежденной линии Л1.(рис. 1.29, д). Они и обусловливают ток
нулевой последовательности 3 проходящий через место установки
защиты А2. Защита сработает, если /сз2 < 3/^2 = /С), где /сз2 = ктск6 1сг
Коэффициент чувствительности при этом будет равняться кл = /С1/7с 2.
При наличии в сети нескольких присоединений ток /(] складывается
из собственных емкостных токов всех неповрежденных линий.
Выводы
1. При наличии в сети только одной линии токовую защиту ну-
левой последовательности выполнить нельзя, поскольку ток нуле-
72
вой последовательности в начале линии при ее повреждении на землю
отсутствует.
2. При наличии нескольких присоединений ток срабатывания
зашиты для исключения ее неселективного действия необходимо
отстроить от собственного емкостного тока защищаемой линии 1С.
3. Для определения коэффициента чувствительности защиты
требуется знать суммарный емкостный ток всех неповрежденных
линий Л г:
-J « Vi- •
I JI — I r/k kR Ir.
Ж.С' с.з эк. Cf otc бр C
Для кабельной сети необходимо иметь кч > 1,25. Используя при-
веденные выше значения коэффициентов Л_( и къ , определим ми-
нимальные соотношения между I к с и 1С, требуемые для получения
к > 1,25. Для защиты без выдержки времени /эк С/1С = 4,125, с
выдержкой времени /эк с//с = 2,75.
1.24
На рис. 1.30 показана кабельная сеть напряжением 10 кВ с изо-
лированной нейтралью. Необходимо определить ток срабатывания
и коэффициенты чувствительности токовой защиты нулевой после-
довательности А к выполненной реле РТ-40/0,2 для случаев:
а) все линии включены;
б) одна из линий Л4, Л5, Л6 отключена. При выборе тока сраба-
тывания принять к = 1,1, А.р = 3 для защиты без выдержки време-
ни и = 2 для защиты с выдержкой времени Параметры линий
даны в табл. 1.27.
Ответ
Дан в табл. 1.28.
У токовой защиты нулевой последо-
вательности кабельной сети коэффици-
ент чувствительности должен быть не
менее 1,25. Из табл. 1.28 следует, что
защита без выдержки времени не удов-
летворяет этим требованиям. Можно
выполнить защиту с выдержкой време-
ни. Однако при отключении любой из
линии Л4, Л5, Л6 чувствительность за-
щиты оказывается недостаточной.
Рис. 1.30. Электрическая
сеть (к примеру 1.24)
73
Таблица 1.27
Линия Длина, км Сечение кабеля, мм2 Емкостные токи /Спг, А/км
Л1 3 f 50 0,8
Л2 1 35 0,72
ЛЗ 0,5 35 0,72
Л4 7 95 1,04
Л5 5 70 0,92
Л6 2 50 0,8
Таблица 1.28
Схема Суммарный емкостный ток непо- врежден- ных линий Ак. о А Ток срабатывания защиты, А Коэффициент чувствительности защиты
без выдержки времени С выдержкой времени без выдержки времени С выдержкой времени
Все линии включены 13,48 11,48 8,5 1,17 1,59
Отключе- на линия Л6 11,88 11,48 8,5 1,03 1.14
Отключе- на линия Л5 м 8,88 11,48 8,5 0,77 1,05
Отключе- на линия Л4 6,2 11,48 8,5 0,54 0,73
1.25
На рис. 1.31 дана часть схемы кабельной сети напряжением 10 кВ
с изолированной нейтралью. Сечения, длина линий и собственные
емкостные токи даны в табл. 1.29
74
Таблица 1 29
Линия Сечение кабеля, мм2 Длина линии, км Емкостные токи /Спг, А/км
Л1 95 2 1,04
Л2 50 1 0,8
ЛЗ 50 0,7 0,8
Суммарный емкостный ток всей сети L с — 25 А. Рассмотреть
возможность установки на линии Л1 быстродействующей защиты
от замыкания на землю, выполненной на основе:
а) реле РТ-40/0,2 или РТЗ-50;
б) направленной защиты нулевой последовательности ЗЗП-1;
в) устройства УСЗ-2/2.
Решение
1. Находим емкостные токи линий (1. = I.. ):
V Vx 111
Л1 - Л, = 2 -1,04 = 2,08 А;
* 1
Л2 - /с2 = 1 0,8 = 0,8 А;
ЛЗ - /сз = 0,7 • 0,8 = 0,56 А.
Суммарный емкостный ток всего присоединения
L. = Л, + + Zr, = 2,08 + 0,8 + 0,56 = 3,44 А.
2. Определим ток срабатывания и коэффициент чувствительнос-
ти токовой защиты нулевой последовательности с реле РТ-40/0,2 или
РТЗ-50: 1 =к к 1Г. Примем L = 4,
с.з аге бп С г бр ’
= 1,2, /с з = 1,2 4 • 3,44 = 16,5 А.
Минимально возможный ток сраба-
тывания защиты 1,3mjn = 8,5 А для реле
РТ-40/0,2 и / 3mjn — 3 А для реле РТЗ-50
(см. табл. 1.13). Поэтому ток сраба-
тывания защиты принимаем равным
расчетному значению 16,5 А. Для оп-
Рис. 1.31. Схема электрической сети с изо-
лированной нейтралью (к примеру 1.25)
75
ределения коэффициента чувствительности необходим суммарный
емкостный ток без учета емкостного тока защищаемого присоеди-
нения /кс = 25 - 3,44 = 21,56 А. Коэффициент чувствительности
&ч ~ 4к.с/4.з = 21,56/16,5 — 1,3. Поскольку кч > 1,25, на линии Л1
можно использовать защиту с реле РТ-40/0,2 или с реле РТЗ-50.
Следует выбрать реле РТ-40/0,2 как более простое.
3. Определим ток срабатывания защиты ЗЗП-1 по выражению
4.з - 4к.с/^Ч’ где 4, 2, / < 21,56/2 = 10,78 А. Принимаем уставку 3
с током срабатывания /сз = 2 А (см. п. 1.3.14). Таким образом, на
линии Л1 может быть установлена и защита ЗЗП-1.
4. Определим возможность использования устройства УСЗ-2/2.
Суммарный емкостный ток сети Lc = 25 А. У устройства УСЗ-2/2
имеется уставка, равная этому току. Этой уставке соответствует
ток срабатывания / , = 5 А (см. п. 1.3.13). Используя выражение
А(п = 4 3/4?’ проверим отстройку защиты от емкостного тока присо-
единения котс — 5/3,44 = 1,45. Отстройка обеспечивается при усло-
вии 2 < ktrc < 3 [4, 10]. В нашем случае это условие не выполняется.
Поэтому следует принять
I = 10/ = 10-3,44 = 34,4 А.
Ближайшая уставка равна 50 А, а соответствующий ей ток сра-
батывания /с = 10 А. В этом случае к(= 10/3,44 = 2,0, что удовлет-
воряет требованиям. Расчеты показали, что на линии Л1 может быть
установлена любая из рассмотренных защит. Предпочтение следует
отдать защите с реле РТ-40/0,2 как наиболее простой.
1.26
В сети напряжением 110 кВ (рис. 1.32) на линии Л1 установлена
трехступенчатая токовая защита нулевой последовательности А1.
Выбрать параметры срабатывания каждой ступени. Исходные дан-
Рис. 1.32. Схема электрической сети с заземленной нейтралью
(к примеру 1.26)
76
ные для расчета представлены в табл. 1.30. Коэффициенты отстрой-
ки соответственно для первой, второй и третьей ступени к^ = 1,2;
=1,1; к’4 =1,2. Ток срабатывания первой ступени токовой за-
щиты нулевой последовательности защиты А2линии Л2 1‘л02 = 450 А.
Таблица 1.30
Место и вид КЗ Ток, проходящий через место установки защиты А1 А
J1 01 вн max о ;(m) 1 02 вн max °104 вн max /(3) 1 к.вн max
В точке Однофазное на землю 400 - — —
Двухфазное на землю 430 — — 1
В точке Однофазное на землю — 780 — ——
4”’ Двухфазное на землю — 830 — —
В точке к? 1 Трехфазное — —— 1200
Трехфазное — — — 700
В точке К(т} Однофазное на землю — — 350 1 *
Л4 Двухфазное на землю - — 375
Решение
1 Ток срабатывания первой ступени //п01 защиты А1 выбирается
из условия, чтобы защита не действовала при внешних КЗ на зем-
лю, т. е. при КЗ в точках К " и Из табл. 1.30 следует, что
наибольший ток, проходящий через место установки защиты А1,
будет при двухфазном КЗ на землю в точке 3/'^НП1ЯХ = 830 А.
Ток срабатывания необходимо отстроить от этого тока
]' = kl . = 1 2-830 = 996 А
Ус.з01 Котс jy02BHmax OJU л-
77
2. Ток срабатывания второй ступени / 101 защиты А1 необходи-
мо отстроить от тока срабатывания / '3(2 первой ступени защиты А2
линии Л2 и от тока З/^Lmax, проходящего через защиту при КЗ в
точке К^. Поскольку //.1М > 3/^,,тах, то
/"О|=С Д,И =1,1-450 = 495 А.
Коэффициент чувствительности определяется по меньшему из то-
ков 3/^2Umax ПРИ КЗ на землю в точке Этот ток равен 780 А
(см. табл. 1.30), к" = 780/495 = 1,58. Чувствительность достаточна.
Для исключения излишних срабатываний при КЗ в защищаемой
зоне первой ступени защиты А2 необходимо ввести выдержку вре-
мени, равную 0,5 с.
3. Выдержка времени третьей ступени, выбранная по ступенча-
тому принципу, оказалась меньше выдержек времени защит от меж-
дуфазных КЗ, установленных на линии Л2 и трансформаторе Т.
Обычно это третьи ступени. На линии от междуфазных КЗ обяза-
тельно имеется также первая ступень защиты. В этом случае с вы-
держкой времени ликвидируются междуфазные КЗ в конце линии
(в мертвой зоне первой ступени). На трансформаторе кроме макси-
мальной токовой защиты предусматриваются токовая отсечка либо
дифференциальная защита. При этом с выдержкой максимальной
токовой защиты отключаются КЗ за трансформатором (точка К'32-
на рис. 1.32). Из сказанного следует, что для исключения срабаты-
вания третьей ступени защиты нулевой последовательности А1 при
внешних междуфазных КЗ ее ток срабатывания необходимо отстроить
от тока небаланса, обусловленного наибольшим из токов внешнего
трехфазного КЗ в точках К3 и К* Обычно расчетным является КЗ
за понижающим трансформатором (максимальный ток внешнего КЗ).
Ток небаланса определяется по известному выражению 11]
нб рсч max 1 ^одн (С/* Hv) / к вн тах .
Здесь Аодн — коэффициент однотипности, можно принять равным 0,5;
е — полная погрешность, не более 10 %. Тогда
нб.рсч maxi
= 0,5-0,1-1200 = 60 А
и ток срабатывания
hi
с.з 01
= kin I
'votc * нб.рсч max
= 1,2-60 = 72 А.
78
Определим наименьший коэффициент чувствительности при ближ-
нем резервировании к''1 = 780/72 = 10,8, при дальнейшем резерви-
ровании к!" = 350/72 = 4,86. Чувствительность достаточна.
1.27
В токовой направленной защите линии от междуфазных КЗ при-
менено индукционное реле направления мощности типа РБМ. Его
вращающий момент равен
Мвр =H/P/Pcos(cpp + а).
Здесь (Л, и /. — напряжение и ток, подводимые к реле; фр — угол
между ними; а — внутренний угол реле [I]. Необходимо построить
векторную диаграмму напряжений и токов при трехфазном КЗ и
указать на ней зону срабатывания реле при 90-градусной схеме его
включения.
Решение
Из выражения Mrsp = kUp[p cos(<pp + сс) следует, что при cos(cpp + а) > 0
момент положительный, а при cos (<р + о) < 0 — отрицательный.
Максимальное значение положительного момента наступает при
cos(tp + о) = I, т. е. при ф = —сс. Этот угол называют углом макси-
мальной чувствительности ФрП1;1>1|- Он всегда равен и противополо-
жен по знаку внутреннему углу реле а, т. е. Фртахч = —а. По мере
уменьшения cos(<p + а) уменьшается и вращающий момент. Он ста-
новится равным нулю при cos (ф + а) = 0, что имеет место при
углах (<р + сс) = ±л/2, т. е. при фр = (л/2 — а) и фр — ~(п/2 + а).
Таким образом, работа реле характеризуется диапазоном возможных углов
срабатывания ф и определяется выражением — (л/2 + а) < фр < (л/2 — а).
Следует подчеркнуть, что это выражение характеризует работу не
только индукционного реле направления мощности, но и реле, вы-
полненных на другой элементной базе, например полупроводнико-
вого реле типа РМ-11. В качестве примера рассмотрим реле, включен-
ное на ток фазы А: I } = / и напряжение (/ =С(5- На рис. 1.33
изображена векторная диаграмма тока и напряжений и указана линия
максимальной чувствительности. Она проведена под углом Ф ч, при
котором вращающий момент реле максимален. Следует иметь в виду,
что на векторной диаграмме углы, отсчитанные от напряжения t/p
По часовой стрелке, считаются положительными, а отсчитанные
79
(2W
11
Рис. 1.33. Анализ поведения реле направления мощности
(к примеру 1.27)
против часовой — отрицательными. Кроме линии максимальной
чувствительности на рис. 1.33 указана линия нулевой чувствитель-
ности. Она ограничивается углами (тт/2 — а) и — (л/2 + а). Реле
срабатывает, если вектор тока /<3) располагается справа от этой ли-
нии. Положение вектора тока /J3 на векторной диаграмме опреде-
ляется соотношением активного и индуктивного сопротивлений за-
щищаемой линии от места включения реле до точки КЗ и активным
переходным сопротивлением дуги в месте повреждения, эти соот-
ношения могут изменяться. При этом вектор тока может смещаться
на тот или иной угол относительно своего фазного напряжения, в
данном случае относительно вектора U не выходя за пределы зоны,
обозначенной на векторной диаграмме цифрой 1. Граница этой зоны
определяется, с одной стороны, положением вектора тока при чис-
то активном, а с Другой стороны, при чисто индуктивном сопротив-
лении. Из рис. 1-33 следует, что реле, включенное на ток фазы А,
и междуфазное напряжение при трехфазных КЗ четко сра-
батывает, если повреждение не располагается в мертвой зоне. Оче-
видно, реле, включенное на ток 1_\' или /у- и соответственно на-
пряжения U ® и Ц. 2, будет вести себя аналогично.
1.28
На линии напряжением I 10 кВ установлена токовая направлен-
ная защита от междуфазных КЗ. В схеме используются три реле
80
иаправления мощности, зона срабатывания которых характеризует-
ся следующим диапазоном возможных углов <р между током /р и
напряжением (/р: —(л/2 + а) < <р < (л/2 — о). Реле включены по
90-градусной схеме. Сочетания токов и напряжений, подводимых к
реле, указаны в табл. 1.31.
Таблица 1.31
f Номер реле Подводимые к реле
ТОКИ /р напряжения U
1 — а
2 h
3 — с Uah
Необходимо построить векторные диаграммы токов и напряже-
ний, подводимых к реле 2 и 3 при двухфазном КЗ между фазами В
и С, и определить поведение этих реле.
Решение
1. Построим векторные диаграммы напряжений при двухфазном
КЗ между фазами В и С. На рис. 1.34, а даны векторные диаграммы
симметричных составляющих фазных напряжений в точке КЗ. Пу-
тем их суммирования получены полные фазные напряжения U„,
Из рис. 1.34, следует, что в месте повреждения напряже-
ния поврежденных фаз и равны по абсолютному значению
половине фазного напряжения, совпадают по фазе и направлены
противоположно напряжению неповрежденной фазы U„.
Здесь же изображены векторы напряжений U® и tfj;, подводи-
мых к реле 3 и 2. По абсолютному значению они равны 1,5 (/ф. По
мере удаления от точки КЗ и приближения к началу линии (место
установки защиты) напряжения поврежденных фаз возрастают и
смещаются друг относительно друга (пунктирные линии 1 и 2 на
рис. 1.34, в). В пределе они могут достигать соответствующих фаз-
ных напряжений, а напряжения (7 f' и (7® становятся равными
и смещаются относительно положения, которое они занимаю! в месте
повреждения, на угол л/6 (см. рис. 1.34, 6, в).
81
Рис. 1.34. Векторная диаграмма напряжений при двухфазном КЗ
между фазами В и С (к примеру 1.28)
2. Построим векторные диаграммы токов А и / , подводимых
к реле при двухфазном КЗ между фазами В и С. За исходный при-
мем вектор неповрежденной фазы U^\ На рис. 1.35, сданы вектор-
ные диаграммы симметричных составляющих фазных токов при
чисто активном сопротивлении линии, когда ток / совпадет с на-
пряжением U J (см. рис. 1.34, а). Здесь же путем суммирования
симметричных составляющих найдем токи поврежденных фаз /' и
!_?• При чисто индуктивном сопротивлении ток /j2) отстает от на-
пряжения Uна угол л/2 (см. рис. 1.34, а и 1.35, б). Соответственно
изменяется и положение векторов токов поврежденных фаз [_ и
/J2). Они тоже поворачиваются на угол л/2. На рис. 1.35, в изображе-
82
Ны в совмещенном виде векторные диаграммы токов и напряже-
ний, подводимых к реле 2 и 3 для граничных условий при КЗ между
фазами В и С. В любом случае векторы и не выходят за
пределы зон, обозначенных цифрой 7, а векторы напряжений Uи
U® — за пределы зон, обозначенных цифрой 2.
3. Определим поведение реле 2, включенного на ток и на-
пряжение U'^. На рис. 1.36 изображена векторная диаграмма с ука-
занием зоны, обозначенной цифрой 7, в которой может находиться
83
Рис. 1.36. Анализ поведения реле
направления мощности при двух-
фазном КЗ между фазами В и С.
Реле включено на ток / £2) = /
и напряжение = (/ ;2 (к при-
меру 1.28)
вектор тока = 1^', и зоны, обозначенной цифрой 2, в которой
может находиться вектор напряжения U® = U^. Векторная диаг-
рамма взята из рис. 1.35, в. Для определения поведения реле необ-
ходимо знать его зону срабатывания, а она ограничивается линией
нулевой чувствительности. В примере 1.27 обосновывалось ее поло-
жение на векторной диаграмме. Для заданного в условии реле ее
следует провести под углом (л/2 — а) к напряжению
счет положительных углов по часовой стрелке. Из рис. 1.36 следует,
что с изменением положения U® смещается и линия нулевой чув-
ствительности, не выходя за зону, обозначенную цифрой 3. При
этом в любом случае ток Z •'' и напряжение попадают в зону, огра-
ниченную линией нулевой чувствительности, т. е. в зону срабатыва-
ния, и реле 2 срабатывает.
4. Определим поведение реле 3, включенного на ток // и на-
пряжение U%. Для этого реле на рис. 1.37 показана векторная диаг-
рамма, взятая из рис. 1.35, в, и обозначено возможное положение
линий нулевой чувствительности. И для этого реле ток и напря-
жение U / располагаются в зоне, ограниченной линиями нулевой
чувствительности. Поэтому реле четко срабатывает.
84
рис. 1.37. Анализ поведения реле
направления мощности при двух-
фазном КЗ между фазами В и С.
реле включено на ток /*2) =
и напряжение (7^* = U % (к при-
меру 1.28)
1.29
В примере 1.28 рассмотрена токовая направленная защита с реле
направления мощности смешанного типа, включенным по 90-гра-
дусной схеме. Можно ли вместо этого реле использовать косинус-
ное реле с зоной срабатывания —л/2 < ср < л/2 (угол а = 0)? К чему
это может привести, например, при КЗ между фазами В и С?
Ответ
Применять косинусное реле недопустимо, так как это может при-
вести к отказам или неправильным срабатываниям защиты. Наиболь-
шая вероятность такого поведения у реле, включенного на ток фазы В
(1г 1 = /?)• Как следует из рис. 1.38, при близких КЗ и преобладании
активного сопротивления реле может отказать в действии, поскольку в
этом случае угол <р между и напряжением U может достигать л/2.
При удаленных КЗ реле может подействовать неправильно, так как
вектор тока может располагаться как в зоне срабатывания (общей
Для тока и напряжения), так и за ее пределами (вектор тока выходит за
Линию нулевой чувствительности). В последнем случае реле ведет себя
Неправильно (см. рис. 1.38). Можно показать, что реле, включенное на
ток фазы С (/'2) = / (( )), может отказывать при близких КЗ.
85
Рис. 1.38. Анализ поведения реле направления мощности
(к примеру 1.29)
1.30
В сети (рис. 1.39) на линиях установлены токовые направленные
защиты Л1 и А2, выполненные по схеме полной звезды с включением
реле направления мощности на полные токи и напряжения фаз по 90-
градусной схеме (например, ток / а, напряжение U hc). Зона срабатыва-
ния реле характеризуется выражением — (л/2 + ос) < <рр < (л/2 — ос).
Определить поведение всех трех реле защиты А1 и А2 при КЗ между
фазами Ви Св удаленной точке К(2) за трансформатором с соедине-
нием обмоток Y/A-l 1. Трансформатор подключен к шинам мощной
подстанции. Очевидно, реле не должны срабатывать, так как мощ-
ность КЗ направлена к шинам.
Решение
При решении будут ссылки на пример 1.28, поэтому предвари-
тельно необходимо познакомиться с этим примером. Для оценки
поведения реле мощности при КЗ в точке К(2) за трансформатором
необходимо иметь векторные диаграммы токов и напряжений в ме-
сте установки защит А1 и А2. Поскольку обмотки трансформатора
86
I
Рис. 1.39. Схема электрической сети (к примеру 1.30)
соединены по схеме Y/A-l 1, эти векторные диаграммы будут отли-
чаться от векторных диаграмм токов и напряжений со стороны
повреждения. Последние обоснованы и построены в примере 1.28
(см. рис. 1.34 и 1.35). Воспользуемся этими результатами.
1. Построим векторную диаграмму токов со стороны звезды транс-
форматора. Известно, что при группе соединения Y/Д-11 и перехо-
де со стороны треугольника на сторону звезды составляющие пря-
мой последовательности тока и напряжения сдвигаются на угол л/6
по часовой стрелке, а составляющие обратной последовательности —
на тот же угол против часовой стрелки [30]. На рис. 1.35, а даны
векторные диаграммы прямой и обратной последовательностей
Фазных токов в месте повреждения, в нашем случае в точке К(2}
(см. рис. 1.39). Повернув их на указанный выше угол, получим вектор-
ные диаграммы со стороны звезды трансформатора (рис. 1.40, а).
Сложив токи прямой и обратной последовательностей, получим
Полные фазные токи. Векторная диаграмма этих токов показана на
Рис. 1.40, б. Она соответствует чисто активному сопротивлению кон-
ура КЗ. При индуктивном сопротивлении она смещается на угол
V2 по часовой стрелке (см. пример 1.28, рис. 1.35, б). На рис. 1.40, б
Указаны зоны, обозначенные цифрой 7, в пределах которых могут
Располагаться векторы полных фазных токов при различных соот-
ношениях между активными и индуктивными сопротивлениями.
87
Рис. 1.40. Векторная диаграмма токов и напряжений;
анализ поведения реле направления мощности
(к примеру 1.30)
2. Построим векторные диаграммы напряжения на шинах под-
станции. Симметричные составляющие напряжений в точке КЗ по-
казаны на рис. 1.34, а. При переходе на сторону звезды трансформа-
тора со схемой соединения Y/A-l 1 их, как и токи, следует повернуть
в соответствующую сторону на угол л/6. Но при этом необходимо
учесть увеличение напряжения прямой последовательности и сни-
жение напряжения обратной последовательности за счет падений
напряжения на сопротивлении поврежденной линии и трансфор-
матора от токов прямой и обратной последовательностей. В связи с
этим при удаленном КЗ и питании трансформатора от мощной си-
стемы значение напряжения прямой последовательности со сторо-
ны звезды приближается к фазному напряжению, а значение напря-
жения обратной последовательности — к нулю. Поэтому полные
88
фазные напряжения со стороны звезды, как и напряжения пря-
мой последовательности, оказываются сдвинутыми на угол л/6
тНосительно напряжения прямой последовательности в точке КЗ
(рис. 1-40, в).
3. Анализ поведения реле мощности защиты А1 и А2. Совмещенная
векторная диаграмма полных токов и напряжений дана на рис. 1.40, г.
Необходимо подчеркнуть, что здесь указаны полные фазные токи,
проходящие в цепи трансформатора со стороны обмотки, соеди-
ненной в звезду, т. е. через выключатель Q3. Поэтому векторная
диаграмма позволяет проверить поведение реле мощности, если их
включить на эти токи. Реле при этом должны четко сработать, так
как мощность КЗ направлена от шин через трансформатор к точке
повреждения (указана стрелкой). Однако, как следует из векторной
т СА t (2)
диаграммы, реле, включенные на токи £и и £ь , могут отказать, так
как токи могут выйти за пределы зон, ограниченных линиями нуле-
вой чувствительности, обозначенных соответственно цифрами I и II.
Они проведены под углом (л/2 — ос) к вектору напряжения, подво-
димого к реле (например, к U для реле с током £ :/') (см. пример
1.27). Это дает возможность заключить, что реле, включенные на
токи этих фаз, но проходящие через места установки защиты А1 и
А2, могут при этом сработать, разрешая неправильное действие за-
щит. На векторной диаграмме векторы этих токов смещаются на
угол л относительно векторов токов £\ 'и £h в цепи трансформато-
ра, так как мощности КЗ у места установки защит А1 и А2 направле-
ны к шинам. Как следует из рис. 1.40, г, реле, включенное на ток
г (Э)
Li, действует правильно, оно срабатывает. Его линия чувствительно-
сти обозначена цифрой III.
1.31
Для токовой направленной защиты линии напряжением ИО кВ
использовано индукционное реле направления мощности с враща-
ющим моментом
М — kU I cos(<p + л/4).
вр р р '
Реле включено по 90-градусной схеме. В этом случае при трех-
фазном КЗ вблизи места установки защиты (в пределах мертвой
Юны) реле отказывает в действии из-за того, что напряжение, под-
водимое к реле U, оказывается меньше значения минимального
89
ЕСр В
Рис. 1.41. Вольтамперная ха-
рактеристика реле направле-
ния мощности (к приме-
ру 1-31)
Рис. 1.42. Векторная диаграмма токов
и напряжений (к примеру 1.31)
напряжения срабатывания Uc in. Как следует из вольтамперной ха-
рактеристики реле, построенной при угле максимальной чувстви-
тельности <рртахч (рис. 1.41), напряжение 17 min при значительных
токах остается практически неизменным. Его можно принять рав-
ным 0,5 В. На рис. 1.42 дана векторная диаграмма тока /' ' и напря-
жения U$, подводимых к реле. Угол между током и напряжени-
ем U'определяется сопротивлением линии. В нашем случае он
равен <рл = л/3, тогда угол ф = —л/6 (положительным считается угол
при отстающем от напряжения токе). Необходимо определить дли-
ну мертвой зоны реле /м з, если ток КЗ на границе мертвой зоны
= 5,8 кА, погонное сопротивление линии Z пг = 0,4 Ом/км, ко-
эффициент трансформации трансформатора напряжения Ки = 1100.
Решение
Выражение для определения мертвой зоны можно взять из [1]:
ZM.3 = ^^c.pmin/[>/3/^Zlnn cos((pp +а) =
= 1100-0,5/[V3 • 5800 • 0,4 cos (-л/6 + тт/4)] = 0,143 = 0,143 км.
1.32
В сети с двусторонним питанием будет установлена максималь'
ная токовая направленная защита с независимой выдержкой време-
ни на линиях Л 1...ЛЗ (рис. 1.43). Необходимо:
90
Рис. 1.43. Схема электрической сети
(к примерам 1.32, 1.33)
1. Выбрать выдержки времени /р ..., /6 защит А1...А6.
2. Указать защиты, для которых необходимы органы направле-
ния мощности.
Источники питания защищены быстродействующими защитами.
Их время срабатывания t — О. Ступень селективности ДГ = 0,5 с. Време-
на срабатывания защит, отходящих от шин линий /... Р77/, указаны ниже:
f ................... О 0/ 6// От С ^7 С// 07//
Значение /, с....... 1,5 2 3,5 1,5 4 2,5 3 1
Дополнительные вопросы
1. Как ликвидируются КЗ в точках:
а) К-,
б) К2?
В каких защитах приходит в действие реле времени? Какие за-
щиты срабатывают и отключают выключатели?
2. Какими недостатками по сравнению с выбранной будет обла-
дать защита, если уменьшить на 0,5 с время:
а) защиты А4;
б) защиты А6?
3. Какими недостатками по сравнению с выбранной будет обла-
дать защита, если увеличить на 0,5 с время:
а) защиты А2;
б) защиты А 4?
4. Какими недостатками по сравнению с выбранной будет обла-
дать защита, если защиту А4 сделать ненаправленной, не меняя бо-
лее ничего?
5. Какие из защит дополнительно можно сделать ненаправлен-
ными, сохранив их селективность? Укажите недостатки, которые
Приобретает при этом защита сети
91
Ответы
Даны в табл. 1.32.
Таблица 1.32
Выбранная выдержка времени, с /1 = 5; t2 = 2,5; /3 = 4,5; /4 = 4; t5 = 3,5; tb = 4,5
Защиты, для которых необходимы органы направления мощности А2, А4, А5
Дополнительные вопросы 1а, при КЗ в точке Начинают действовать реле времени защит Al, АЗ, А4, А6
Срабатывают защиты и отключают выключатели АЗ, А4
16, при КЗ в точке К2 Начинают действовать реле времени защиты А1, АЗ, А6
Срабатывают защиты и отключают выключатели АЗ, А6
2а При КЗ за выключателем Q9 Неселективное действие защиты А4
26 При КЗ за выключателем Q4 и Q11 Неселективное действие защиты Аб
За Увеличивается время ликвидации КЗ на линии Л1 При увеличении времени t2 защиты А2
36 Увеличивается время ликвидации КЗ на линии Л2 и неселективное действие защиты А 6 При увеличении времени / защиты А4
4 При КЗ за выключателем Q11 Неселективное действие защиты А4
5 А4 при этом: t4 — 4,5 с; /6 = 5 с; или А5 при этом: t5 = 4,5 с; t3 = 5 с; = 5,5 с. И в том, и в другом случае увеличивается время ликвидации КЗ Защиту, которую мож- но сделать ненаправ- ленной при изменении времени срабатывания /, с
92
1.33
В сети, изображенной на рис. 1.43, установлены максимальные
токовые направленные защиты AI...A6 с независимой выдержкой
времени.
Определить:
1. Условие выбора выдержки времени /. защиты АЗ:
а) при наличии органа направления мощности;
б) при отсутствии органа направления мощности.
2. Случаи, требующие установки органа направления мощности
в защите А1.
3. Случаи, когда выдержка времени tx защиты /17 должна быть
меньше времени /2 защиты А2.
4. Условие, при котором зашиты АЗ и А4 можно выполнять без
органов направления мощности.
5. Условия, при которых защиты А2 и А5 можно выполнять без
токовых пусковых органов.
Решение
1. Выдержку времени Л:
а) при наличии органа направления мощности принимают рав-
ной большему из трех значений:
/3 > + Д/; r3 > tvl + Д/; /3 > t5 + дг;
б) при отсутствии органа направления мощности принимают
равной большему из следующих значений:
г3 > /5 + ДГ; /3 > tv + Д7; /3 > tvl + Д/;
/3 > Г, + Д/; /3 > tm + Д/; /3 > tlv + ДГ.
2. Орган направления мощности в защите /17 должен быть уста-
новлен, если /j < tt или < tir
3. Условие /, < t должно выполняться в том случае, когда выдер-
времени защиты хотя бы одного из присоединений 7 или II
°льще наибольшей из выдержек времени t, Г и t[v., а защита /17
имеет орган направления мощности.
4. Без органов направления мощности зашиты АЗ и А4 можно
Мполнять при условии t3 = /4.
е У Защиты А2 и А5 могут не иметь токовых пусковых органов,
и Через место из установки во всех возможных режимах нор-
93
мальной работы мощность направлена от линии к шинам, а защита
снабжена специальной блокировкой, предотвращающей возможность
неправильного срабатывания органа направления мощности при
нарушении цепей напряжения.
1.34
В кольцевой сети напряжением 35 кВ (рис. 1.44) предполагается
установить максимальные токовые направленные защиты с незави-
симой выдержкой времени А1...А6. Необходимо выбрать выдержки
времени ..., Z6, токи срабатывания ..., и указать защиты,
для которых необходимы органы направления мощности. Принять
коэффициент отстройки = 1,2, коэффициент возврата кь — 0,8,
коэффициент самозапуска ксм = 1, ступень селективности А/ = 0,5 с,
погонные сопротивления всех линий одинаковы. Остальные дан-
ные указаны в табл. 1.33.
Рис. 1.44. Схема электрической сети
(к примерам 1.34, 1.35)
94
Таблица 133
Выдержки времени защит линий, с Токи нагрузки линий, А Длина линий кольца, км
J II III / II III Л1 Л2 ЛЗ
[ 2 1 1 200 200 100 3 5 2
Выбранные токи срабатывания должны быть согласованы между
собой так, чтобы выполнялись следующие соотношения:
HI т ш г ш .
с.з 2 * с.з 4 1 с.з 6 ?
/Я Till Till
с.з 5 1 с.з 3 1 с.з 1 ’
1. Выберем выдержки времени по встречно-ступенчатому прин-
ципу [1]. Для получения минимального времени срабатывания за-
щит А2 и А5 их необходимо снабдить органом направления мощности.
В этом случае выдержки времени и t можно принять равными
нулю, так как в нормальном режиме и при КЗ на элементах вне
кольца мощность у места установки этих защит направлена к ши-
нам и реле мощности не разрешают защитам срабатывать. Они бу-
дут срабатывать только при повреждении линии Л1 (защита А2) и
линии ЛЗ (защита А5). Выдержки времени других защит = 2 с,
2. Определим защиты, требующие установки органа направле-
ния мощности. Защиты АЗ и А4 имеют одинаковые выдержки вре-
мени. В таких случаях селективность обеспечивается и без органа
Направления мощности. Нет необходимости в нем и у защит AI и
Аб. В этом нетрудно убедиться, рассматривая поведение защит при
КЗ в различных точках сети. Таким образом, органы направления
:°Щности предусматриваем только в защитах А2 и А5.
Т Определяем токи срабатывания защит. Для этого необходимо
^Пать гоки в линиях при отключении одной из линий Л1 или ЛЗ, когда
^РУгой линии будет проходить суммарный ток нагрузок линий If и If I,
' е- 300 А. Это и есть максимальный рабочий ток / б11Г1Х, от которого
Иб ^Х0Димо отстроиться при выборе тока срабатывания защит AI и
*°к срабатывания определяется по известной формуле
95
Используя данные примера, получим
in
С.З 1
///
с.з 6
= 1,2 • 1 • 300/0,8 = 450 А.
Максимальный рабочий ток в линии Л2 будет при отключении
линии Л1. При этом по линии Л2 проходит ток, равный току 200 А
(ток нагрузки линии II), который следует использовать при выборе
тока срабатывания защит АЗ и А4\
= I11' =1,2 1-200/0,8 = 300 А.
Если бы защита АЗ имела орган направления мощности, то ее
можно было бы не отстраивать от этого тока. Расчетным для нее
был бы ток, проходящий по линии Л2 при отключении линии ЛЗ.
Он равен 100 А (ток нагрузки линии III). Теперь о защитах А2 и А5.
Как уже отмечалось, орган направления мощности разрешает сра-
батывать защите только при КЗ на защищаемой линии. Поэтому у
этих защит можно вообще отказаться от токового пускового органа,
т. е. принять их токи срабатывания равными нулю. Однако при этом
возможно срабатывание защиты в нормальном режиме за счет пере-
ориентации органа направления мощности вследствие нарушения
цепей напряжения, например перегорания части предохранителей
трансформатора напряжения. Поэтому отказываться от токового
пускового органа не рекомендуется, а ток срабатывания защит Л2и
ЛЛдопустимо определять по рабочему току
нормального режима (все линии включе-
ны). Для этого режима нам необходимо
знать токи в линиях Л1 и ЛЗ. С этой це-
лью преобразуем треугольник, образован-
ный линиями Л1, Л2, ЛЗ, в звезду [30].
Поскольку погонные сопротивления всех
линий одинаковы, можно при определе-
нии сопротивлений А', Xv Х3 в качестве
сопротивления линий Х[П, Xt_in и Хп^щ
использовать их длину (рис. 1.45):
X, = Х,_„ Х^,„/(Х,_„ + х,_,н + =
= 3 • 2/(3 + 2 + 5) = 0,6;
Рис. 1.45. Определение токораспределения р
электрической сети на рис. 1.46 (к примеру 1
%
^2 ^l-Il
^l—ш
+ = 3 5/(3 + 2 +5) = 1,5;
/-///
^Ц-llJ^l-ll ^l-HI
+ X„_lll) = 2- 5/(3 + 2 + 5)= 1.
Ток в линии Л1
/, = (300%, + 2ОО%2)/%7
Поэтому ток срабатывания зашиты А2
,_// = (300 0,6 + 200-1,5)/3 = 160 А.
= 1,2-1-160/0,8 = 240 А.
Ток в линии ЛЗ
/3 = (300%, + 100%,)/%^^ = (300 • 0,6 + 100 1)/2 = 140 А
и ток срабатывания защиты AS
//" =1,2-1-140/0,8 = 210 А.
Требования согласования чувствительности защит смежных уча-
стков выполняются. В самом деле:
г II! I /// j /// г III т III j III
* с.з 2 с.з 4 * с.з6 и * с.з5 ' с.зЗ с.з 1 ’
1.35
Для условий, указанных в примере 1.34 (см. рис. 1.44), необхо-
димо определить коэффициенты чувствительности защит А 1...А6 и
зоны каскадного действия //", и /'"5. Принять ток в месте двухфаз-
ного короткого замыкания при повреждении в любой точке сети
Равным 2 кА.
Защиты выполнены по схеме неполной звезды, для которой
=*<” = !.
tx сх
Решение
Для определения коэффициента чувствительности и зон каскад-
ного действия необходимо знать токи срабатывания защит. Они взяты
Из примера 1.34 и представлены в табл. 1.34.
1. Определим коэффициенты чувствительности. У защит А2 и AS
31,1 коэффициенты к 2(к, ) < 1, так как при КЗ в точке К (конца
3аЩищаемых зон) ток по кольцу не проходит и защиты не срабатыва-
*°т- Они имеют зоны каскадного действия соответственно ///, и Г1'^
97
Таблица 1.34
— _ Токи срабатывания защит, А
А1 А2 АЗ А4 А5 А6
1т 1 с.з 1 Гп ^с.з 2 I1" 1 с.з 3 7 с.з 4 I"' * с.з 5 гШ * с.з Ь
450 240 300 300 210 450
(см. рис. 1.44). Для определения коэффициентов чувствительности
защит А1, АЗ, А4 и Аб необходимо найти токи в линиях Л 1...ЛЗ при
КЗ в точках К2 и Ку По условию ток в точке повреждения равен 2 кА.
Этот ток при КЗ в точке К2 распределяется между линией Л1 и
соединенными последовательно линиями Л2 и ЛЗ. При этом ток в
линии Л1 равен
Ап (Xj-iff Xi-ш Хц-ni
и в линиях Л2 и ЛЗ
А12 Аз ^1-ш + Хц-щ
Поскольку погонные сопротивления линий одинаковы, при на-
хождении токов в линиях можно использовать значения их дли-
ны. Тогда
Л1
(2 + 5)2000
= z- f -- = 1400 А,
2 + 5 + 3
, . 3-2000 А
/лг = /лэ = 275П = 6°0А.
При КЗ в точке К3
А. = А, = 400 А; /_, = 1600 А.
J 1 *. W 1 Xr J 1
Коэффициент чувствительности защиты А1 (КЗ в точке К,)
= /л|//“, = 1400/450 = 3,1
и защиты А6 (КЗ в точке /Q
*,6 = /л5///" =1600/450 = 3,55.
Коэффициент чувствительности защиты АЗ определяют по току,
проходящему по линии Л2 при КЗ в точке К3:
400/300 = 1,33,
98
а защиты A4 по току в линии Л2 при КЗ в точке К,
= M'"'4 = 600/300 = 2.
Защиты А1, А4, А6 имеют достаточную чувствительность (А > 1,5).
2. Определяем длину зон каскадного действия защит А2 и А5.
При КЗ на границы зоны каскадного действия ток у места установ-
ки защиты равен ее току срабатывания, а ток в точке КЗ по условию
равен / — 2 кА. Для защиты А2 этот ток распределяется между па-
раллельными ветвями и |
установки защиты А2 (см. п. 1)
+ /3 . Тогда ток у места
= ini _/Ш f /Г/, .in \ , , Л
Л1 'с.12 ~ \м.з2 7 к/Lv1 ;м-з2/+‘2 +‘3 J’
ИЛИ
240 = /'",-2000/(10-/'",).
После преобразования получим:
2240/'", = 2400; /"', = 2400/2240 = 1,08 км; /"{, = 0,35/.
Для защиты А5
/"'5= 0,95 км; /'"5 = 0,475/.
1.36
На линии с двусторонним питанием напряжением ПО кВ уста-
новлены токовые отсечки А1 и А2 без выдержки времени от между-
фазных КЗ (рис. 1.46). Выбрать токи срабатывания отсечек// । и /с'3,
и определить их защищаемые зоны /'/ и / '2, а также обосновать,
Рис. 1.46. Схема электрической сети (к примеру 1.36)
99
если в этом будет необходимость, целесообразность выполне-
ния одной из отсечек с органом направления мощности. При-
нять Хс1 — 10 Ом; = 25 Ом, погонное сопротивление линии
X г = 0,4 Ом/км, ее длину / = 50 км и коэффициент отстройки
к^с = 1,2. Сопротивления обратной последовательности равны со-
противлениям прямой последовательности.
Решение
1. Выберем токи срабатывания. Для этого необходимо знать токи,
проходящие по защищаемой линии при трехфазных КЗ в точках К
и Кг Повреждение в точке
(з) = = 110 = 1 41 кА
К1 *с2+*я а/3(25 + 50 0,4) ’
Повреждение в точке
к 2
НО
73(10 + 50-0,4)
= 2,1 кА.
Если и А1, и А2 не имеют органов направления мощности, то их
токи срабатывания должны быть выбраны так, чтобы исключить
срабатывания отсечек как при КЗ в точке так и в точке Кг Это
выполняется, если принять
= С /‘3Ь 1,2-2,1 = 2,52 кА.
2. Определим защищаемые зоны С/ и /^2. Для защиты А1 вос-
пользуемся выражением из примера 1.14. При трехфазном КЗ
= 37,5 км.
При двухфазном КЗ
0,865-50-
(1,2 -0,865)10
ОД
= 29 км.
100
Эти выражения можно было использовать для определения 1‘А
защиты А2, если бы ее ток срабатывания отстраивался не от тока
I (к32, а от тока / Но это возможно при наличии у отсечки А2 орга-
на направления мощности. При этом в указанные выражения вмес-
то Л' следует ввести X- = 25 Ом. В этом случае защищаемые зоны
защиты А2 при трехфазном КЗ 1'А2 = 31,25 км, при двухфазном КЗ
1'А2 ~ 18,54 км. При отсутствии органа направления мощности ток
срабатывания, как отмечалось выше,
' с.з 2 '''отс 1 к 2
Он должен быть равен току в
--------7------, т. е.
защите при КЗ в конце зоны 1'А2,
отс
.|+/^
ф
с 2 +
Или
+ /*пг-1,2Ус2)
1,2%пг
10 + 50 0,4 -1,2 -25
1,2 0,4
Таким образом, при отсутствии органа направления мощности
защита А2 не может быть использована, поскольку ее защищаемая
зона окажется равной нулю.
1.37
В примере 1.36 учесть возможность нарушения синхронной ра-
боты генераторов и уточнить в связи с этим токи срабатывания от-
сечек А1 и А2.
Решение
1. Определим максимальный уравнительный ток /урп1ах в линии
при асинхронной работе генераторов [1]
т = 2ЕФ 2 ’110/^ = 2 3 кА.
ypmax Х,+Х 1 + Х . 10 + 0.4^50725
л с J т Л пг * т д с 2
101
Этот ток оказался больше наибольшего тока внешнего КЗ
равного 2,1 кА.
2. Уточним токи срабатывания отсечек А1 и А2. При асинхрон-
ной работе генераторов, как и при внешних КЗ, отсечки работать не
должны, но при асинхронном режиме органы направления мощно-
сти могут срабатывать неправильно. Поэтому если определяющим
при выборе тока срабатывания является уравнительный ток / m
(как в нашем случае), то отсечки выполняют ненаправленными. В этом
случае
I1 = I' = к' /
1 с.з 1 * с.з 2 ^отс1 ур шах
1,2 -2,3 = 2,76 кА.
В примере 1.36 Цл1 = 2,52 кА, но, учитывая асинхронный ре-
жим, его следует принять равным 2,76 кА. При этом несколько умень-
шатся защищаемые зоны защиты А1. Как следует из решения при-
мера 1.36, защита А2 уже при токе срабатывания /с;з2 =2,52 кА не
защищает линию, ее защищаемая зона 1'А2 = 0. Тем более она ока-
жется нечувствительной при токе срабатывания, равном 2,76 кА. Из
сказанного выше следует, что устанавливать токовую отсечку А2 нет
смысла.
1.38
На линии Л2 (рис. 1.47) напряжением Ю кВ установлена мак-
симальная токовая защита Л2, использующая индукционное реле
РТ-81/1. Ток срабатывания защиты //" =80 А. Принятая времято-
ковая характеристика реле имеет в независимой части г/" =0,5 с
(характеристика / на рис. 1.48). Необходимо проверить возможность
использования в защите А1 линии Л1 микропроцессорного комп-
лектного устройства SPAC 801.01 с характеристиками выдержек вре-
мени третьей ступени защиты: «нормальной» (а = 0,02, £ — 0,14);
«экстремальной» (а = 2, 0 = 80) [28]. Ток срабатывания третьей
ступени защиты принято обозначать как I >, т. е. / >= //" = 100 А-
Характеристики «нормальная» и «экстремальная» изображены на
рис. 1.7, а и 1.8, а.
Л1
17=10 кВ
/О)
-*к.вн.тах
Рис. 1.47. Схема сети на-
пряжением 10 кВ (к при-
меру 1.38)
102
Рис. 1.48. Защитные характери-
стики:
/ — реле РТ-81/1; 2 — расчетная
«нормальная» и 3 — расчетная «эк-
стремальная» устройства SPAC
801.01; 4 — типовая «нормальная»
SPAC 801.01 для временнбго коэф-
фициента к = 0,3 (к примеру 1.38)
Максимальный ток внешнего КЗ (повреждение в точке К1-') ра-
вен /£>н тах = 400 А.
Решение
Необходимо обеспечить селективное действие защит при КЗ в
точке
1. Определим время срабатывания защиты А2. Для нее кратность
тока Ir ,’н тах// 2 = 400/80 = 5. При такой кратности время срабаты-
вания защиты //" =0,5 с (см. рис. 1.48, характеристика 7).
Для выбора характеристики устройства SPAC 801.01 защиты А1
необходимо знать значение временнбго коэффициента к (см. рис. 1.7
и 1.8).
Из формулы (1.5)
к = t"'
К 1с.з1
r(3) ll'"^
1 к.вн max / * с.з 1 /
(1.6)
Здесь t , — время срабатывания защиты А7 при КЗ в точке К(3). Это
время должно быть на ступень селективности Д/ больше времени
~ 0,5 с. Для защиты А1 Ы = 0,3 с, а ее время срабатывания
= //" + дг = 0,5 + 0,3 = 0,8 с. С таким временем защита должна
срабатывать при кратности 7 тах//СЛ| = 400/100 = 4.
В этом случае временные коэффициенты:
для «нормальной» характеристики к = 0,8(4°'02 — 1 )/0,14 = 0,16 с,
для «экстремальной» характеристики к = 0,8(42 — 1)/80 — 0,13 с.
103
С такими коэффициентами к характеристик нет (см. рис. 1.7, а
и 1.8, а}. Их необходимо рассчитать, используя выражение (1.5):
(1-7)
Результаты расчета для различной кратности тока представлены
ниже:
Кратность 1К1....................... 2
Время срабатывания защиты , с
(с «нормальной» характеристикой) ... 1,6
Время срабатывания защиты с
(с «экстремальной» характеристикой).... 4
3 4
1 0,8
1,5 0,8
5 6 8 10
0,7 0,62 0,53 0,48
0,5 0,34 0,18 0,12
По вышеприведенным расчетным данным построены характе-
ристики: «нормальная» 2 и «экстремальная» 3 (см. рис. 1.48).
Из рис. 1.48 следует, что селективность между защитами А1 и А2
(защитная характеристика 7) обеспечивается только при использо-
вании в защите А1 расчетной «экстремальной» характеристики 3,
причем по мере удаления точки К(У> кратность тока оказывается
меньше 4 и ступень селективности возрастает. При повреждении на
защищаемой линии Л1 согласования между защитами не требуется,
но желательно быстрое отключение поврежденной линии, что и
обеспечивает защита А1 с «экстремальной» характеристикой.
Из анализа стандартных «нормальных» характеристик, изобра-
женных на рис. 1.7, а, следует, что в защите А1 можно использовать
«нормальную» характеристику, но с временным коэффициентом
к = 0,3 с. Эта характеристика изображена на рис. 1.48 пунктиром
(кривая 4). Она при всех кратностях располагается выше характери-
стики 1 защиты А2. Но она не обладает требуемым быстродействи-
ем при КЗ на защищаемой линии Л1.
1.39
На трансформаторе Т (рис. 1.49) с высшим напряжением 10 кВ,
мощностью 630 кВ А установлен предохранитель Гтипа ПКТ. Ли-
ния, питающая трансформатор, защищена максимальной токовой
защитой А с зависимым от тока временем срабатывания (третья сту-
пень) микропроцессорного комплектного устройства SPAC 801.01-
Выбрать защитную характеристику предохранителя (/всном) и «нор-
мальную» (ос = 0,02, р = 0,14, см. рис. 1.7, а) времятоковую характе-
104
Рис. 1.49. Схема элект-
рической цепи (к при-
меру 1.39)
ИГГ
С=10 кВ
г(2)
ристику устройства SPAC 801.01, обеспечивающие селективное от-
ключение трансформатора при коротком замыкании в точке К1 [28]
Ток двухфазного КЗ / (2) = 700 А.
Решение
1. Определим номинальный ток плавкой вставки I предох-
ранителя F/ = \А1
г ВС. ном ’ т.ном
Номинальный ток трансформатора Т
ftjm = = 630/Д • 10 = 36 А;
ВС. НОМ
= 1,4-36 = 50 А.
Из рис. 1.10 выбираем характеристику с Z = 50 А и изобра-
жаем ее на рис. 1.50 (кривая /).
Время перегорания плавкой вставки при КЗ в точке К(2} необхо-
димо определить с учетом погрешности, равной ±20%, т.е. при токе
/рсч = 0,8/<2). В нашем случае /рсч = 0,8 • 700 = 560 А.
Рис. 1.50. Защитные ха-
рактеристики:
1 — предохранителя ПК Г;
2 — устройства SPAC 801 01
(к примеру 1.39)
105
Из рис. 1.50 (кривая 7) следует, что при этом токе плавкая вставка
перегорит за время t = 0,2 с.
2. Определим «нормальную» времятоковую характеристику тре-
тьей ступени устройства SPAC 801.01.
При коротком замыкании в точке Ка) время срабатывания за-
щиты /Сз должно быть на ступень селективности А/ = 0,3 с больше
времени / — 0,2 с, т. е.
tc‘ =/пр + А/= 0,2 + 0,3 = 0,5 с.
Ток срабатывания защиты , как и для аналоговой максималь-
ной токовой защиты, определяют по выражению
/// _£///£ г /л . 1.11/ -1 !• / = I г
с.з '''отс '''сзп 1 раб max / '''в ’ ^отс Ъ м сзп 1 ’ 1 5
к = 0,96; I fi „ = 7 + I = 36 + 53 = 89 А.
в ’ 5 раб max т.ном н
Z >= Ц" = 1,11,1- 89/0,96 = 112 А, а кратность
/И//“ = 560/112 = 5.
Для выбора характеристики (см. рис. 1.7, а) необходимо знать
значение временного коэффициента к. В соответствии с выражени-
ем (1.6) из примера (1.38)
к = С [(/?//"')“ -1]/₽ = 0,5(5"“ -1)/0,14 = 0,12 с.
На рис. 1.7, а для такого коэффициента характеристики нет.
Поэтому рассчитаем и построим ее для различных кратностей (/к/),
используя выражение (1.7) из примера 1.38.
Результаты расчета приведены ниже:
Ток 7к, А........................ 224 336 448 560
Кратность ill1"................... 2 3 4 5
Время срабатывания tlJ’ с........ 1,2 0,8 0,6 0,5
Характеристика построена на рис. 1.50 (кривая 2). Сравнивая ее
с характеристикой 7 предохранителя, можно сделать вывод, что селек-
тивность обеспечивается только при КЗ в точке КУг\ Однако при
повреждении в трансформаторе кратность тока уменьшается и се-
лективность не обеспечивается. Из рис. 1.7, я следует, что селектив-
106
ного действия можно добиться, если принять стандартную характе-
ристику с завышением коэффициента к, равным 0,2 с.
1.40
Для условий примера 1.39 проверить возможность использова-
ния в защите А микропроцессорного комплектного устройства SPAC
801.01 с временными характеристиками (см. рис. 1.8) [28]:
а) «очень зависимой» (сс = I, р — 13,5);
б) «экстремальной» (ос = 2, р — 80).
Решение
Используя порядок расчета «нормальной» характеристики, при-
нятый в примере 1.39, определены «очень зависимая» и «экстремаль-
ная» характеристики. Результаты расчета даны в табл. 1.35. В нее вклю-
чены и параметры защитной характеристики предохранителя ПКТ
с номинальным током плавкой вставки / = 50 А.
вс. ном
Таблица 1.35
Параметры Кратность /K//Jv Характеристи ка
2 3 4 5
t"1 с 'с.з > v 2 1 0,67 0,5 «Очень зависимая»
t"', С 4 1,5 0,8 0,5 «Экстремал ьная»
/ , с пр’ 3 0,8 0,4 0,2 Предохранителя ПКТ
Из анализа табл. 1.35 можно сделать вывод, что селективность
между защитой и предохранителем обеспечивается, если в защите
SPAC 801.01 использовать расчетную «экстремальную» характерис-
тику.
ГЛАВА 2
ЗАЩИТА ЛИНИЙ В СЕТЯХ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1 КВ
ПЛАВКИМИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЯМИ И РАСЦЕПИТЕЛЯМИ
АВТОМАТИЧЕСКИХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ
Наиболее распространенной электрической сетью напряжением
до I кВ является четырехпроводная сеть с глухозаземленной нейт-
ралью. В такой сети основными видами повреждения являются ко-
роткие замыкания (КЗ) между фазами и отдельных фаз на землю.
Следует заметить, что токи однофазного короткого замыкания
оказываются значительно меньше токов при трехфазных поврежде-
ниях. Так, исследования, выполненные нами на ряде промышлен-
ных предприятий, показали, что для всех практических случаев от-
ношение = 2,8...3,3.
Характерным для сетей напряжением до 1 кВ является более
резкий, чем в сетях высокого напряжения, спад значений токов КЗ
по мере удаления места повреждения от источника питания, а так-
же необходимость учета активных сопротивлений всех элементов,
входящих в расчетную схему, и сопротивления дуги в месте повреж-
дения.
В соответствии с [2] электрическая сеть напряжением до 1 кВ
должна иметь быстродействующую защиту от токов КЗ, обеспечи-
вающую требуемую чувствительность и по возможности селектив-
ное отключение поврежденного участка. Неселективное отключе-
ние допустимо в тех случаях, когда это не приводит к авариям, тя-
желым нарушениям технологического процесса, большим убыткам
или нарушению нормального обслуживания населения. В [2] опре-
делены сети, которые наряду с защитой от коротких замыканий дол-
жны иметь защиту от перегрузки.
Сети напряжением до 1 кВ выполняют в виде радиальных, маги-
стральных и смешанных схем с односторонним питанием. В таких
сетях основной защитой является токовая. Для ее выполнения ис-
пользуют плавкие предохранители, тепловые реле и автоматические
выключатели, снабженные устройствами токовой защиты (макси-
мальные расцепители).
108
В сетях с глухозаземленными нейтралями защиту от КЗ выпол-
няют трехфазной. Этим обеспечивается ее действие не только при
многофазных повреждениях, но и однофазных КЗ. В сетях с изоли-
рованными нейтралями трехфазной выполняют только защиту пре-
дохранителями.
2.1. Защита плавкими предохранителями
[Для обеспечения надежной работы предохранителя необходимо,
чтобы номинальный ток его отключения / ъ , был больше макси-
мального расчетного тока короткого замыкания / nnv, проходящего
в защищаемом элементе, а номинальное напряжение предохраните-
ля (/ ю. равно номинальному напряжению сети U., в котором он
установлен, т. е.
пр.откл
и U = U.
к max пр.ном с
(2.1)
Плавкая вставка предохранителя выполняет функции простей-
шей токовой защиты с зависимой выдержкой времени. Ее парамет-
ром является номинальный ток / ( М. Выбранная плавкая вставка
должна удовлетворять следующим требованиям 11]:
вс. ном — отс 1 раб max
(первое условие);
(второе условие);
(2-2)
ВС. ном
< Лтт/(10-15) (третье условие),
где / .тах — максимальный рабочий ток, проходящий через предох-
ранитель; Аотс = 1,1... 1,25 — коэффициент отстройки.
Ток кратковременной перегрузки / принимают большим из
двух значений рассчитанных:
• для случая пуска наиболее мощного электродвигателя и режи-
ма нормальной работы всех остальных потребителей, подключен-
ных к защищаемой линии:
(2.3)
• для режима самозапуска оставшихся в работе электродвигате-
лей, возникающего после отключения поврежденного потребителя:
(2.4)
109
л-1
где У /раб тах — сумма максимальных рабочих токов всех потребите-
।
лей, присоединенных к защищаемой линии без учета электродвига-
теля с наибольшим пусковым током /пскпю ; У /|СК — сумма пуско-
вых токов самозапускающихся электродвигателей; п — число потре-
бителей; т — число самозапускающихся электродвигателей; кс —
коэффициент спроса, кс < 1.
В зависимости от характера нагрузки и необходимости самоза-
пуска номинальный ток плавкой вставки выбирают по первому или
второму условию (2.2), принимают ближайшее большее значение
по шкале стандарта токов и проверяют по третьему условию при
наличии в защищаемой сети магнитных пускателей или контакто-
ров. Невыполнение этого требования может привести к отключе-
нию магнитных пускателей и контакторов из-за снижения напря-
жения при КЗ.
К предохранителям, как и к другим устройствам защиты, предъяв-
ляют следующие требования чувствительности [1,2].
1. Номинальный ток плавкой вставки должен быть, по крайней
мере, в три раза меньше минимального тока КЗ в конце защищае-
мого участка /,niin; в сетях напряжением до 1 кВ с глухозаземленной
нейтралью расчетным при определении I, min является замыкание
между фазным и нулевым проводами.
2. Если предохранитель защищает сеть только от коротких за-
мыканий, то требования, изложенные в п. 1, не обязательны при
условии, что номинальный ток плавкой вставки не превышает дли-
тельно допустимого тока / п доп для защищаемого участка сети более
чем в три раза.
3 Для сетей, защищаемых от перегрузки, кроме требований, из-
ложенных в п. 1, должно выполняться условие I > к'1 ; коэф-
’ J дл.доп веном’
фициент к' определяется типом изоляции проводников и условия-
ми их эксплуатации. Для проводников с резиновой и аналогичной
по тепловым характеристикам изоляцией, проложенных во взрыво-
опасных производственных помещениях, к' = 1,25, в помещениях
невзрывоопасных к = I, для кабелей с бумажной изоляцией во всех
случаях к' — 1.
Для выполнения требований, изложенных в п. 3, часто увеличива-
ют сечения проводника, увеличивая тем самым его длительно допус-
тимый ток. Предохранитель, как и любое другое устройство защиты,
должен удовлетворять требованиям селективности. А это значит, что
НО
если в сети установлено несколько последовательно включенных
предохранителей, то при КЗ в какой-либо точке сети должен пе-
регореть ближайший к точке повреждения предохранитель. На ос-
новании длительной эксплуатации установлено, что фактическое
время отключения предохранителя / может отличаться от полу-
ченного по его защитной характеристике Д/пр — ±0,5/ . При этом
селективность при больших кратностях тока обеспечивается, если
1,5/(р, = 0,5/пр|, или / р1 > 3/ 2. Таким образом, для получения селек-
тивного действия последовательно включенных предохранителей не-
обходимо, чтобы при максимальном токе КЗ время отключения / ,
определенное по защитной характеристике предохранителя 77, бо-
лее удаленного от места повреждения, было не менее чем в три раза
больше времени отключения / , предохранителя 72, расположен-
ного вблизи точки короткого замыкания. Для разнотипных предох-
ранителей селективность следует проверять для всех токов цепи в
нормальном режиме и при коротких замыканиях.
Основными типами предохранителей напряжением до I кВ яв-
ляются: ПН2 и ПП17 — разборные с наполнителем, НПН — нераз-
борные с наполнителем. Находят применение и предохранители
ПР2 — разборные без наполнителя. В табл. 2.1 даны технические
параметры этих предохранителей, а на рис. 2.1 — защитные харак-
теристики.
Таблица 2.1
Тип пред охран ител я Номинальный ток, А
патрона предохранителя /пр ном плавкой вставки 7
ПН2 100 31,5; 40; 50; 63; 80; 100
250 80; 100; 125; 160; 200; 250
400 200; 250; 315; 355; 400
630 315; 400; 500; 630
ПП17 1000 500; 630; 800; 1000
НПН2 60 6; 10; 16; 20; 25; 32; 40; 63
ПР2 15 6; 10; 15
60 16; 20; 25; 35; 45; 60
100 60; 80; 100
200 100; 125; 160; 200
350 200; 235; 260; 300; 350
600 350; 430; 500; 600
1000 600; 700; 850; 1000
111
a) t,c
Рис. 2.1. Защитные
характеристики пре-
дохранителя ПН2
(сплошные линии)
и НПН (штриховые
линии (а) и ПП17
(б) (к задачам 2.7,
2.11, 2.21)
10
5
10
50 /,кА
2.2. Защита расцепителями
автоматических выключателей
В сетях напряжением до 1 кВ автоматические выключатели
являются устройствами защиты и коммутации. При КЗ и пере-
грузках выключатель отключается автоматически встроенным в
него устройством релейной защиты, входной воздействующей
величиной которого является ток. Это устройство называют мак-
симальным расцепителем и выполняют по-разному в зависимо-
сти от типа выключателя. Для этого используют тепловые, элек-
тромагнитные и полупроводниковые реле. Наша промышленность
выпускает автоматические выключатели разных типов, в том чис-
ле выключатели АЗ 100, А3700, «Электрон», ВА5000. Устройство
защиты выключателя — расцепитель характеризуется номиналь-
ным током / и, как любое устройство токовой зашиты, то-
ком срабатывания / и выдержкой времени t каждой ступени.
Номинальным током расцепителя называют наибольший ток,
длительное прохождение которого не вызывает срабатывания рас-
цепителя.
2.2.1. Автоматические выключатели
серии А3100
В эту серию входят автоматические выключатели типов АЗНО,
АЗ 120, АЗ 130, АЗ 140. Все они снабжаются нерегулируемыми в ус-
ловиях эксплуатации комбинированными (тепловыми и электро-
магнитными) расцепителями. Автоматический выключатель АЗ 160
имеет только тепловой расцепитель. Сведения о расцепителях даны
в табл. 2.2, а на рис. 2.2 показаны их защитные характеристики.
Пунктирной линией обозначена защитная характеристика тепло-
вого расцепителя выключателя АЗ 161. Зонами А, Б и В обозначе-
ны времена срабатывания электромагнитных расцепителей. Мак-
симальное время (зона В) не превышает 0,06 с. На характеристи-
ках указаны номинальные токи тепловых расцепителей. Из
характеристик следует, что отношение тока срабатывания элект-
ромагнитного расцепителя (токовой отсечки) /, к номинальному
току теплового расцепителя / ном для любого комбинированного
расцепителя автоматического выключателя АЗ ПО равно к 3 = 10.
Для автоматических выключателей АЗ 120, АЗ 130 и 31140 ксз = 8...28
и 7 соответственно.
113
Рис. 2.2. Защитные
a) f
г 30
20
3
Uh 10
5
S
S
ч 1
г 50
10
5
1
и 0,5
и
0,1
0,05
0,01
0,005
0,003
A3120 A3130 A3140
характеристики автома-
тических выключателей
АЗ 120, АЗ 130, АЗ 140 (а)
и АЗ НО (б). Пунктир-
ной линией обозначена
защитная характеристи-
ка выключателя АЗ 161
(к примерам 2.12, 2.13,
2.14, 2.16, 2.21)
15 20 30 50 100 200 500 1000 2000 5000 10000 /,А
Таблица 2.2
Тип выключателя Номинальный ток теплового расцепителя, А к1 = // h с.з с.з/*рц.ном ! /// /г с.з / 1 рц ном
А3110 15; 20; 25; 30; 40; 50; 60; 70; 85; 100 10 ] 1,25
АЗ 120 15; 20; 25; 30; 40; 50; 60; 80; 100 8+28 1 1,25
АЗ 130 120; 140; 170; 200 7 1,25
А3140 250; 300; 350; 400; 500; 600 7 1 1,25
А3161 15; 20; 25; 30; 40; 50 Электромаг- нитного рас- цеп ителя нет 1 1,25
А3162 15; 20; 25 То же 1,25
А3163 30; 40; 50; 60 » 1,25
114
2.2.2. Автоматические выключатели серии А3700 [19, 20]
Различают селективные (С) и токоограничивающие (Б) автомати-
ческие выключатели А3700. Селективные автоматические выключате-
ли А3700С снабжаются только полупроводниковыми расцепителями
серии РП. Защита содержит вторую и третью ступени, регулируемые в
определенных пределах в условиях эксплуатации, а выключатель
наибольшего размера А3794С имеет еще и первую нерегулируемую
ступень защиты. При токе более 20 кА (действующее значение) он
отключается без выдержки времени. В отличие от селективных ав-
томатических выключателей токоограничивающие выключатели
А3700Б имеют наряду с полупроводниковым расцепителем нерегу-
лируемый в условиях эксплуатации электромагнитный расцепитель.
На основе полупроводникового расцепителя создаются первая и
третья ступени зашиты. Таким образом, устройство защиты содер-
жит две первые ступени, настраиваемую и ненастраиваемую в усло-
виях эксплуатации.
Н5
Выключатели А37ООБ, А3700Ф и А3700Н могут снабжаться ком-
бинированными расцепителями (электромагнитный и тепловой рас-
цепитель), содержащими первую и третью ступени защиты. У вы-
ключателей А3700Б и А3700Ф тепловой расцепитель (третья сту-
пень защиты) может отсутствовать. Сведения о полупроводниковых
и электромагнитных расцепителях выключателей А3700С и А3700Б
даны в табл. 2.3, а защитные характеристики полупроводникового
расцепителя РП показаны на рис. 2.3. Здесь время срабатывания
для токоограничивающих выключателей указано пунктиром.
Устройство защиты допускает регулировку номинального тока
расцепителя /рином. При этом вместе с / ю: изменяется и ток сраба-
тывания 1‘‘ максимальной токовой защиты (///ступень), так что
при любом / , выполняется условие //" = 1,25/„. 11ОМ. Непосред-
ственно ток /сз в условиях эксплуатации не регулируется. Коэф-
фициент возврата реле составляет 0,97—0,98. В отличие от макси-
мальной токовой защиты у токовой отсечки с выдержкой времени
(// ступень) имеется возможность устанавливать несколько значений
Рис. 2.3. Защитные характеристики полупроводникового
расцепителя РП автоматического выключателя А37ОО
(к задачам 2.12, 2.15, 2.17, 2.18, 2.19, 2.21)
116
Таблица 2.3
Тип выключателя Номиналь- ный ток выключателя 1 , А а.ном1 Уставки полупроводникового расцепителя РП Ток срабатывания электромаг- нитного расцепителя /' А "с 3 ’ Л
Регулируемые на шкале РП их значения
Номинальный ток расцепителя, / , А ри.ном’ ^с.з > С
А3734С 250 400 160, 200, 250 250, 320, 400 0,1; 0,25; 0,4 Электро- магнитного расцепителя нет
А3744С 400 630 250, 320, 400 400, 500, 630 0,1; 0,25; 0,4 То же
А3794С 250 400 630 160, 200, 250 250, 320, 400 400, 500, 630 0,1; 0,25; 0,4 »
А3714Б 160 20, 25, 32, 40 40, 50, 63, 80 80, 100, 125, 160 Отсечка без выдержки времени (первая ступень) 1600
А3724Б 250 160, 200, 250 То же 2500
А3734Б 250 400 160, 200, 250 250, 320, 400 » 4000
А3744Б 400 630 250, 320, 400 400, 500, 630 » 6300
А3794Б 250 400 630 160, 200, 250, 250, 320, 400 400, 500, 630 » 4000 4000 6300
Примечания:
1. Для всех типов выключателя к"3 = Л^/^ричом = 2, 3, 5, 7, 10;
= 4"77puhom = ’.25; при 6/рцном значения =4, 8, 16 с.
2. Выключатель А3794С при токе более 20 кА (действующее значение)
отключается без выдержки времени (первая ступень защиты).
Таблица 2.4
Тип выключателя Номинальный ток / А а.ном’ Номинальный ток теплового расце- пителя / , А рц.ном’ Ток срабатывания электромагнитного расцепителя //,, А
Выключатели на напряжение до 660 В
16, 20, 25 630
А3716Б 160 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125,160 1600
А3726Б 250 160, 250, 250 2500
А3736Б 400 250 320 400 2500 3200 4000
АЗ 746 Б 630 400 500 630 4000 5000 6300
АЗ 796 Н 630 250 320 400 500 630 2500 3200 4000 5000 6300
Выключатели на напряжение до 380 В
16, 20,25 630
А3716Ф 160 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 250 630, 1600
А3726Ф 250 160, 200, 250 2500
А3736Ф 630 250 320 400 500 630 2500 3200 4000 5000 6300
Примечание. Для всех типов выключателя к'1! - I,"! //„„ u„„ = 1,15.
тока срабатывания /", связанных с /р11(1ОМ условием = Л"/рц.ном,
где коэффициент кратности = 2, 3, 5, 7, 10. Устройство позво-
ляет изменять наклон характеристики выдержек времени максималь-
ной токовой защиты так, что при токе 6/ можно получить вы-
держки времени, равные 4, 8 и 16 с. Токовая отсечка имеет незави-
симую регулируемую выдержку времени. Можно установить время
срабатывания 0,1; 0,25 и 0,4 с. Все токоограничивающие автомати-
ческие выключатели снабжены токовой отсечкой без выдержки вре-
мени. Она выполняется электромагнитными расцепителями.
Защитные характеристики комбинированных расцепителей ав-
томатических выключателей А3700 указаны на рис. 2.4, а сведения о
них даны в табл. 2.4.
Сведения о трехполюсных автоматических выключателях пере-
менного тока серии А3700 и их электромагнитных расцепителях даны
в табл. 2.5.
Таблица 2.5
Тип выключателя Номинальный ток выключателя / , А а. ном’ Номинальный ток расцепителя / , А plLHOM’ Ток срабатывания расцепителя /Д, А
Выключатели на напряжение до 660 В
А3712Б 160 80 160 400 630, 1000, 1600
А3722Б 250 250 1600, 2000, 2500
А3732Б 400 400 2500, 3200, 4000
А3742Б 630 630 4000, 5000, 6300
А3792Б 630 630 2500, 3200, 4000, 5000, 6300
Выключатели на напряжение до 380 В
А3712Ф 160 80 160 400 630, 1000, 1600
А3722Ф 250 250 1600, 2000, 2500
А3732Ф 630 400 630 2500, 3200, 4000, 4000, 5000, 6300
119
20 30 40 50 100 200 300 600 1000 2000 3000 5000 /, A
ис. 2.4. Защитные характеристики комбинированного расцепителя автоматического выключателя АЗ
(к задачам 2.12, 2.15, 2.17, 2.18, 2.19, 2.21)
2.2.3. Автоматические выключатели серии «Электрон» [21]
Выпускают следующих типов Э06, Э16, Э25, Э40. По способу
установки выключатели подразделяют на стационарные и выдвиж-
ные. При этом в обозначение выключателя дополнительно вводят
буквы С и В. Например, Э25С, Э40В. Выключатели Э16 только выд-
вижные. Выключатели имеют климатические исполнения. При этом
в зависимости от условий, в которых выключатель будет эксплуати-
роваться, вводят дополнительные обозначения:
УЗ — в районах с умеренным климатом;
ХЛЗ — в районах с холодным климатом;
ТЧ — в районах с тропическим климатом.
Сведения о трехполюсных выключателях серии «Электрон» с
полупроводниковыми расцепителями РМТ переменного тока напря-
жением до 660 В даны в табл. 2.6.
Автоматический выключатель «Электрон» снабжен регулируемым
полупроводниковым расцепителем типа РМТ. Расцепитель позво-
ляет выполнить трехступенчатую токовую защиту с зависимой и
независимой выдержкой времени третьей ступени. Характеристики
устройства защиты показаны на рис. 2.5. Из сопоставления этих ха-
Рис. 2.5. Защитные характеристики полупроводникового
расцепителя РМТ автоматического выключателя «Электрон»
(к примеру 2.12)
121
Таблица 2.6
Уставки полупровод- никового расцепителя РМТ (регулируемые на шкалах РМТ значения) о 1 КОН'Пс! L _ £'3^ 3; 5; 7; 10 3;5;.7 3; 5; 7 3; 5 tn . г, сП СП 3; 5; 7; 10 3; 5; 7 3; 5; 7; 10 3; 5; 7 3; 5; 7 3; 5; 7 3; 5
^рц.ном. ^рц.ном.б 0,8; 1,0; 1,25 0,8; 1,0; 1,25 0,8; 1,0 0,8; 1,0; 1,25 0,8; 1,0 0,8; 1,0; 1,25 0,8; 1,0; 1,25 0,8; 1,0; 1,25 0,8; 1,0; 1,25
Номинальный базовый ток расцепителя / А рц.ном.6’ 5 для условий эксплуатации тч 630, 800 1000, 1600; 2500 4000 630; 800 1000 1600 tn о ГЧ тг
УЗ; ХЛЗ 600, 800 1000 о о - tn о о гЧ Tt 4000 6300 600; 800 1000 630 1000; 1600 1600; 2500 2500 4000
Номинальный ток выключателя 1 А Л.ном’ для условий эксплуатации Ы 800 3200 5000 L 800 1250 2000 4000
УЗ; ХЛЗ 1000 4000 6300 0001 1600 2500 5000 —
Тип исполнения обозна- чение Э06С Э25С Э40С Э06В Э16В Э25В Э40В
по способу установки Стацио- нарный То же Выдвиж- ной То же
Тип выклю- чателя Э06 Э25 Э40 Э06 Э16 Э25 Э40
tn II
. а
3S с
О х
•=: з
О Q.
сз
2
S и
2
са
и
са
О
с X °
Н чО
О
О О ОО
CQ
_ г*
« О
II
п 13 tsr
о *'•’ 6
X ° \
*7 tn х
С5 сч 3
7 о"
о чО
s 1 5
s & О.
С — гч
рактеристик с характеристиками расцепителя серии PH (см. рис. 2.3)
следует, что для третьих ступеней защиты с зависимой выдержкой
времени характеристики одинаковы. Пределы и способы регул и-
рования тока срабатывания /сз и выдержки времени /CJ идентичны.
Коэффициент возврата реле кв составляет 0,75. Расцепитель РМТ по-
зволяет выполнить третью ступень с независимой выдержкой времени
(характеристика, обозначенная на рис. 2.5 штрих-пунктирной лини-
ей). Для токовой отсечки у расцепителя РМТ несколько ограничен
диапазон уставок тока срабатывания. Здесь коэффициент кратности
к^ = 3, 5, 7, 10. Расцепитель позволяет выполнить ее с выдержкой
времени и без выдержки времени. В трехступенчатой защите выдержка
времени второй ступени может быть установлена = 0,25; 0,45; 0,7 с.
Ток срабатывания первой ступени не регулируется. Расцепитель сра-
батывает без выдержки времени при токе = (2,2-3)/;'.
2.2.4. Автоматические выключатели
серии ВА5000 [22,23]
Для выполнения устройств защиты выключателя серии ВА5000
используются тепловые, электромагнитные и полупроводниковые
расцепители. Применяют различные их комбинации.
Выключатели серии ВА51 и ВА52 (табл. 2.7) имеют тепловые и
электромагнитные расцепители (рис. 2.6, в). С помощью теплового
расцепителя создается третья ступень защиты. Ток ее срабатывания
/сз не регулируется. Он связан с номинальным током расцепителя.
Электромагнитный расцепитель служит для создания первой ступе-
ни защиты. Ток ее срабатывания l'Ci зависит ог номинального тока
расцепителя и указывается в виде кратности к'л - Г I ,юм. Что
касается выключателей ВА51 и ВА52 с номинальным гоком 250, 400
и 630 А, то они могут выполняться и без теплового расцепителя.
При этом ток срабатывания электромагнитного расцепителя калиб-
руется. Например, у выключателей ВА51-35 и ВА52-35 следующие
уставки тока срабатывания электромагнитного расцепителя: 1000,
1250, 1600, 2000, 2500 А (см. табл. 2.7).
Полупроводниковый расцепитель БПР-11 является комплекту-
ющим изделием для автоматических выключателей серии ВА53, ВА54,
ВА55 и ВА75, причем у выключателей ВА53 и ВА54 он дополняется
электромагнитным расцепителем. С помощью полупроводниково-
го расцепителя создаются третья и первая или третья и вторая ступени
токовой защиты, а также токовая защита нулевой последовательности
123
Таблица 2.7
к‘" = i"‘ h с.з 'с.з /'рилом 1,35 гч гх W 1 1,35 1,25 гч Гх 1,2 1,25 1,25 1,25 1,25
Калиброванное значение уставок по току срабаты- вания электромагнитных расцепителей для выклю- чателей без тепловых расцепителей //3, А 1 1 | | 1 1 1 1000; 1250; 1600; 2000; 2500 1600; 2000; 2500; 3200; 4000 2500: 3200; 4000; 5000; 6300 2500; 3200; 4000; 5000; 6300
о X d CL г} 11 г> 7; 10 14 3; 7; 10 3; 7; 10 14 10 14 12 01 10 10
Номинальные токи тепловых расцепителей I А рц.ном’ 6,3; 8,0; 10; 12,5; 16; 20; 25 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,8; 1,0; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,15; 4,0; 5,0; 6,3; 8; 12,5; 16; 20; 25 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63 80; 100 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63 80; 100; 125; 160 80; 100; 125; 160 100; 125; 160; 200; 250 250; 320; 400 400; 500; 630 250; 320; 400; 500; 630
Номинальный ток выключателя I А Л-1.НОМ’ п 25 25 100 100 100 160 160 250 400 630 630
Тип выклю- чателя ВА51-25 ВА51Г25 ВА51-31 ВА52-31 ВА51Г31 ВА52Г31 ВА51-33 ВА52-33 ВА51ГЗЗ ВА52ГЗЗ ВА51-35 ВА52-35 ВА51-37 ВА52-37 ВА51-39 ВА52-39
Рис. 2.6. Защитные характеристики рас-
цепителей автоматического выключате-
ля ВА5000: полупроводникового от меж-
дуфазных КЗ (а) и от однофазных КЗ (0;
комбинированного (в) (к задачам 2.12,
2.18, 2.20, 2.21)
a
для действия при однофазных КЗ
(рис. 2.6, а, б). Ток срабатывания пос-
ледней устанавливается заводом-из-
готовителем в пределах (0,5—1)/ц11ом,
выдержка времени принимает значение выдержки времени токо-
вой отсечки.
Полупроводниковый расцепитель допускает регулировку в ус-
ловиях эксплуатации:
а) номинального тока расцепителя / ом;
б) тока срабатывания отсечки;
в) выдержки времени токовой отсечки (у селективных вык-
лючателей);
г) выдержки времени третьей ступени защиты t'' при токе 6/рц|1ОМ.
125
Пределы регулирования указаны в табл. 2.8 и 2.9. Истинные значе-
ния параметров расцепителя могут отличаться от указанных в табл. 2.8
и 2.9. Погрешности примерно такие же, как у полупроводникового
расцепителя серии РП, устанавливаемого на выключателях серии
А3700. Коэффициент возврата 0,97—0,98.
Селективные автоматические выключатели (см. табл. 2.9) при
определенных значениях тока КЗ отключаются без выдержки вре-
мени. Этот ток зависит от номинального тока выкючателя. Для вык-
лючателя ВА55-37, например, он должен быть не менее 20 кА.
Таким образом, селективные автоматические выключатели име-
ют трехступенчатую токовую защиту, а неселективные выключатели
серии ВА53 и ВА54 — двухступенчатую, причем первая ступень со-
здается и полупроводниковым, и электромагнитным расцепителя-
ми. Ток срабатывания электромагнитного расцепителя не регулиру-
ется. Он равен 120% наибольшей уставки отсечки полупроводнико-
вого расцепителя. Например, для выключателей ВА53-37 и ВА53-39
(см. табл. 2.8) его кратность по отношению к номинальному току
расцепителя равна 12 (10- 1,2).
Таблица 2.8
Тип выклю- чателя Номинальный ток выключателя / , , А а.ном ’ Регулируемые уставки полупроводникового расцепителя
^рц.ном /^Э.НОМ к' = I1 // с.з с.з / рц.ном /"'при 6/^, с
ВА53-37 160; 250; 400 0,63; 0,8; 1,0 2; 3; 5; 7; 10 4; 8; 16
ВА53-39 160; 250; 400; 630 0,63; 0,8; 1,0 2; 3; 5; 7; 10 4; 8; 16
ВА53-41 1000 0,63; 0,8; 1,0 2; 3; 5;7 4; 8; 16
ВА53-43 1600 0,63; 0,8; 1,0 2; 3; 5;7 4; 8; 16
ВА54-37 160; 250; 400 0,63; 0,8; 1,0 2; 3; 5; 7; 10 4; 8; 16
ВА54-39 400; 500; 630 0,63; 0,8; 1,0 2; 3; 5; 7; 10 4; 8; 16
ВА54-41 1000 0,63; 0,8; 1,0 2; 3; 5 4; 8; 16
Примечание. Для всех типов выключателей:
I1 к111 = I111 II = I 25-
'/ ^с.з 1 с.з /* рц.ном
2) отношение тока срабатывания зашиты нулевой последовательности
КТОКУ /рц.ном Равно °’5-1;
3) ток срабатывания электромагнитного расцепителя//, равен 120%
наибольшей уставки отсечки полупроводникового расцепителя
126
Таблица 2.9
Тип выклю- чателя Номинальный ток выключателя I , А э.ном’ Регулируемые уставки полупроводникового расцепителя АС, кА
рц.ном /^а.ном кп = /И // с.з с.з/ рц.ном
ВА55-37 160; 250; 400 0,63; 0,8; 1,0 2; 3; 5; 7; 10 20
ВА55-39 160; 250; 400; 630 0,63; 0,8; 1,0 2; 3; 5; 7; 10 25
ВА55-41 1000 0,63; 0,8; 1,0 2; 3; 5; 7 25
ВА55-43 1600 0,63; 0,8; 1,0 2; 3; 5;7 31
ВА75-45 2500 0,63; 0,8; 1,0 2; 3; 5; 7 36
ВА75-47 2500 0,63; 0,8; 1,0 2; 3; 5;7
4000 0,63; 0,8; 1,0 2; 3; 5
Примечание. Для всех типов выключателей:
1) отношение тока срабатывания зашиты нулевой посаедовательности
к току I равно 0,5— 1;
к"1 = I1" h = 1 25-
nc.j 'с.з / рц.ном
3) =0,1; 0,2; 0,3 с;
4) = 4; 8; 16 с (при 61 ).
7 С.З X г рц ном7
ПРИМЕРЫ И ЗАДАЧИ
2.1
Участок сети, выполненный кабелем с бумажной изоляцией, за-
щищен от токов КЗ и токов перегрузки предохранителем ПН-2 с
медной плавкой вставкой, имеющей наплавленный оловянный ша-
рик. Номинальный ток плавкой вставки / равен длительно до-
пустимому току защищаемого участка / доп. Можно ли в данном
случае применить медную плавкую вставку такого же сечения, но
без оловянного шарика? К чему это может привести?
Ответ
Нельзя. Наличие оловянного шарика практически не влияет на
работу предохранителя в нормальном режиме и при КЗ, но улучша-
ет его работу при перегрузках. Олово имеет температуру плавления
127
tnn — 232 °C. При нагреве плавкой вставки до этой температуры ша-
рик плавится и расплавляет в месте его нанесения плавкую вставку
Если оловянного шарика нет, то медная плавкая вставка начинает
плавиться при температуре / п = 1083 °C. Такое резкое отличие в
температурах плавления является причиной того, что при незначи-
тельных перегрузках время перегорания главкой вставки без оловян-
ного шарика оказывается значительно больше времени ее перегора-
ния с оловянным шариком. При этом в связи с более длительным
нагревом проводников током перегрузки интенсивность старения
их изоляции может оказаться недопустимой.
2.2
Линия электропередачи выполнена кабелем с резиновой изоля-
цией. Длительно допустимая температура жилы кабеля 0 = 65 °C,
максимально допустимое превышение нагрева жилы при токе КЗ
Tmax = 150 °C, температура окружающей среды 0(| = 25 °C. Постоян-
ная времени нагревания проводника Т — 7,5 мин.
Необходимо рассчитать желательную защитную характеристику
плавкой вставки предохранителя [14].
Решение
Защитная характеристика плавкой вставки предохранителя долж-
на быть такой, чтобы на всем диапазоне изменения токов при пере-
грузках и коротких замыканиях защищаемая кабельная линия отклю-
чалась бы, прежде чем температура жил кабеля превысит максималь-
но допустимую величину. Иными словами, защитная характеристика
должна быть такой, чтобы превышение нагрева жил кабеля т , т. е.
разность между их температурой и температурой окружающей среды
в момент перегорания плавкой вставки, не была бы больше макси-
мально допустимой величины ттах. Защитная характеристика плав-
кой вставки может быть рассчитана на основе уравнения нагрева [14]:
где Т' — величина превышения нагрева в конце любого отрезка вре-
мени, °C; т г — установившееся превышение нагрева при данном
токе, °C; t — время, для которого определяется величина превыше-
ния нагрева, с; т0 — превышение нагрева, которое имеет проводник
в момент возникновения КЗ.
128
Из уравнения нагрева найдем
т
уст
f
Из условия задачи величина установившегося превышения на-
грева при максимальном рабочем (длительно допустимом) токе /
т = е - 0 = 65 - 25 = 40 °C.
уст.дл 0
Это и есть т0. При токе /, отличном от / установившееся пре-
вышение нагрева
т = т (1/1 у = гЛ//1 . )2.
уст уст.длх ' раб max7 0х ' раб max'
Защитная характеристика должна быть такой, чтобы при КЗ xz
не превышало ттах = 150 С. Задаваясь различной кратностью ///,тх,
при известных т = 40 С и т, = 150 С можно наити соответствующее
время перегорания плавкой вставки. Так, при кратности, равной 2:
т = 40 • 22 = 160 °C,
уст ’
а время перегорания плавкой вставки
/= 2,3-7,5 1g ((160 - 40)/( 160 - 150)] =
= 18,6 мин = 1113 с.
Значения / для различных кратностей тока даны ниже:
Кратность тока ///, ........ 2 3 4 5
1 < раб max
Желательное время перегора-
ния плавкой вставки г, с....... 1113 187 90 55
10 20
И 3,13
Защитная характеристика определена без учета уровня старения
изоляции за время нагревания кабеля сверхтоком и последующего
его остывания после перегорания плавкой вставки.
Особенно в тяжелых условиях находится изоляция при неболь-
ших перегрузках. Так, за время отключения перегрузки интенсив-
ность старения изоляции в десятки раз больше, чем при отключе-
нии 20-кратного тока КЗ. Исходя из этого желательно иметь такую
защитную характеристику, чтобы при двукратной перегрузке время
перегорания предохранителя не превышало примерно 150 с, а при
полуторакратной — 600 с.
Однако получить защитную характеристику, близкую к рекомен-
дуемой, практически невозможно
129
2.3
Длительно допустимый ток проводников / , защищаемых пре-
дохранителем только от токов КЗ, равен 21 А. Определить макси-
мально допустимый номинальный ток плавкой вставки I
ВС. НОМ
Ответ
Если предохранитель защищает сеть только от КЗ, то номиналь-
ный ток плавкой вставки не должен превышать длительно допусти-
мый ток защищаемого участка сети более чем в три раза (см. под-
разд. 2.1). В данном случае максимально допустимый номинальный
ток плавкой вставки равен 63 А.
2.4
При повреждении в конце участка, защищаемого предохрани-
телем от токов КЗ, минимальный ток КЗ I . = 600 А. Опреде-
к min г
лить максимально допустимый номинальный ток плавкой встав-
вс.ном
Ответ
Номинальный ток плавкой вставки должен быть по крайней мере
в три раза меньше минимального тока КЗ в конце защищаемого
участка (см. подразд. 2.1), т. е. в нашем случае / — 200 А.
2.5
Длительно допустимый ток участка сети, защищаемого предох-
ранителем от токов КЗ и токов перегрузки, / — 63 А.
Определить максимально допустимый номинальный ток плав-
кой вставки /всном, если участок выполнен:
а) кабелем с бумажной изоляцией;
б) проводниками с резиновой изоляцией, проложенными во взры-
воопасном производственном помещении.
Ответ
Для сетей, в которых обязательна зашита не только от токов КЗ,
но и от перегрузки, при выборе плавких вставок должны выпол-
няться следующие условия (см. подразд. 2.1):
130
а) для кабелей с бумажной изоляцйей длительно допустимый
ток должен быть не менее номинального тока плавкой вставки:
ВС. НОМ
ял .доп
63 А;
б) для проводников с резиновой и аналогичной по тепловым
характеристикам изоляцией, проложенных во взрывоопасных про-
изводственных помещениях, длительно допустимый ток должен со-
ставлять не менее 125% номинального тока плавкой вставки:
/ = I /1,25 = 63/1,25 = 50 А.
ВС. НОМ ДЛ.ДОП' 7 1 7
2.6
Предохранитель ПН-2 защищает линию, максимальный рабо-
чий ток которой I абтах = 25 А. Кратковременная перегрузка /пер = 72 А.
Коэффициент перегрузки к = 2, коэффициент отстройки Аот(. = 1,2.
Определить номинальный ток плавкой вставки, если:
а) в сети не установлены магнитные пускатели;
б) последовательно с предохранителем установлен магнитный пус-
катель. Минимальный ток КЗ в конце защищаемой линии / mjn = 300 А.
Решение
Для исключения перегорания плавких вставок в условиях нор-
мальной эксплуатации при выборе предохранителя и его плавкой
вставки должны выполняться следующие требования:
а) при отсутствии магнитных пускателей предохранитель не дол-
жен отключать линию в нормальных режимах и при кратковремен-
ных перегрузках (см. (2.2) и (2.3)).
1. I > к I F = 1,2 -25 = 30 А.
вс.ном отс раб max 7
2. / > / /к = 72/2 = 36 А.
вс.ном пер' пер '
Следует выбрать плавкую вставку с номинальным током /ВС1|ОМ —
= 40 А;
б) при наличии магнитных пускателей необходимо исключить
их отключение при КЗ, отключение может произойти из-за воз-
можного снижения напряжения. Поэтому выбранную плавкую встав-
ку необходимо проверить по условию
/ </ . /10 = 300/10 = 30 А.
вс ном к пип' *
Таким образом, при наличии магнитных пускателей рассматри-
ваемую линию защитить предохранителем нельзя.
131
2.7
Сеть промышленного предприятия напряжением до I кВ вы-
полнена по схеме рис. 2.7. Требуется выбрать номинальные токи
плавких вставок предохранителей F1, ..., F7 типа ПН-2. Принять
коэффициент отстройки А |с = 1,2, коэффициент перегрузки к = 2,5
При повреждении в точке К максимальный ток КЗ 1К = 600 А, а
при повреждении в точке А”, максимальный ток КЗ IК1 = 450 А.
Токи осветительной нагрузки линий ЛЗ, Л4 и электродвигателей
Ml, М2, М3 приведены ниже:
Элементы схемы.....................
ЛЗ Л4 Ml М2 М3
Токи, А:
максимальный рабочий ток (номи-
нальный ток электродвигателя)........ 7,56 30,5 39 19,7 27,3
пусковой ток электродвигателя.......... — — 195 99 150
Решение
1. Определяем номинальный ток плавкой вставки предохрани-
теля F5 для электродвигателя М2 по наибольшему из двух гоков
(см. (2.2)):
вс ном отс л. ном
1,2- 19,7 = 23,6 А;
т. е. плавкая
7 =///<= 99/2,5 = 39,6 А
вс.ном пуск' пер ' ’ 7
вставка должна быть выбрана на номинальный ток
ВС ном
= 40 А.
Рис. 2.7. Схема участка сети про-
мышленного предприятия (к при-
меру 2.7)
132
2. Номинальный ток плавкой вставки предохранителя F6 осве-
тительной линии Л4 определяем только по условию
I = к / г = 1,2-30,5 = 35,6 А.
Выбираем плавкую вставку с номинальным током 1 = 40 А.
3. Номинальный ток плавкой вставки предохранителя F7, уста-
новленного на электродвигателе М3, определяем так же, как и но-
минальный ток плавкой вставки предохранителя F5, т. е. по боль-
шему из двух токов:
вс. НОМ
1,2-27,3 = 33 А;
вс.ном
150/2,5 = 60 А.
Выбираем плавкую вставку с номинальным током 63 А.
4. Определяем номинальный ток плавкой вставки предохрани-
теля F2, установленного на линии Л2, по двум условиям:
• по максимальному рабочему току линии;
• по току кратковременной перегрузки.
Максимальный рабочий ток линии состоит из номинальных то-
ков двигателей М2, М3 и максимального рабочего тока линии Л4:
I л = 19,7 + 27,3 + 30,5 = 77,5 А,
раб max ’ ’ ’ ’ ’
а ток кратковременной перегрузки при коэффициенте спроса А. = 1
(определяется по (2.3))
п - 1
раб max
пек max ’
п - I
где у ЛабЛ1ах —- сумма максимальных рабочих токов веек потребите-
лей, присоединенных к данной линии Л2, без учета электродвигате-
ля М3 с наибольшим пусковым током / = 150 А.
J пск max
В данном случае
I = 19,7 + 30,5 + 150 = 200,2 А.
Номинальный ток плавкой вставки выбираем по наибольшему
из двух токов:
вс. НОМ
1,2-77,5 = 93 А;
вс. ном
200,2/2,5 = 80 А.
Выбираем плавкую вставку с номинальным током 100 А.
133
Выбранная плавкая вставка должна удовлетворять требованиям
селективности. Это значит, что ее время перегорания / 2 при макси-
мальном токе КЗ = 450 А (точка К.) должно превышать не менее
чем в три раза время перегорания плавкой вставки предохранителя
(F5, F6 или F7), имеющего наибольший номинальный ток плавкой
вставки. В данном случае наибольший номинальный ток имеет плав-
кая вставка предохранителя F7. Он равен 63 А. При токе 450 А
эта плавкая вставка перегорит за время /п7 = 0,15 с, а плавкая вставка
предохранителя F2 с /сном = 100 А перегорит за время /п, = 3 с
(см. рис. 2.1, а).
Таким образом, селективность обеспечивается, поскольку
tjtnl = (3/0,15) > 3.
5. Определим номинальный ток плавкой вставки предохранителя
F3, установленного в цепи электродвигателя Ml. Он определяется
так же, как и номинальный ток плавкой вставки предохранителя F5\
ВС. НОМ
1,2 -39 = 46,8 А;
ВС. НОМ
195/2,5 = 78 А.
Выбираем плавкую вставку с / ноч = 80 А.
6. Определяем номинальный ток плавкой вставки предохрани-
теля F4 в цепи линии ЛЗ:
вс.но.м
1,2 -7,65 = 9,15 А.
Выбираем предохранитель НПН и плавную вставку с / = 10 А.
7. Определяем номинальный ток плавкой вставки предохрани-
теля F1, установленного на линии Л1, так же, как номинальный ток
плавкой вставки предохранителя F2.
Максимальный рабочий ток линии
U«.x = 7,65 + 39 + 77,5 = 124,15 А.
Ток кратковременной перегрузки
/пср = 77,5 + 7,65 + 195 = 280,15 А.
Номинальный ток выбираем по наибольшему из токов:
1,2 -124,15 = 149 А;
U». = 280,15/2,5= 113 А.
Выбираем плавкую вставку с / = 160 А.
r J J ВС ном
134
Для обеспечения селективности время ее перегорания z при
токе К = 600 А должно превышать не менее чем в три раза время
перегорания предохранители F2 с наибольшим током /всном = 100 А.
При токе 600 А время перегорания плавкой вставки предохранителя F2
/п2 = 0,5 с, а плавкой вставки предохранители F1 с током / м = 160 А
равно t= 16 с (см. рис. 2.1, а). Таким образом, и в данном случае
селективность обеспечивается, так как /п1//п2 = (16/0,5) > 3.
2.8
Линия выполнена одним трехжильным проводом с резиновой
изоляцией и медными жилами, проложенным во взрывоопасном
производственном помещении. Максимальный рабочий ток линии
/ бmax = 83 А. Ток кратковременной перегрузки / ер = 235 А. Мини-
мальный ток КЗ в конце защищаемой линии /кт.п =1050 А. После-
довательно с предохранителем предполагается установить магнит-
ный пускатель.
Необходимо защитить линию от перегрузки и от токов КЗ. При-
нять коэффициент отстройки ктс = 1,2, коэффициент перегрузки
к = 2,5.
пер 5
Следует определить номинальный ток плавкой вставки / ,.ом и
сечение провода s.
Решение
1. Номинальный ток плавкой вставки выбираем наибольшим из
двух значений, определяемых по следующим выражениям:
а)/ =к = 1,2-83 = 99,6 А;
б) Ас.ном = ZnepAnep = 235/2,5 = 94 А.
Выбираем плавкую вставку с номинальным током /ссном = 100 А.
В связи с наличием магнитного пускателя эта плавкая вставка дол-
жна удовлетворять требованию / иом < /. min/10 = 1050/10 = 105 А.
Требование выполняется.
2. Сечение провода определяем по длительно допустимому току
4, , который, в свою очередь, находим по выбранному номиналь-
ному току плавкой вставки. При этом должно выполняться следую-
щее соотношение между / t и /, 11,21:
а) для обеспечения защиты от токов КЗ
' // < 3, или 100/83 — 1,2.
ВС.НОМ' дл.доп ’
Это условие выполняется.
135
При известном / mjn допустимость применения выбранной плавкой
вставки для защиты от токов КЗ может быть проверена по следующему
требованию [2]: 4min//)C„OM > 3. В нашем случае это 1050/100 = 10,5,
т. е. требование выполняется.
Из табл. 1.3.4 |2| для тока /длдоп = 83 А провод должен иметь
сечение 5 = 25 мм2;
б) для обеспечения зашиты от перегрузок должно выполняться
условие I // = 1,25, или I =1,25- 100 = 125 А.
При таком токе сечение провода з должно быть равно 50 мм2 [2].
Таким образом, окончательно выбираем провод сечением 50 мм2.
2. 9
Расчеты показывают, что предохранитель не всегда отвечает тре-
бованиям. Для оценки предохранителей желательно, в частности,
иметь в общем виде выражение, позволяющее определить длину
защищаемой линии, при повреждении в пределах которой чувстви-
тельность предохранителя оказывается достаточной.
Необходимо получить такое выражение.
Решение
1. Чувствительность предохранителя считают достаточной, если
номинальный ток его плавкой вставки / будет, по крайней мере, в
три раза меньше минимального тока КЗ в конце защищаемой линии:
/(,). /I >3.
К ПИП / ВС.НОМ “
2. В четырехпроводных сетях напряжением до I кВ с глухозазем-
ленной нейтралью минимальный ток КЗ имеет место при повреж-
дении между фазным и нулевым проводами. Этот ток с некоторым
допущением можно определить по формуле [1]
=uj[z„_mi + zji\,
где U — фазное напряжение сети, В; Znr)or — полное погонное
сопротивление петли фазный — нулевой провода линии, Ом/км;
ZT — полное сопротивление трансформатора, Ом; / — длина линии, м.
3. Если при выборе номинального тока плавкой вставки опреде-
ляющим является максимальный рабочий ток I г (осветительная
нагрузка), то
I = к / й = к S /3U„
вс.ном отс раб шах отс шах7 ф’
где 5 . — максимальная полная мощность, передаваемая по линии, В-А.
J 1 uix
136
4. Используя полученные выражения, найдем
/(|). //
к min ' вс.ном
= ..+ г,/з)]>зУ
отсюда
2.10
От трансформаторной подстанции получает питание 20-квартир-
ный дом по четырехпроводной линии напряжением = 380 В с
алюминиевыми жилами и резиновой изоляцией. Сечение фазных и
нулевого проводов равно 35 мм2. Длина линии /== 400 м. Длительно
допустимый ток линии /м доп = 85 А. Погонное сопротивление петли
«фаза-нуль» Z|lio|. = 2,12 мОм/м. Сопротивление трансформатора
Z = 14,8 мОм. Электрическая нагрузка дома 5 = 46 кВ А.
Проверить возможность защиты линии предохранителями от
токов КЗ и перегрузки. Принять Л = 1,2.
Решение
1. Рассчитаем максимальный рабочий ток линии
/par, ) = 46 I О3/(х/з 380) = 70 Л.
2. Определим номинальный ток плавкой вставки:
' = к 1
вс.ном отс раб шах
1,2-70 = 84 А.
Защита от перегрузи выполняется, если / > 1 . Условие
7 дл.дон ВС. ном
выполнено: 85 > 84.
3. Используя выражение п. 4 примера 2.9, найдем длину линии /,
при повреждении в пределах которой предохранитель защищает
линию от КЗ, т. е. выполняется условие / 1 /I > 3:
7 J к nun / вс.ном ““
с? z
] <; _____Ф__________’С .
/ С* 7 э "7
Котс 13 max ^п.пог -^n.noi
________22O2__________14,8 -10~3
“|_1,2-46 I03 -2,12-10’3 3-2J2-IO"3
Предохранитель защищает линию и от КЗ,
<410 м
поскольку ее длина
равна 400 м
137
ип
Fl
F2
2.11
Рис. 2.8. Зашита сети плав-
кими предохранителями
(к примеру 2.11)
В сети (рис. 2.8) установлены плав-
кие предохранители F1 и /2 типа ПН-2.
Номинальный ток плавкой вставки пре-
дохранителя F2 / (ном2 = 40 А, а кратность
максимального тока КЗ /“„//„j = 5
при КЗ в точке К. Необходимо определить номинальный ток плав-
кой вставки /всн эм1 предохранителя F1. Погрешность при его сраба-
тывании t = ±50%.
ПГ
Решение
Из условий примера
= 5=5-40 = 200 А.
Из защитной характеристики (см. рис. 2.1, а) следует, что при
^ктах =200 А плавкая вставка предохранителя F2 с /ссном2 = 40 А
перегорит за время t, = 1с.
Для селективного действия необходимо, чтобы время перего-
рания /] плавкой вставки предохранителя F1 с учетом погрешности
t _ = ±50 % при токе = 200 А было: /. = 3/= 3-1 = 3 с.
Ill * IltctA I /
Из рис. 2.1, а этому удовлетворяет плавкая вставка с номиналь-
ным током / , = 50 А.
I3C.HOM 1
2.12
Расцепители автоматических выключателей А3100, А3700, ВА5000,
«Электрон» имеют нерегулируемые токи срабатывания третьей сту-
пени I'1' Они связаны с номинальными токами расцепителя /
~ рц.ном
коэффициентом к™. Для полупроводниковых расцепителей выклю-
чателей А3700, ВА5000, «Электрон» и для комбинированного расце-
пителя выключателя АЗ 100 коэффициент к‘сп = 1,25 (см. табл. 2.2,
2.3, 2.6, 2.8), т. е. I™ = 1,25/ ом. Поэтому расчет /^ сводится к
определению /
1 рц.ном
Необходимо получить соответствующее выражение для нахож-
дения /
рц.ном
138
Решение
Как известно, ток срабатывания максимальной токовой защиты
- А ' /
\ ОТС СЗГ1 / в /
раб max 5
ИЛИ
рц.ном
раб max ’
У расцепителей эта защита от кратковременных перегрузок (пусков,
самозапусков) отстраивается по времени. Поэтому коэффициент £ ,
учитывающий эти режимы, принимается равным £ = 1. При этом
измерительные органы полупроводниковых расцепителей могут сра-
батывать, но после завершения перегрузки или отключения вне-
шних КЗ они должны вернуться в исходное состояние. Поэтому
необходимо учитывать коэффициент возврата къ < 1. Измеритель-
ный орган теплового расцепителя в этих режимах не срабатывает,
поэтому его коэффициент возврата кв принимают равным I.
Таким образом, для полупроводниковых расцепителей
рц.ном
раб max ’
для тепловых расцепителей
рц.ном
= (С /1,25)/
раб max *
Для полупроводниковых расцепителей выключателей А3700 и
ВА5000 коэффициент отстройки к"с = 1,25, а коэффициент возвра-
та кв = 0,97.
Для расцепителя выключателя «Электрон» к'^'с = 1,5 и к = 0,75.
У теплового расцепителя к"'с = 1,25.
При указанных значениях коэффициентов номинальный ток
Расцепителей:
а) автоматических выключателей А3700 и ВА5000 I — 1,1/ _ ;
рц.ном ’ раб max’
б) автоматического выключателя «Электрон» / = 1,6/ с ;
г рц.ном 5 раб max’
в) автоматического выключателя АЗ 100 / = / с
рц.ном раб max
2.13
Минимальный ток КЗ в самой удаленной точке защищаемой
Йепи /кт.п = 900 А. Для защиты предполагают использовать автома-
тический выключатель АЗЮО с комбинированным расцепителем.
139
Исходя из требований ПУЭ [2] определить максимально допусти-
мый номинальный ток расцепителя / и уточнить тип выключа-
теля (последние две цифры в обозначении)
Ответ
Согласно [2] для обеспечения требуемой чувствительности дол-
жно выполняться условие /.min//pilH0M £ 3. Исходя из этого требова-
ния /рцном < 900/3 < 300 А. Расцепитель с таким номинальным током
устанавливается на автоматическом выключателе АЗ 140 (см. табл. 2.2).
Для исключения срабатывания расцепителя в нормальном ре-
жиме его номинальный ток должен быть не менее I . (см. при-
мер 2.12). Поэтому должно выполняться следующее требование:
раб max рц.ном к min
2.14
Автоматический выключатель АЗЮ0 имеет нерегулируемую об-
ратно зависимую от тока характеристику теплового расцепителя.
Необходимо выбрать номинальный ток расцепителя / ом, если тре-
буется обеспечить защиту линии только от токов КЗ.
Ответ
В этом случае согласно [2] допускается не выполнять расчетную
проверку кратности тока КЗ (см. пример 2.13), если выполняется
условие /рцном < /11лдоп, где /ь1яо|] - длительно допустимый ток защи-
щаемой линии.
2.15
На кабельной линии в сети напряжением 380 В установлен ав-
томатический выключатель А3712Ф, имеющий только электромаг-
нитный расцепитель (см. табл. 2.5). Номинальный ток расцепите-
ля / ом — 80 А, а его ток срабатывания /cz3 = 400 А.
Определить минимальный длительно допустимый ток линии
4л доп’ ПРИ котором обеспечивается защита от токов КЗ.
Ответ
Согласно [2] при использовании автоматического выключателя,
имеющего только расцепитель мгновенного действия, защита от токов
140
КЗ обеспечивается, если выполняется условие // < 4,5/ . или
* ~ V» - > /Д/1 -jell'I J
>/',/4,5 = 400/4,5 = 89 А.
2.16
Максимальный рабочий ток линии / , = 200 А, минимальный
ток КЗ в пределах защищаемой линии /кт|п — 1100 А. При поврежде-
нии линия должна отключаться с временем, не большим чем 0.1 с.
Необходимо проверить возможность использования для защиты
линии автоматического выключателя АЗ 100.
Решение
Для теплового расцепителя автоматического выключателя но-
минальный ток / должен быть не менее максимального рабо-
чего тока защищаемой линии, т. е. / > / , . Поэтому необхо-
pi [.ном раб шах
димо выбрать автоматический выключатель АЗ 130 с / = 200 А
(см. табл. 2.2). В этом случае ток срабатывания электромагнитною
расцепителя (ток срабатывания отсечки)
.. = 7-200=1400 А,
т. е. он больше минимального тока КЗ, равного 1100 А, и отсечка не
срабатывает. При таком токе, как следует из характеристики, авто-
матический выключатель АЗ 100 отключается тепловым расцепите-
лем с временем, равным 30 с (см. рис. 2.2, а).
2.17
Характеристики автоматических выключателей А3700 с комби-
нированным расцепителем даны на рис. 2.4. Ток срабатывания элек-
тромагнитного расцепителя (отсечки) может отличаться от тока,
указанного в защитной характеристике, на ±15 %. В цепи установ-
лен автоматический выключатель А3716Б с номинальным током
расцепителя / = 80 А (см. табл. 2.4).
Необходимо определить:
1) максимальный ток /1х, при котором выключатель еще бу-
дет отключаться тепловым элементом комбинированного расце-
пителя;
2) минимальный ток /niin, при котором выключатель уже будет
отключаться без выдержки времени электромагнитным элементом.
141
Решение
Из табл. 2.4 ток мгновенного срабатывания расцепителя с
— 80 А равен 1600 А С учетом погрешности ±15 % ток
/ = 1,15- 1600 = 1840 А,
max ’ ’
а ток
/ . = 0,85- 1600 = 1360 А.
При токах более 1360 А, но менее 1840 А выключатель будет отклю-
чаться либо тепловым элементом с соответствующей выдержкой
времени, либо электромагнитным элементом за время не более 0,04 с
(см. рис. 2.4).
2.18
Для условий примера 2.16 проверить возможность использова-
ния автоматических выключателей А3700 и ВА5000 с полупровод-
никовыми расцепителями.
Решение
Для полупроводниковых расцепителей автоматических выклю-
чателей А3700 и ВА5000 номинальный ток расцепителя принимаем
равным (см. пример 2.12). По условию = 200 А.
Тогда I =1,1- 200 = 220 А. Выбираем автоматические выключатели
А3724Б и ВА53-37 и расцепители с номинальным током / м ~ 250 А
(см. табл. 2.3, 2.8). Из характеристик расцепителей следует, что по
отношению к / ом можно установить следующие кратности тока
срабатывания отсечки: к!3 = 2, 3, 5, 7, 10. В нашем случае при
минимальном токе КЗ, равном / = 1100 А, следует принять крат-
ность, равную 2, тогда /, = 2 250 = 500 А, а коэффициент чувстви-
тельности А = 1100/500 = 2,2. Рассмотренные выключатели исполь-
зовать можно
2.19
Максимальный рабочий ток в линии Z б пах = 35 А, а ток крат-
ковременной перегрузки, продолжающейся 9 с, равен / = 200 А.
Для защиты линии используется автоматический выключатель А3700
с полупроводниковым расцепителем. Выбрать номинальный ток / ном-
142
Решение
Для полупроводникового расцепителя 1,14а6тах (см. при-
мер 2.12). В нашем случае / ом = 1,1 -35 = 38,5 А.
Выбираем автоматический выключатель А3714Б с / 1|ом = 40 А.
Находим кратность тока при перегрузке / ц// )ом = 200/40 = 5.
Пользуясь рис. 2.3, выбираем защитную характеристику расце-
пителя так, чтобы его время срабатывания при полученной крат-
ности. равной 5, было не менее 9 с. Это защитная характеристи-
ка с уставкой, равной 8 с. Уставки, как известно, даются для тока
I — 6/ ом. Из характеристики следует (см. рис. 2.3), что при рас-
четной кратности, равной 5, расцепитель может сработать за время
15 с, т. е. при заданной продолжительности перегрузки расцепитель
срабатывать не будет.
2.20
На рис. 2.9 показан один из участков электрической сети про-
мышленного предприятия. В схеме используются автоматические
выключатели QF1, ..., QF4.
Определить номинальные токи их расцепителей, при которых
обеспечивается длительная надежная работа в нормальном режиме
и селективное действие при перегрузках и коротких замыканиях.
При этом следует учесть погрешности расце-
пителей в величине тока мгновенного срабаты- 6 ~
вания. Данные для расчета указаны в табл. 2.10. I
Решение
Рассмотрим возможность установки в ка-
честве автоматических выключателей QF2, QF3
и QF4 выключателей типа АЗ 120 (см. рис. 2.2, а (
и табл. 2.2).
I. Определяем номинальные токи расцепи-
телей. Номинальный ток теплового расцепите- лг/3)
ля должен удовлетворять условию / u ном = niax j-
380/220В
(для электродвигателя /рабП1;1Х = /дном) (см. при-
мер 2.12).
QF2 QF3
QF4
\ \ \
Л2 , М2
Рис. 2.9. Участок электрической сети промышлен-
ного предприятия (к примеру 2.20)
143
Таблица 2.10
Номер электродвига- теля в схе ме Номинальный ток электро- двигателя, А Кратность пускового тока Максималь- ный рабочий ток линии Л2, А Ток трехфазного КЗ в точке ^3), А
1 19,7 5 23 830
2 24,6 5,5 23 830
В связи с этим:
• для выключателя QF2 двигателя Ml 1 — 19,7 А, выбираем
Zpu.hom = 20 А; Р
• для выключателя QF3 линии Л2 / ном = 23 А, выбираем
I = 25 А‘
• для выключателя QF4 электродвигателя М2 / ом — 24,6 А, вы-
бираем / ом = 30 А.
2. Проверяем несрабатывание расцепителей выключателей QF2
и QF4 при пусках электродвигателей. Из защитной характеристики
(см. рис. 2.2, а) ток мгновенного срабатывания /с;3 расцепителя вык-
лючателя QF2 при / ом — 20 А с учетом погрешности ±15 %;
Ц} = 0,85-430 = 366 А.
Пусковой же ток электродвигателя Ml не превышает 98,5 А (5 • 19,7).
Из рис. 2.2, а следует, что автоматический выключатель сможет от-
ключиться, если такой ток будет протекать более 4 с, но за это вре-
мя произойдет самозапуск электродвигателя, его пусковой ток сни-
зится и отключение QF2 не произойдет.
Для автоматического выключателя QF4 электродвигателя М2
при Z ом — 30 А из защитной характеристики (см. рис. 2.2, а) ток
/с73 с учетом погрешности /'3 = 0,85 430 = 366 А . Пусковой же ток
электродвигателя не превышает 135 А (5,5- 24,6). Как следует из
рис. 2.2, а, выключатель QF4 сможет отключиться, если такой ток
будет протекать более 10 с, но этого времени вполне достаточно
для пуска электродвигателя, и отключение не произойдет. Таким
образом, выбранные автоматические выключатели с принятыми
номинальными токами их расцепителей удовлетворяют требова-
ниям.
3. Осуществим выбор автоматического выключателя QF1.
Максимальный рабочий ток линии Л1
раб шах
19,7 + 23 + 24,6 = 67,3 А.
144
Выбираем автоматический выключатель АЗ 120 с / = 100 А.
* рц.ном
Проверяем невозможность отключения QF1 при пуске наиболее
мощного электродвигателя М2. Ток перегрузки в этом случае
I = 19,7 + 23 + 135 = 177,7 А,
ПРП 7 77
мгновенный же ток срабатывания (ток срабатывания отсечки) расце-
пителя с / ном = 100 А с учетом погрешности равен 680 А (0,85 • 800).
Из рис. 2.2, а следует, что выключатель QF1 сможет отключиться,
если этот ток перегрузки будет продолжаться более 4 мин. Это
невозможно, так как время пуска электродвигателя значительно
меньше.
4. Выбранные автоматические выключатели должны обеспечи-
вать селективность при перегрузках и коротких замыканиях. Из
защитных характеристик следует (см. рис. 2.2, а), что при пере-
грузках селективность соблюдается, так как защитная характерис-
тика автоматического выключателя QF1 во всем диапазоне пере-
грузок располагается выше защитных характеристик выключате-
лей QF2, QF3 и QF4.
Селективность должна выполняться при КЗ за любым из вык-
лючателей QF2, QF3 и QF4 непосредственно у места его установ-
ки. Практически это в точке А', . Здесь по условиям задачи ток
max = 830 А. Однако, как следует из рис. 2.2, а, при этом токе
может отключиться не только любой из выключателей QF2, QF3 и
QF4, но и выключатель QF1. В самом деле, в худшем случае элек-
тромагнитные элементы комбинированных расцепителей выклю-
чателей QF2, QF3 и QF4 будут иметь положительную погрешность,
а автоматического выключателя QF1 — отрицательную погрешность.
При этом ток // у выключателя QF1 равен 680 А (0,85 • 800), а у
выключателей QF2, QF3 и QF4 — 494,5 А (1,15 -430). Ток же КЗ
равен 830 А.
Для обеспечения селективности, очевидно, необходимо выб-
рать автоматический выключатель QFI с номинальным током рас-
цепителя / ном — 140 А типа А3130. В этом случае, как следует из
рис. 2.2, а, ток срабатывания электромагнитного расцепителя с уче-
том 15 %-й погрешности равен 850 А (0,85-1000), т. е. больше тока
/'3’„ Однако при этом в конце линии Л1 имеется мертвая зона.
Для ее устранения рассмотрим возможность использования в каче-
стве автоматического выключателя QF1 селективного автоматичес-
кого выключателя типа ВА55-37 с номинальным током выключате
145
ля 160 А (см. табл. 2.9). У выключателя имеется полупроводнико-
вый расцепитель. Ток его срабатывания можно регулировать. В ча-
стности, установить /рцном — 0,63-160 = 100 А.
Если выбрать защитную характеристику с временем срабатыва-
ния 4 с при /рц = 6/рцном, то при токе кратковременной перегрузки,
равном /пер = 177,7 А (около 1,8/ о_), расцепитель сможет отклю-
чить выключатель, если этот ток будет протекать более 30 с (см.
рис. 2.6, а). Этого вполне достаточно для пуска электродвигателя М2.
При выборе тока срабатывания /с77, необходимо обеспечить условие
Лл1 = ^отсЛл2- Из рис. 2.2, а следует, что ток срабатывания электромаг-
нитных расцепителей выключателей QF2, QF3 и QF4 /с772 = 430 А. Ко-
эффициент отстройки А;777 = 1,5, получим /", = 1,5-430 - 645 А.
Находим кратность: /t77 j//р11.ном = 645/100 = 6,45. Принимаем стан-
дартную кратность, равную 7, тогда ~ 700 А.
В худшем случае с учетом отрицательной погрешности
4л1 = 0,8-700 = 560 А, а у электромагнитных расцепителей выклю-
чателей QF2, QF3 и QF4 с учетом погрешности 1сз7 = 494,5 А. Таким
образом, условие > //з2 выполняется. Для достижения селек-
тивности необходимо дополнительно у селективного выключателя
QFI принять выдержку времени, равную, например, Z77 = 0,3 с.
В условии дан ток трехфазного КЗ в конце защищаемой линии
Л1 /^внтах = 830 А. При этом токе коэффициент чувствительности
~ вн тах/Л77] = 830/700 = 1,19. При однофазном КЗ он будет не-
сколько меньше.
2.21
На рис. 2.Ю представлена схема электрической сети промыш-
ленного предприятия.
Электродвигатели защищены автоматическими выключателями
QF1 и QF2, а линия — предохранителями Гтипа ПН-2.
Выбрать тип выключателей, определить номинальные токи их
расцепителей / ом и номинальный ток плавкой вставки предохра-
нителя Z ном. В расчете учесть погрешность в токе срабатывания
предохранителей ±50 %, расцепителей выбранных выключателей и
коэффициент перегрузки ± = 2,5; коэффициент отстройки при-
нять равным котс = 1,2. Данные для расчета указаны в табл. 2.11.
146
Табл ица 2.11
Электродвигатель Номинальный ток, Пусковой ток, А Ток КЗ в точке Н3) /(3) д
Ml 75 450 1800
М2 100 580 1800
Решение
Для защиты электродвигателей можно применить автоматические
выключатели с комбинированными расцепителями типов АЗ 100, А3700
и ВА5000. Номинальный ток теплового расцепителя / = I
(см. пример 2.12).
Поэтому:
• для электродвигателя Ml с автоматическим выключателем QF1
4ном = А’ принимаем 1 иом = 80 А;
• для электродвигателя М2 с автоматическим выключателем QF2
I =100 А.
рц.ном
Из табл. 2.2, 2.4, 2.7 следует, что в качестве автоматических вык-
лючателей QF1 и QF2 можно использовать либо АЗ 120, либо А3716Б,
либо ВА51Г31. Любой из них имеет тепловые расцепители с номи-
нальными токами I = 80 А и / = 100 А. Сведения о них даны
рц.ном рц.ном
в табл. 2.12.
Таблица 2.12
Тип автоматического выключателя Ток срабатывания электромагнитного расцепителя l'3, А, выключателя
QF1 QF2
А3120 700 700
А3716Б 1600 1600
ВА51ГЗ1 1400 1400
Номинальный ток плавкой вставки предох-
ранителя Г выберем исходя из двух условий [Г].
Для этого необходимо:
Рис. 2.10. Схема электрической сети (к примеру 2.21)
147
определить максимальный рабочий ток линии
раб max
• ток кратковременной перегрузки / = 75 + 580 — 655 А
Номинальный ток плавкой вставки выбирается большим из двух
значений:
ВС. НОМ
1,2-175 = 210 А;
I = 655/2,5 = 262 А.
вс. ном . • ’
Выбираем плавкую вставку с номинальным током 315 А. При
токе КЗ в точке \ равном 1800 А, плавкая вставка перегорит за 5 с
(см. рис. 2.1, а). При этом должна быть обеспечена селективность
между предохранителем и автоматическими выключателями. У при-
веденных в табл. 2.12 автоматических выключателей электромаг-
нитные расцепители имеют одинаковую погрешность в токе сра-
батывания ±15 %. В нашем случае необходимо учитывать поло-
жительную погрешность. При этом у электромагнитного расцепителя
выключателя А3716Б /' = 1,15 1600= 1840 А. Поскольку /' > /^., m..v,
• * I Vr • J Г\. • 1_л Г1 III
при КЗ за выключателем у места его установки он не отключится и
спустя 5 с перегорит предохранитель, селективность не обеспечива-
Рис. 2.11. Совмещенные защитные характеристики
предохранителя ПН-2 (/) и автоматического выключателя АЗ 100 (2)
(к примеру 2.21)
148
ется. Поэтому этот автоматический выключатель в нашей задаче
применить нельзя.
Селективность обеспечивается как при использовании выклю-
чателя ВА51Г31, так и выключателя АЗ 120. Однако исходя из тре-
бования чувствительности последний предпочтительнее. В худшем
случае его ток / = 1,15-700 = 805 А и коэффициент чувствитель-
ности А. = 1800/805 = 2,23. Время срабатывания не более 0,02 с
(см. рис. 2.2, а).
Электромагнитный расцепитель не должен срабатывать при пус-
ках электродвигателя. Для этого необходимо иметь 1,сз = kmcIlKK. При
заданном ктс — 1,2:
• для электродвигателя Ml //., =1,2 -450 = 540 А;
• для электродвигателя М2 l[.t = 1,2 -580 = 696 А.
Селективность обеспечивается, поскольку у выбранного расце-
пителя Z/, — 700 А. Из рис. 2.11, на котором совмещены защитные
характеристики расцепителя автоматического выключателя QF2 с
/ ом = ЮО А (кривая 2) и плавкого предохранителя Fc /всном = 315 А
(кривая /), следует, что селективность обеспечивается как при пе-
регрузках, так и при коротких замыканиях. Тем более селектив-
ность сохраняется между предохранителем и выключателем QF1 с
номинальным током расцепителя 80 А.
ГЛАВА 3
ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРОВ
Для трансформаторов должны быть предусмотрены устройства
релейной защиты от повреждений и ненормальных режимов рабо-
ты [2].
К повреждениям относят:
• многофазные КЗ в обмотках и на выводах трансформатора;
• однофазные КЗ на землю в обмотках и на выводах, присоеди-
ненных к сети с глухозаземленной нейтралью;
• витковые замыкания в обмотках;
• однофазные замыкания на землю в сети 3—10 кВ с изолиро-
ванной нейтралью. От этого вида повреждения защита предусмат-
ривается, если трансформатор питает сеть, в которой отключение
однофазных замыканий на землю необходимо по требованиям бе-
зопасности.
К ненормальным режимам относят:
• прохождение сверхтоков в обмотках при внешних КЗ;
• прохождение сверхтоков в обмотках при перегрузках транс-
форматора;
• понижение уровня масла.
3.1. Устройства релейной защиты
от повреждения трансформаторов
Токовая отсечка. Такую отсечку устанавливают на трансформа-
торах мощностью менее 6,3 МВ А [2].
Защита от коротких замыканий на землю на выводах низшего на-
пряжения. В распределительных сетях широко применяют понижа-
ющие трансформаторы с соединением обмоток Y/Y ((«звезда»—«звез-
да» с заземленной нейтралью) и четырехпроводной системой со сто-
роны низшего напряжения 0,4—0,23 кВ. В такой системе однофазные
короткие замыкания на землю и замыкание фазы на нулевой про-
вод сопровождаются значительными токами повреждения и пред-
ставляют опасность для трансформатора. Поэтому на понижающих
150
трансформаторах с высшим напряжением до 35 кВ предусматрива-
ют действие защиты на отключение при указанных повреждениях
на стороне низшего напряжения трансформатора в пределах до шин
0.4 (0,23) кВ. При этом короткие замыкания на отходящих от шин
присоединениях должны отключаться защитой этих присоединений.
Максимальная токовая зашита трансформатора (защита от ненор-
мальных режимов) обычно оказывается нечувствительной к одно-
фазным КЗ и требуется специальная защита.
У трансформаторов с соединением обмоток по схеме A/YH («тре-
угольник»—«звезда» с заземленной нейтралью) сопротивление ну-
левой последовательности практически равно сопротивлению пря-
мой последовательности. Поэтому токи однофазного и трехфазного
короткого замыкания при повреждении у выводов низшего напря-
жения трансформатора имеют примерно одинаковое значение. Как
в том, так и в другом случае повреждения должны отключаться мак-
симальной токовой защитой.
Дифференциальная зашита трансформатора. Дифференциальные
токовые защиты рекомендуется применять на одиночно работаю-
щих трансформаторах мощностью 6,3 МВ-А и более и на транс-
форматорах мощностью 4 МВ А, работающих параллельно. Их ус-
танавливают также на трансформаторах мощностью I...4 МВ А в
случае, если токовая отсечка не удовлетворяет требованиям чувстви-
тельности, а максимальная токовая защита имеет выдержку времени
t'1' > 0,5 с; трансформатор установлен в районе, подверженном
землетрясениям [2]. Дифференциальные защиты выполняют в виде:
дифференциальной токовой отсечки; дифференциальной токовой
защиты с промежуточными насыщающимися трансформаторами
тока, дифференциальной токовой защиты с реле, имеющими тор-
можение.
Технические данные дифференциальных реле
типов РНТ-565, РНТ-566, РНТ-566/2, РНТ-567, РНТ-567/2,
ДЗТ-11, ДЗТ-11/2, ДЗТ-11/3, ДЗТ-11/4 [1,6,7]
Все реле, за исключением РНТ-567 и РНТ-567/2, применяют
для дифференциальной защиты одной фазы двух- и трехобмоточ-
ных силовых трансформаторов, генераторов, блоков генератор—
трансформатор, а реле РНТ-567 и РНТ-567/2 для дифференциаль-
ной защиты шин. Реле состоит из промежуточного насыщающегося
трансформатора тока (НТТ) и исполнительного органа (реле РТ-40).
Благодаря НТТ удается отстроиться от бросков тока (от апериоди-
151
ческой составляющей) в переходном режиме и тем самым повысить
чувствительность защиты. На магнитной системе НТТ расположе-
ны следующие обмотки:
а) у реле РНТ-565 — первичная рабочая и две уравнительные;
б) у реле РНТ-566 — три первичные рабочие;
в) у реле РНТ-566/2, РНТ-567, РНТ-567/2 — две первичные ра-
бочие.
Кроме этих обмоток у всех НТТ имеются вторичная обмотка
(к ней подключается реле РТ-40) и короткозамкнутая обмотка, со-
стоящая из двух секций. Регулирование тока срабатывания и ком-
пенсацию различия вторичных токов дифференциальной зашиты
осуществляют изменением числа витков первичных обмоток путем
установки регулировочных штепсельных винтов в соответствующие
гнезда. Магнитодвижущая сила срабатывания (/ и>) /•’ = 100 А.
Схема реле РНТ-565 показана на рис. 3.1.
Время срабатывания реле при / = 3/ не превышает 0,04 с, а
при / = 2/ — около 0,05 с. На основе реле РНТ выполнены
дифференциальные реле с торможением типов ДЗТ-11, ДЗТ-11/2,
ДЗТ-11/3, ДЗТ-11/4. Они предназначены для дифференциальной за-
щиты одной фазы силовых трансформаторов. В отличие от РНТ эти
реле имеют дополнительно одну тормозную обмотку, а короткозам-
кнутая обмотка отсутствует. Реле РНТ-565 использовано для вы-
полнения реле ДЗТ-11.
Его тормозная обмотка имеет 24 витка. Она включена последо-
вательно с одной из уравнительных обмоток. Все остальные обмот-
ки, как и у реле РНТ-565. Реле ДЗТ-11/2 имеет те же обмотки, что и
реле ДЗТ-11, но с другим числом витков. Тормозная обмотка соеди-
нена последовательно с рабочей обмоткой. Она имеет 175 витков.
Реле ДЗТ-11/3 и ДЗТ-11/4 выполнены на основе реле РНТ-566.
У ДЗТ-11/3 тормозная обмотка соединена последовательно с третьей
рабочей обмоткой и содержит 24 витка, а у реле ДЗТ-11/4 тормозная
обмотка соединена последовательно с первой рабочей обмоткой и
имеет 175 витков. Тормозные обмотки, как и другие обмотки реле,
имеют ответвления с гнездами для регулировки тормозного тока.
Реле РНТ-567 и РНТ-567/2 имеют один замыкающий и один раз-
мыкающий контакты. Все другие реле РНТ и ДЗТ — только один
замыкающий контакт. Пределы регулирования токов срабатывания
реле РНТ и ДЗТ даны в табл. 3.1.
Схема реле ДЗТ-11 и его тормозная характеристика даны на
рис. 3.2.
152
I
о
<D
<и
X
S
х
о
X
о
X
о
о
с
оз
X
У
о
с
2.
о
к
X
О
о
03
S
О
X
и
о
У
о
ю
о
оз
X
р
со
03
У
о
ю
с
0s
с
VO
03
о
<и
>Х
X
о
2
со
^х
X
(D
X
л
03
У
о
S
о
X
(V
X
X
по
о
X
о
сс
О
о
о:
X
У
03
О
X
о
2>
о
X
о
X
03
о:
03
о
CD
Рис. 3.2. Реле ДЗТ-11:
а - схема расположения обмоток на магнитопроводе; б — схема внутренних соединений и
включений реле; в — тормозные характеристики реле ДЗТ-11, ДЗТ-11/2, ДЗТ-11/3, ДЗТ-11/4;
1 — рабочая обмотка; 2 — вторичная обмотка; 3 — тормозная обмотка; 4^ — основная
уравнительная обмотка; и 42 — первая и вторая уравнительные обмотки
ДЗТ-11/2 РНТ-567/2 РНТ-567 71 РНТ-566 ДЗТ-11/3 ДЗТ-11 /4 РНТ-565 ДЗТ-11 Тип реле
1. Только рабочая обмотка от 0,34 до 2 А 2. Одна из уравнительных обмоток от 2,56 до 20 А Первая или вторая рабочая обмотка от 1,05 до 20 А Первая или вторая рабочая обмотка от 5,26 до 100 А 1. Первая рабочая обмотка от 0,34 до 2 А 2. Вторая рабочая обмотка от 4,35 до 33,3 А 1. Первая рабочая обмотка от 0,34 до 2 А 2. Вторая рабочая обмотка от 0,625 до 4 А 3. Третья рабочая обмотка от 2,57 до 20 А 1. Только рабочая обмотка от 2,87 до 12,5 А 2. Включенные последовательно рабочая и одна из двух уравнительных обмоток от 1,45 до 12,5 А Пределы регулирования тока срабатывания реле в зависимости от используемых обмоток
О)
о\
CD
СО
3.2. Устройства релейной защиты
от ненормальных режимов работы
трансформатора
Токовая защита от сверхтоков внешних многофазных коротких за-
мыканий. На трансформаторах мощностью менее 1 МВ А предус-
матривается максимальная токовая защита, действующая на отключе-
ние [2]. Она же вместе с токовой отсечкой является основной
защитой трансформатора. На трансформаторах мощностью более
1 МВ А должна быть предусмотрена максимальная токовая защита
с комбинированным пусковым органом напряжения или без него,
или токовая защита обратной последовательности с приставкой для
действия при симметричных КЗ.
Токовая защита от перегрузок. Защита от перегрузки предусмот-
рена на трансформаторах мощностью 0,4 МВ А и более [2]. Пере-
грузка обычно является симметричной, поэтому защиту от пере-
грузки выполняют одним реле тока, включенным в цепь одного из
трансформаторов тока защиты от внешних коротких замыканий. Для
отстройки от коротких замыканий и кратковременных перегрузок
предусматривается реле времени. Защита действует на сигнал.
В задачах и примерах настоящей главы использованы не только
рассмотренные выше реле РНТ и ДЗТ, но и реле, сведения о которых
даны в § 1.3 пособия, а также комплектное устройство ЯРЭ-2201.
ПРИМЕРЫ И ЗАДАЧИ
3.1
Защиту А от междуфазных КЗ трансформатора
со схемой соединения обмоток Y/A-ll (рис. 3.3)
предлагается выполнить в виде токовой отсечки и
максимальной токовой защиты. Выбрать схему со-
единения трансформаторов тока и реле, обеспечи-
вающую наибольшую чувствительность защит.
Рис. 3.3. Защита трансформатора (к примерам 3.1 и 3.5)
156
Рис. 3.4. Векторные диаграммы
токов (к примеру 3.1)
Решение
Согласно ПУЭ коэффициент чувствительности токовой отсечки
к, при двухфазном КЗ в точке должен быть не менее 2, а макси-
мальная токовая защита должна иметь коэффициент чувствительно-
сти, равный /<|2 > 1,5 при двухфазном КЗ в точке Кг
Защита от междуфазных КЗ может быть выполнена в виде двух-
фазной однорелейной, двухфазной двухрелейной и двухфазной трех-
релейной. Во всех случаях трансформаторы тока установлены в фа-
зах А и С.
На рис. 3.4 и 3.5 построены векторные диаграммы первичных
токов. Такими же они будут и для вторичных токов, если принять
коэффициенты трансформации трансформаторов тока К ~ 1.
Рис. 3.5. Векторные диаграммы токов
(к примеру 3.1)
157
LaY-> Lhv Lly ~ co стороны звезды (Y) и I_ab, I_h^ /гД — co стороны
треугольника (A).
1. Рассмотрим наиболее простую двухфазную однорелейную схему.
Реле включено на разность токов фаз А и С, т. е.
(см. рис. 3.4, а). Поэтому коэффициент схемы
^ = /р//ф=Л.
При двухфазном КЗ в точке Д', между фазами А и В или В и С ток в
реле в первом случае равен / р = I_aY = а во ВТОРОМ — LP = Lcy =
и коэффициент схемы к^ = I (см. рис. 3.4, б).
При КЗ между фазами А и Сток вреде / = /вУ -/сГ = 2/ф (см.
рис. 3.4, в). В этом случае коэффициент схемы к^ = 2.
Из сказанного следует, что чувствительность токовой отсечки
(КЗ в точке следует проверять по двухфазному КЗ между фазами
А и В либо между фазами В и С, когда к® = I.
Чувствительность защиты оценивается коэффициентом чувстви-
тельности к™ = к{”} I^in/(k^IC3) (см. (1.1)).
Для токовой отсечки при двухфазном КЗ в точке К
Чувствительность максимальной токовой защиты проверяется по
двухфазному КЗ в точке К,. При КЗ между фазами А и В, как следу-
ет из векторной диаграммы (рис. 3.5, г), токи в фазах А и С у места
установки защиты (со стороны звезды) равны по значению и совпа-
дают по фазе. Поэтому ток в реле / = / у -/сУ = 0 и защита сра-
ботать не может. Из-за этого двухтрансформаторная однорелейная
максимальная токовая защита не может быть применена на транс-
форматорах с соединением обмоток Y/A-l I.
Векторные диаграммы, показанные на рис. 3.5, построены для
токов в относительных единицах следующим образом. Рассмат-
ривается двухфазное КЗ в точке К2 между фазами А и В. Токи в
поврежденных фазах и равны по абсолютному значению
и смещены относительно друг друга на угол л (см. рис. 3.5, а). Их
можно разложить на симметричные составляющие прямой и обратной
последовательности, которые по абсолютному значению в 7з раз
158
меньше тока повреждения (см. рис. 3.5, б). Далее необходимо найти
токи с высшей стороны трансформатора (со стороны обмоток,
соединенных в звезду). Для этого векторную диаграмму токов
прямой последовательности поворачивают по часовой стрелке на
угол л/6, а обратной — на такой же угол, но против часовой
стрелки (см. рис. 3.5, в). Токи в фазах _1^у, и /_^у получены в
результате суммирования соответствующих токов прямой и об-
ратной последовательности. Как следует из рис. 3.5, г, ток в фазе В
1_^у в два раза больше токов 1^Y и [%)у. При других двухфазных
КЗ вид векторной диаграммы остается таким же, но максимальный
ток будет не в фазе В, а в фазе С (КЗ между В и С) или в фазе А
(КЗ между С и А).
2. Рассмотрим двухфазную двухрелейную схему (схему непол-
ной звезды).
Здесь одно реле включено на ток фазы А, а второе — на ток фазы
С. В связи с этим коэффициент схемы для любых режимов равен 1,
т е Н») = Н3) = Н2) = 1
Поэтому при любых двухфазных КЗ в точке Кх коэффициент
чувствительности токовой отсечки k^ = 17^nin/lZcz оказывается
больше в /3 раз коэффициента чувствительности рассмотренной
выше защиты с включением реле на разность токов двух фаз.
При оценке чувствительности максимальной токовой защиты
следует рассматривать КЗ в точке К2 между фазами А и В, когда ток
в фазах А и С у места установки защиты равен (1/л/з) /^, т. е.
=(>м)е
При этом
k!;l = 1^1/11^.
3 Рассмотрим двухфазную трехрелейную схему.
В отличие от двухфазной двухрелейной в этой схеме имеется
третье реле, включенное в нулевой провод, т. е. на сумму токов фаз
А и С и ток в реле равен / = [_ lY + /сГ На чувствительность токо-
вой отсечки оно не оказывает влияния. Реле определяет чувстви-
тельность максимальной токовой защиты при КЗ между фазами А и
В в точке К2, когда ток в реле пропорционален сумме токов
/*>+/^=.(г/7з)ё
159
Рис. 3.6. Схема токовых цепей
защиты (к примеру 3.1)
При других двухфазных КЗ в этой точке в аналогичных условиях
находится реле, включенное на ток фазы А, или реле, включенное
на ток фазы С.
Таким образом, у этой схемы коэффициент чувствительности равен
= 1(2/Л)/Р’/(и”)>
т. е. она в два раза чувствительнее схемы неполной звезды.
Таким образом, для удовлетворения заданного в примере усло-
вия выбираем для токовой отсечки двухфазную двухрелейную схе-
му, а для максимальной токовой защиты — двухфазную трехрелей-
ную. Схема токовых цепей защит показана на рис. 3.6. Здесь КА1,
КА2, КАЗ — реле максимальной токовой защиты, а КА4, КА5 — реле
токовой отсечки.
3.2
Схема соединения обмоток трансформатора — Y/Y-0, его выс-
шее напряжение равно 10 кВ, а низшее — 0,4 кВ, напряжение ко-
роткого замыкания £/ = 5,5 %, сопротивление обратной последова-
тельности X, равно сопротивлению прямой последовательности Х{,
а сопротивление нулевой последовательности Хо = 7ХГ
На трансформаторе установлена максимальная токовая защита.
Трансформатор может перегружаться на 40 %. При КЗ с низшей
стороны трансформатора коэффициент чувствительности защиты дол-
жен быть не менее 1,5. Проверить, обеспечивается ли такая чувстви-
тельность при однофазных КЗ. Принять = 1,2; кс = 0,8; к п = 2.
Решение
1. Выразим номинальный ток трансформатора через ток трехфаз-
ного КЗ при повреждении с низшей стороны трансформатора:
160
Рис. 3.7. Векторная диаграмма токов при однофазном КЗ / 2^(1)
(к примеру 3.2)
= (Г./100) /<” = (5,5/100) /<’> = 0,055/®.
2. Определим максимальный рабочий ток трансфор-
матора. 1
Трансформатор перегружается на 40 %, поэтому
/,„6|„ах = 1Л/Т„О„ = 1,4 0,055/® = 0,077/®.
priU UloA 1.I1UM ' Л К
3 Найдем ток срабатывания защиты Г'
Г г =1т(1)
Lb-Lc
1П/ =(кш к /к]/
‘ с.з у^отс *3:311 / '''в / ' раб max
= (1,2 • 2/0,8) • 0,077 /<3) = 0,231 /<3).
4. Выразим ток однофазного КЗ через ток трехфазного КЗ
/<3) при повреждении с низшей стороны трансформатора. При од-
нофазном КЗ, например, фазы А с низшей стороны трансформато-
ра векторная диаграмма токов с его высшей стороны (у места уста-
новки защиты) показана на рис. 3.7. Здесь ток
/« = 3£/ф/(Х1+Х2+7%1) = //ф/ЗХ,.
Поскольку ток /® = иф/то /® = /®/3, ток в фазе А у места
установки защиты
1Й = (2/3)/«=(2/9)/® = 0,22/®.
Он меньше тока срабатывания, равного 0,2311^. Поэтому макси-
мальная токовая защита, выполненная в виде двухфазной трехре-
лейной схемы, к однофазным КЗ нечувствительна При двухфазной
двухрелейной схеме при повреждении фазы В токи в фазах А и С, к
которым подключены реле, равны
кл = Lc = 0/з)/® = о,п/®,
т. е. защита тем более не реагирует на однофазные КЗ.
161
Рис. 3.8. Схема понижающей подстанции
(к примерам 3.3 и 3.4)
3.3
На понижающей подстанции напря-
жением 38,5/6,3 (рис. 3.8) установлены
два трансформатора мощностью 16 МВ-
А каждый. Обмотки трансформатора со-
единены по схеме Y/A-l 1, напряжение
короткого замыкания (7. = 8 %.
В нормальном режиме секционный
выключатель Q3 отключен. На нем ус-
тановлено устройство АВР. Оно вклю-
чает выключатель при отключении од-
ного из трансформаторов. При этом оставшийся в работе трансфор-
матор перегружается на 40 %.
Рассмотрим максимальную токовую защиту А трансформатора
Т1. Необходимо выбрать схему соединения трансформаторов тока и
реле, обеспечивающую коэффициент чувствительности защиты при
двухфазных КЗ в точке К кц > 1,5.
Принять коэффициент отстройки к"[ = 1,2, коэффициент воз-
врата кв = 0,8, коэффициент самозапуска к_,п = 2,5. При трехфазном
КЗ на шинах 38,5 кВ (точка /Q мощность КЗ равна 190 МВ А.
Решение
Расчет выполним в относительных единицах. За базисную мощ-
ность примем номинальную мощность трансформатора = S =
= 16 МВ А.
1. Определим сопротивление системы до шин 38,5 кВ и сопро-
тивление трансформатора в процентах. Сопротивление системы
Y % = (5б/5) -100 = (16/190) 100 = 8,42,
сопротивление трансформатора Л % = (/ % = 8.
2. Найдем ток трехфазного КЗ при повреждении в точке К2\
~ __122_ г - юо { - & г
к2 X % + Х % тном 8,42 + 8 тном тном’
162
3. Определим ток срабатывания максимальной токовой защиты
По условию трансформатор может перегружаться на 40 %, по-
этому 1 бтах = 1,4/ ом, а ток срабатывания защиты
= (1,2-2,5/0,8)-1,4/ м = 5,257 .
При двухфазном КЗ в точке К2 ток в одной из фаз у места уста-
новки защиты равен трехфазному току КЗ, т. е. 6/тном. Если выпол-
нить защиту по двухфазной трехрелейной схеме, то при любых двух-
фазных КЗ чувствительность, как это следует из примера 3.1, необ-
ходимо проверять по этому току:
К = 1-6/тво„/(1.5,257,.„ом) = 1,14<1,5.
У схемы неполной звезды коэффициент чувствительности бу-
дет в два раза меньше (см. пример 3.1). Поэтому в таком виде
максимальную токовую защиту применить нельзя. Ее следует до-
полнить комбинированным пусковым органом напряжения. В этом
случае ток срабатывания защиты определяют без учета коэффици-
ента самозапуска (£сзп = 1) и без учета перегрузки по выражению
-(*"'/*.) Л— =(1,2/0,8)/тно„ = 1,57,„ом.
И защиту можно выполнить даже в виде двухфазной двухрелей-
ной схемы. Для нее
^) = 1-3/т.вом/(1-1,5/г.„ом) = 2>1,5.
4. Определим параметры срабатывания комбинированного пус-
кового органа напряжения.
Он состоит из минимального реле напряжения, включенного на
одно из междуфазных напряжений, и максимального реле напряже-
ния, которое присоединяется к фильтру напряжения обратной пос-
ледовательности [1]. Минимальное реле обеспечивает запуск защи-
ты при симметричных КЗ. Его напряжение срабатывания U''3\ прини-
мают около (0,6...0,7)Ц ом. Этим исключается срабатывание защиты
в режиме самозапуска электродвигателей. Чувствительность защи-
ты проверяется при трехфазном КЗ в конце защищаемой зоны (точ-
ка К2). При этом междуфазное напряжение в месте установки защи-
163
ты ^Утах должно быть таким, чтобы коэффициент чувствительности
кчи ~ пах был не менее 1,5.
Максимальное реле напряжения, присоединенное к фильтру
напряжения обратной последовательности, разрешает срабатывать
защите при несимметричных КЗ. Его напряжение срабатывания
должно быть отстроено от напряжения небаланса фильтра. По дан-
ным опыта эксплуатации рекомендуется принимать U f/'2 = 0,06 U
При этом коэффициент чувствительности
Здесь Цкпйп — напряжение обратной последовательности у места
установки защиты при двухфазных КЗ в точке Кг
5. Определение трансформатора напряжения, к которому следу-
ет подключить комбинированный пусковой орган напряжения.
Напряжение в точке повреждения при трехфазном КЗ равно
нулю, а при двухфазных КЗ напряжение обратной последователь-
ности максимально и равно 0,5 (/, при этом к реле с выхода филь-
тра подводится напряжение
Ур2 = 1,5Жф = 1,5Д 0,5(/11ом/Д = 0,751/,юм
[1]. Поэтому пусковой орган целесообразно подключить к трансфор-
матору напряжения, установленному на шинах напряжением 6,3 кВ.
В этом случае чувствительноегь минимального реле £ = 0,6£/ /0 = «=,
а чувствительность максимального реле напряжения наибольшая и
равна к = 0,75/7 /0,066/ = 12,5.
Г чи 7 ном7 ’ ном ’
3.4
На трансформаторе Т1, рассмотренном в примере 3.3 (см. рис. 3.8),
решено установить дифференциальную токовую отсечку Необхо-
димо проверить обоснованность такого решения
Решение
1 Выбор тока срабатывания защиты
Для отстройки от бросков тока намагничивания и тока небалан-
са Aiepc-imaxp обусловленного максимальным током внешнего КЗ
Свитах (трехфазное повреждение в точке К-,), рекомендуется прини-
мать ток срабатывания /с} = (3...4,5)/ .
164
2. Определим максимальный ток небаланса [1]:
^нб_рсч max I '(*.„e + A^r+V„p)/100
Здесь к п — коэффициент, учитывающий апериодическую составля-
ющую в токе КЗ, к u = 2, е — полная погрешность трансформаторов
тока, е = 10 %; Дб/рег — диапазон регулирования коэффициента транс-
формации защищаемого трансформатора Т1 (при наличии РПН),
д£/ г — ±16%; Д± — погрешность от неточности выравнивания то-
ков в плечах дифференциальной защиты, Д/цр = 5 %.
Указаны максимальные значения составляющих тока небаланса.
В этом случае /нбрсчп1ах1 = 0,41/^нтах. В примере (3 3)
/(3) _/(3)_^у
к.вн max к 2 т.ном '
Поэтому
/к = 0,41 61 =2,467 .
нб.рсч max 1 ’ т.ном ’ т.ном
Рекомендации по выбору тока срабатывания / з, указанные в п. 1,
обеспечивают отстройку защиты от максимальных расчетных токов
небаланса. Принимаем /сз = 3/тном.
3. Проверим чувствительность защиты.
Минимальный коэффициент чувствительности будет при двух-
фазном КЗ с низшей стороны трансформатора (можно воспользо-
ваться током при повреждении в точке К2):
Л) _ М2)/(2) )
% ~ Лсх 7к2/\Лсх 7с.з±
Здесь
/и = 0,8657™ = 0,865-67,= 5,19/,„в;
к® = кт = Л;
vcx ,vcx v ’
к? = Л 5,197,„„„/(Д 37,тв) = 1,73 < 2.
Коэффициент чувствительности оказался меньше допустимо-
го, поэтому дифференциальную токовую отсечку применять
нельзя.
165
3.S
К шинам системы с сопротивлением X и напряжением под-
ключен трансформатор, обеспечивающий питание тупиковой под-
станции (см. рис. 3.3). Определить соотношение между сопротивле-
нием системы Хс и сопротивлением трансформатора Ху, при котором
токовая отсечка трансформатора, выполненная по схеме неполной
звезды, будет иметь минимальный коэффициент чувствительности
> 2 при коэффициенте отстройки к'тс = 1,4.
Решение
Для решения этой задачи необходимо знать максимальный ток
внешнего КЗ при трехфазном повреждении в точке К2 /фонтах и ток
двухфазного КЗ при повреждении в точке К, у места установки за-
щиты
Ток срабатывания отсечки [1]
Д, = 02,.™ = 1,4(/£/[Л(Ус +Хт)].
Ток двухфазного КЗ в точке Кх
/<? = 0,865 /И = 0,8651/с/Д Хс.
Коэффициент чувствительности, как известно, определяется из
выражения [1]
k,=k£>ll:L/№'.4
Подставляя сюда значения токов и принимая во внимание усло-
вие задачи, после сокращения получим 0,865(2/ + Xr)/l,4X > 2, от-
куда Хт > 2,242/.
3.6
К шинам источника питания напряжением 6 кВ подключен по-
нижающий трансформатор ТМ-1000/10 мощностью 1000 кВ А, на-
пряжением 6/0,4—0,23 кВ. Обмотки трансформатора соединены по
схеме Y/Y-0 (рис. 3.9). Ток трехфазного КЗ в точке К, = 5000 А,
166
Рис. 3.9. К расчету зашиты трансформатора
(к примеру 3.6)
ток однофазного КЗ в точке отнесенный
к напряжению 0,4 кВ, ( J = 8518 А, макси-
мальный ток внешнего КЗ (трехфазное повреж-
дение в точке К3), отнесенный к напряжению
0,4 кВ, /2И П]ах = 26000 А. На трансформаторе
предусмотрена токовая отсечка (защита А1
на рис. 3.9). Рассмотреть возможность вы-
полнения ее в виде двухфазной однорелей-
ной и двухфазной двухрелейной с исполь-
зованием как в том, так и в другом случае
реле РТ-80 или реле РТ-40. Для реле РТ-80
принять коэффициент отстройки А/1с = 1,5,
а для реле РТ-40 — k'.rc = 1,2. При этом
необходимо обеспечить коэффициент чув-
ствительности к^ >2. На трансформаторе
предусматривается также защита от КЗ на
землю на его выводах со стороны низшего
напряжения и в соединениях с шинами 0,4
кВ, например, в точке А', (защита А2 на рис. 3.9). Для выполнения
защиты используется реле РТ-80. Определить ток срабатывания за-
щиты и выбрать характеристику реле. Принять коэффициент отстрой-
ки к”'с = 1,2, коэффициент возврата = 0,8, коэффициент пере-
грузки трансформатора к , = 1,4 При этом коэффициент чув-
ствительности должен быть kt > 1,5 и обеспечена селективность с
предохранителями потребителей, подключенных к шинам 0,4 кВ.
В цепи наиболее мощного потребителя установлен предохранитель
Гтипа ПН-2 с номинальным током плавкой вставки /с ном = 250 А.
На рис. 3.10 построена ее защитная характеристика /.
Решение
1. Для выбора тока срабатывания отсечки воспользуемся выра-
жением /с'3 = A/TC/Slimax 11]. Для этого отнесем ток /^Н|пах к напря-
жению 6 кВ /^11П1ЯХ = 26000 • 0,4/6 = 1733 А. Ток срабатывания от-
сечки с учетом заданного коэффициента отстройки:
• при использовании реле РТ-80 /Д = 1,5 1733 = 2600 А;
167
• при использовании реле РТ-40 /с;3 = 1,2-1733 = 2080 А.
Для определения коэффициента чувствительности воспользуем-
ся выражением &J(2) = При этом для двухфазной од-
норелейной схемы коэффициенты схемы и к£} = 1, а для
двухфазной двухрелейной = к^ = ^2) = 1. Коэффициент чувстви-
тельности определяют при двухфазном КЗ в точке Кх (см. рис. 3.9):
= 0,865/^ = 0,865-5000 = 4325 А.
С учетом этого для двухфазной однорелейной схемы:
• при использовании реле PT-80 к\ = 1 4325ДТЗ • 2600) = 0,96;
• при использовании реле РТ-40 к\ = I • 4325/ 2080) = 1,2.
И в том, и в другом случае коэффициент чувствительности мень-
ше требуемого. Поэтому двухфазная однорелейная схема не может
быть рекомендована.
Рассмотрим двухфазную двухрелейную схему:
• при использовании реле PT-80 к\ = 1 -4325/1 -2600 = 1,7;
• при использовании реле РТ-40 к1ч = 1 4325/1 2080 = 2,1.
Из анализа следует, что на трансформаторе следует установить
отсечку, выполненную по двухфазной двухрелейной схеме с исполь-
зованием реле РТ-40.
Рис. 3.10. Защитные характеристики предохранителя и защиты
(к примеру 3.6)
168
1. Защита от КЗ на землю А2 выполнена одним реле РТ-80, под-
ключенным к трансформатору тока ТАЗ, установленному в нейтра-
ли трансформатора Т (см рис. 3.9).
Номинальный ток трансформатора Т, отнесенный к стороне
0,4 кВ,
= ЮОО/(Д О,4) = 1445 А.
Для определения тока срабатывания защиты воспользуемся вы-
ражением
/”=(0,25*"'^/*.)/™
[11 и значениями коэффициентов, указанных в условиях задачи:
Гс'' =0,25 1,2 1,4 1445/0,8 = 759 А.
Характеристики реле РТ-81/1 даны на рис. 1.5. Выбираем харак-
теристику с временем в установившейся части 0,5 с. При этом вре-
мя срабатывания реле при токе срабатывания 759 А равно 4 с Ха-
рактеристика реле 2 изображена на рис. 3.10 пунктиром. Как следу-
ет из защитной характеристики / плавкой вставки (см. рис. 3.10),
при этом токе плавкая вставка перегорает за время более 50 с, и
селективность не обеспечивается даже при токе 2 кА. Для обеспече-
ния селективности необходимо, по крайней мере, ток срабатывания
защиты принять не менее 1,5 кА. Характеристика реле 3 при этом
смещается вправо и селективность сохраняется при любых возмож-
ных токах однофазного КЗ.
В этом случае коэффициент чувствительности
=8518/1500 = 5,67,
т. е. удовлетворяет требованию.
3.7
На трансформаторе со схемой соединения обмоток Y/A-l 1 пре-
дусматривается продольная дифференциальная защита. Она может
быть выполнена либо трехрелейной (рис. 3.11, а), либо двухрелей-
ной (рис. 3.11, б). Необходимо обосновать указанные на рисунках
схемы соединения трансформаторов тока и реле и сравнить их меж-
ду собой. С целью упрощения рассуждений коэффициент транс-
формации силового трансформатора принять равным лт = 1.
169
-
Решение
Продольная дифференциальная защита обладает абсолютной
селективностью. Для достижения этого необходимо схему защиты
выполнить так, чтобы при внешних КЗ (точка К на рис. 3.11, а и б)
и в нормальном режиме в реле проходил только ток небаланса.
Как следует из рис. 3.11, а и б, реле включены так, чтобы в этих
режимах ток вреде/С4 7/р1 = I_1ABY -/2ЛЛ, вреде КА2 /р2 = / 2BCY - I_2Bt
и в реле КАЗ I.3 = / 2САУ - /2Сд- Поэтому задача состоит в том, чтобы
ТОКИ L2ABY и Liav Libcy И L2CAY И — 2Сл были, по возможнос-
ти, равны по абсолютному значению и совпадали по фазе.
На рис. 3.11, вид построены векторные диаграммы первичных
токов для нормального режима и внешнего трехфазного КЗ IlAy, 11ВУ,
1[СУ (со стороны обмотки трансформатора, соединенной в звезду
(рис. 3.11, в)); 11А^ 11Вь, 1[С& (со стороны обмотки трансформато-
ра, соединенной в треугольник (рис. 3.11, г))). Токи соответствую-
щих фаз смещены относительно друг друга на угол л/6 в связи с
соединением обмоток силового трансформатора по схеме Y/Д-11.
Это следует иметь в виду при выборе схем соединения трансфор-
маторов тока. В условии задачи с низшей стороны трансформаторы
тока на рис. 3,11, а соединены в схему полной звезды, а на рис. 3.11,7? —
в схему неполной звезды. И в том, и в другом случае во внешнюю
цепь и в реле проходят вторичные фазные токи /2ЛД, Libm Lia- Для
неполной звезды /2вг = О
Если принять коэффициент трансформации трансформаторов тока
ТА2 = /Д/Л\ = I, то по абсолютному значению эти токи будут
равны первичным, а векторная диаграмма (она показана на рис. 3.11, е)
такой же, как и для первичных токов (см. рис. 3.11, d). Это справед-
ливо при отсутствии погрешностей трансформаторов тока.
С высшей стороны защищаемого трансформатора трансформа-
торы тока соединены в полный треугольник так, что во внешнюю
цепь и через соответствующие реле проходят токи 1_2АВУ, Libcy-> Licay
(см. рис. 3.11, а) или только через реле КА1 и КАЗ Liabyi Lzcay (см-
рис. 3.11, б). На рис. 3.11, г построена векторная диаграмма этих
токов для случая, когда коэффициент трансформации трансформа-
торов тока TAI Kf = 11У/12У = 1. Из сравнения этой векторной диаг-
раммы с векторной диаграммой на рис. 3.11, е следует, что сравни-
Рис. 3.11. Схемы продольной дифференциальной защиты
трансформатора и векторные диаграммы токов (к примеру 3.7)
171
ваемые токи (токи в реле) совпадают по фазе, но не равны по абсо-
лютному значению, а именно:
Такие же соотношения и при внешних двухфазных КЗ. Это сле-
дует из векторных диаграмм рис. 3.11, ж—м, построенных для КЗ
между фазами А и В (см. рис. 3.11, з, л, м). В данном случае прохо-
дят токи в реле КА1 (/р1)ив реле КА2 (/р2), ток в реле КАЗ отсут-
ствует. При других двухфазных КЗ векторные диаграммы аналогич-
ны, но соотношение между токами иное:
• при КЗ между фазами Ви С
/(2) _ЬЛ/з\/(2) /(2) _ r(2) _ /l//¥\/(2)
Licy ~ \Ч JLic^ Lzby ~ Liay ~ ~\1/ ) 1_2Сь
(проходят токи в реле КА2 и КАЗ);
• при КЗ между фазами С и А
'йг = (2/^)/^, Licr = /йг = -(1/Л)/й\
(проходят токи в реле КА1 и КАЗ).
В схеме на рис. 3.11, б реле КА2 нет.
Для выравнивания токов по абсолютному значению необходимо
токи Г2АВУ, Г2ВСУ, К2САУ уменьшить в \/3 раз.
Это достигается увеличением коэффициента трансформации
трансформаторов тока ТА1, соединенных в треугольник, в л/З. При
условии выполнения этого обе предложенные схемы при соответ-
ствующем выборе тока срабатывания удовлетворяют требованиям
селективности, т. е. не допускают излишних срабатываний при вне-
шних КЗ и ложных срабатываний в нормальном режиме.
2. Чувствительность защиты обычно проверяется по двухфазно-
му КЗ на выводах низшего напряжения трансформатора (точка К,
на рис. 3.11, а и б). При этом векторные диаграммы токов будут
такими же, как и при КЗ в точке Kv но ток в реле будет проходить
только от трансформаторов тока, соединенных в треугольник (транс-
форматоры ТА1). Для рассмотренного двухфазного КЗ между фаза-
ми А и В это ток 7$ву в реле КА 1 и ток L'ibcy в реле КА2. Как следует
из векторных диаграмм, приведенных на рис. 3.11, л и м, они равны
по абсолютному значению. Такие же токи будут проходить при дру-
гих видах двухфазного КЗ в реле КА2 и КАЗ при КЗ между фазами В
и С, в реле КА1 и КАЗ при КЗ между фазами Си А.
172
Поскольку в схеме на рис. 3.11, б реле КА2 отсутствует, при КЗ
между фазами А и В ток проходит только в одном реле КА1, а при
КЗ между фазами В и С — только в реле КАЗ.
Таким образом, в этой схеме при всех видах двухфазного КЗ в
точке К (в защищаемой зоне) хотя бы в одном из реле проходит ток
повреждения. Из сказанного следует, что и по чувствительности обе
схемы равноценны (КЗ в точке К2).
Однако при двухфазном КЗ в точке К, между фазами В и С двух-
релейная схема оказывается менее чувствительной. Векторные ди-
аграммы токов при двухфазном КЗ аналогичны диаграммам, ука-
занным на рис. 3.11, ж и з. На их основе составлена табл. 3.2, в
которой указаны токи, проходящие в реле, если ток повреждения
принять за единицу.
Таблица 3.2
КЗ между фазами Токи в реле
КА1 КА2 КАЗ
А и В 2 1 1
Ви С 1 2 1
Си А 1 1 2
В схеме на рис. 3.11, о реле КА2 отсутствует, поэтому ее чувстви-
тельность при КЗ между фазами В и С в точке К2 оказывается в два
раза меньше, чем чувствительность трехрелейной схемы.
Но поскольку токи КЗ в точке К, значительно больше токов
повреждения в точке чувствительность двухрелейной схемы мо-
жет оказаться вполне достаточной.
3.8
Выбрать места установки, токи срабатывания и выдержки вре-
мени максимальных токовых защит трехобмоточного трансформа-
тора мощностью 25 МВ А, напряжением 115/38,5/11 кВ, получаю-
щего питание со стороны 115 кВ.
Потребителям со стороны 11 кВ может отдаваться до 100 % мощ-
ности трансформатора, потребителям со стороны 38,5 кВ — до 67 %.
Максимальные значения выдержек времени защит А4 и А5, уста-
новленных на отходящих линиях, приведены на рис. 3.12.
173
АЗ, 38,5 кВ
11 кВ
Рис. 3.12. Защита трехобмоточного трансформаторе!
(к примерам 3.8, 3.9)
Принять коэффициент отстройки к”'с = 1,2; коэффициент воз-
врата кй = 0,85; ступень селективности А/ = 0,5 и коэффициент са-
мозапуска kcjn = 2. Защита должна обеспечить отключение только
того выключателя, на стороне которого произошло повреждение.
Решение
1. Выбираем выдержки времени:
а) защиты установлены со всех трех сторон Al, А2, АЗ трансформа-
тора t"1 = 2 + 0,5 = 2,5 с (защита А2), = 1 + 0,5 = 1,5 с (зашита АЗ),
t"1 =2,5 +0,5 = 3 с (защита А / отключает все выключатели);
б) защиты установлены с двух сторон.
Нет защиты А2 со стороны 11 кВ. При этом защита А 7 со сторо-
ны 115 кВ должна иметь две выдержки времени. С меньшей из них,
t!n = 2 +0,5 = 2,5 с она отключает выключатель 02, а с большей
t"1 =2,5+ 0,5 = 3 с — все выключатели, т. е. время отключения
трансформатора такое же, как и при наличии всех защит.
Если отказаться от защиты АЗ, то для обеспечения селективного
действия защиты /17 ее меньшая выдержка времени, с которой
она должна отключать выключатель Q3 при КЗ на присоединени-
ях 38,5 кВ, должна быть отстроена не только от t'n, но и от t"f, т. е.
выключатель будет отключаться защитой /17 с выдержкой време-
174
ни, равной 3 с (2,5 + 0,5), а ее выдержка времени t"' станет рав-
ной 3,5 с (3 + 0,5).
Таким образом, для получения большего быстродействия следует
или предусмотреть все защиты, или отказаться от защиты А2. При
этом обеспечивается и термическая стойкость трансформатора.
С целью упрощения защиты от внешних КЗ трансформатора
отказываемся от защиты А2.
2. Определим ток срабатывания зашиты А1 и АЗ по известной
формуле [1]
in
С.З
к'п к
fvotc сзп
раб шах ’
к
В длительном режиме нагрузка трансформатора равна его номи-
нальной мощности, т. е. максимальный ток со стороны 115 кВ ра-
вен его номинальному току
раб max 1 т.ном
25000
>/3 115
= 125,66 А,
а ток срабатывания защиты А /
= 1^2125,66 = 355 А.
сл 0,8
По условию задачи потребителям со стороны 38,5 кВ отдается
мощность, равная 67 % номинальной мощности трансформатора.
Поэтому здесь максимальный рабочий ток
раб max
= 0,67 У°--0 =251,5 А,
ч/З • 38,5
а ток срабатывания защиты АЗ
Г" = 251,5 = 710 А.
сл 0,8
3.9
В примере 3.8 максимальные токовые защиты решено выпол-
нить с комбинированным пусковым органом напряжения, состоя-
щим из фильтра-реле напряжения обратной последовательности и
минимального реле напряжения, включенного на междуфазное на-
пряжение
175
Необходимо определить токи срабатывания защит А1 и АЗ и
коэффициент чувствительности фильтра-реле обратной последо-
вательности защиты АЗ при двухфазных КЗ на шинах 38,5 кВ.
Фильтр-реле подключено к трансформатору напряжения, установ-
ленному на этих шинах. Напряжение срабатывания фильтр-реле
С/'" = 0,06 ит.
Решение
1. При наличии комбинированного пускового органа режим
самозапуска не учитывается, т. е. при определении тока срабаты-
вания принимаем ксзп = 1. Поэтому в данном случае токи сраба-
тывания защит А1 и АЗ будут в два раза меньше полученных в
примере 3.8.
2. Известно, что при двухфазном КЗ напряжение обратной
последовательности в месте повреждения, в нашем случае на
шинах 38,5 кВ, равно половине номинального фазного напряже-
ния, т. е.
^ф=0,5(/ф = 0,5С/„ом/Д.
При этом к реле с выхода фильтра подводится напряжение
(/р2 = 1,5Л£/2ф = 1,5Л .0,5{/т1/Л = 0,75{/„„
и коэффициент чувствительности равен
£ =0,754/ /0,0647 =12,5
ч и ’ ном7 ’ ном ’
(см. пример 3.3).
3.10
На трансформаторе с высшим напряже-
нием Ю кВ, мощностью 1000 кВ А установ-
лен предохранитель /’типа ПКТ (рис. 3.13).
Максимальный ток внешнего КЗ (повреж-
дение в точке К{) /фонтах, отнесенный к на-
пряжению 10 кВ, равен 1051 А.
Рис. 3.13. Защита трансформатора предохрани-
телем (к примеру 3.10)
176
Выбрать номинальный ток плавкой вставки и проверить терми-
ческую стойкость трансформатора при токе /^Lmax-
Решение
1. Определим номинальный ток трансформатора
т.ном
т.ном
1000
Л • ю
= 57,8 А.
2. Выберем номинальный ток плавкой вставки, используя выра-
жение I = (1,5...2)/ пм [1]:
ВС.НОМ х ' т.ном L J
ВС. ном
1,6-57,8 = 92,48 А.
Выбираем плавкую вставку с током /сс ном = 100 А (см. рис. 1.10).
3. По выражению / = 1500/Л2 найдем допустимое время протека-
ния тока /™, т„, кратность которого к = = 1051/57,8 = 18:
= 1500/(18)2 = 4,6 с.
Исходя из требований [2] время отключения трансформатора не
должно превышать 4 с.
4. Из рис. 1.10 следует, что при токе 1051 А
время перегорания выбранной плавкой вставки
t = 0,4 с.
Термическая стойкость трансформатора обес-
печивается, так как t < t и менее 4 с.
’ пр доп
3.11
Для трансформатора (рис. 3.14) предусматри-
вается дифференциальная защита с реле РНТ-565.
Необходимо выбрать трансформаторы тока и
схемы их соединения, определить ток срабатыва-
ния защиты, числа витков уравнительных обмо-
ток реле РНТ-565, коэффициент чувствительно-
сти и добиться требуемого коэффициента отстрой-
ки к > 1,3.
ОТС ’
Рис. 3.14. К расчету дифференциальной защиты
трансформатора (к примерам 3.11, 3.12, 3.13)
177
Данные для расчета даны в табл. 3.3.
Таблица 3.3
Мощность транс- форматора, МВ А Номинальное напряжение, кВ Д67 , % per’ Ток повреждения, кА
ВН НН при трех- фазном КЗ в точке К ' к.вн max при двух- фазном КЗ в точке к,/?’
10 115 6,6 ±16 7,48 6,48
Примечание. Токи отнесены к напряжению 6.6 кВ.
Решение
1. Выбор тока срабатывания защиты.
При любом выполнении дифференциальной защиты трансфор-
матора ток ее срабатывания выбирают из двух условий 111:
а) защита не должна срабатывать при бросках тока намагни-
чивания I > к / . где к г для реле РНТ-565 принимаем рав-
ным 1,3.
Номинальный ток трансформатора
\ном _ 10000 _
4зи л/З 115
v ном v
и ток срабатывания зашиты /сз1 >1,3- 50,2 = 65,3 А;
б) защита не должна срабатывать при внешних КЗ:
отс нб.рсч max 1 ’
где
__ ^ап Лодн£ + А^рсг + А/вр
нб.рсч max 1 — i пм * к.вн max •
Коэффициент км учитывает апериодическую составляющую в
токе /, ^НП1ах, для реле РНТ-565 он принимается равным кап = 1. Ко-
эффициент однотипности к н для дифференциальной защиты
трансформатора принимается максимальным (к = 1). Полная по-
грешность трансформаторов тока е = 10%. Неравенство токов в
плечах защиты учитывается Д/пр, допускается токи не выравнивать,
если Д/ < 5 %.
J пр
178
В первом приближении Д/’р в выражении тока небаланса /нбрсчтаХ|
можно не учитывать в связи с последующим выбором числа вит-
ков уравнительных обмоток.
С учетом сказанного ток небаланса
- I • 1•10 + 16 ,(3) л 26 /(3)
нб.рсч maxi i nn 1 к.вн max v’ к.вн max ’
100
а ток срабатывания
с.з 2
> 1 3 0 26/(3)
— 1 ? V, V I K BH max
k.dh max ’
Для стороны 6 кВ
нб.рсч max 1
= 0,26-7480 = 1945 А.
Максимальный ток внешнего КЗ, приведенный к стороне 115 кВ,
= 7480 (6,6/115) = 429 А.
Ток срабатывания защиты
I ,> 0,33-429 = 145 А.
с.з 2 ’
Из двух значений тока срабатывания необходимо выбрать боль-
шее значение, т. е. /сз = /сз, = 145 А. Этот ток, отнесенный к сторо-
не 6 кВ, равен 2527 А.
2. Определим коэффициент чувствительности защиты при двух-
фазном КЗ в точке К{.
Отнесем ток к напряжению 115 кВ: /f* = 6480 • (6,6/115) = 372 А.
Коэффициент чувствительности k4 = к^' f j /1 к'^, Защищаемый
трансформатор имеет соединение обмоток Y/A-11.
Поэтому трансформаторы тока с одной из сторон соединяются в
полный треугольник, а с другой — в звезду. Нейтраль трансфор-
матора заземлена. В этом случае в полный треугольник следует соеди-
нить трансформаторы тока, расположенные с высшей стороны. При
такой схеме соединения для двухфазного КЗ в точке к^ = к^ = V3
и коэффициент чувствительности
к® = -х/з • 372/(73 • 145) = 2,57 > 2.
Чувствительность достаточная. Дальнейший расчет оформим в виде
табл. 3.4.
179
Таблица 3.4
№ п/п Величина Расчетные значения для сторон
ВН НН 1
1 Первичный номинальный ток защищаемого трансфор- матора, А 7 — *5*т.ном _ 10000 -л ~ -jTTi;-50’2 I — ^Т.ном _ 10000 Q7C 0 '"~“‘Лг/„нол’7Г«=875’8
2 Схема соединения обмоток защищаемого трансформатора У/Д-11 Y д
3 Схема соединения транс- форматоров тока д Y
4 Коэффициент схемы к^'1 л/3
5 Коэффициент трансформа- ции трансформатора тока ^(3) j г IX КСХ71/НОМ 73'50,2 . - . К\Ь~ 5 - 5 • - 17,4. Принимаем Kf, = 20 л(3), IX _ ЛСХ*1//нОМ 1 '875,8 Л*У 5 5 "175- Принимаем К/у = 200
6 Вторичный ток в плечах за- щиты, соответствующий но- минальной мощности транс- форматора, А /о <> т Лсх 21 / ном v 3 • 50,2 л - ' 20 -4’35 , (3) . г *сх-ч//ном 1-875,8 л KIY = 200 = 4'37
7 Ток срабатывания реле, А 7 = з 1 _ УЗ * 145 _ 1 ср/ К,. 20 -12’56 / А г лсх /с.з// 1 • 2527 <’"=~K,Y “ 200 = 12’64
8 Расчетное число витков об- мотки НТТ реле для основ- ной стороны защищаемого трансформатора; обычно за основную сторону принимают сторону с наибольшим током срабатывания /ср.осн (4.Р / или /ср „), А Л:.р w = ту ОСН. рсч г ' е.р.осн Fc p = 100 А — Ю0 = 7 91 ^ОСН.рсч “ 12 64
9 Предварительно принятое число витков для основной стороны w = 7 ОСН
10 Расчетное число витков уравнительной обмотки НТТ реле для неосновной стороны ^осн ^Зосн.ном __ 7 * 4,37 _ у 032 Wнеосн.рсч “ т 4^5 ‘2 неосн. ном ’ Предварительно принимаем 7
11 Составляющая первичного тока небаланса /нб вр1, обусловленная округлением расчетного числа витков не- основной стороны, А r Wнеосн.рсч ^неосн г(3) _ 7,032 — 7 74ОА _ 7Д /нб.Вр1 - w Свитах 7^32 "неос н.рсч
12 Первичный расчетный ток небаланса 1 , . нб.рсч max 1 с учетом составляющей 1 с .» А нб.ор 1 ’ К = 1945 + 34 = 1979 нб.рсч max 1
Окончание табл. 3.4
Расчетные значения для сторон - вн НН г—4 II II 6 СХ r О X kJL О О £ II X о о Q. 6 У ^С.р.ОСН I ОСН 14,3 • 200 zc.3 - ^3) - ! - 2857 , /сз 2857 , ЛЛ fa — L2 = = 1 44 отс / 1979 но.рсч max 1 • k4 = k^I^ / k^Ic3, для основной стороны с соединением трансформаторов тока в звезду k® = к® = 1, поэтому к® = 1 • 6480/1 2857 = 2,27
Величина Уточненное значение тока срабатывания реле на основ- ной стороне, А Уточненное значение тока срабатывания защиты на ос- новной стороне, А Действительное значение коэффициента отстройки Действительное значение коэффициента чувствитель- ности
№ п/п 13 14 15 16
I
Выводы
1. Чувствительность защиты удовлетворяет требованиям, так как
Л.М = 2,27 > 2.
2. Коэффициент отстройки обеспечивает несрабатывание за-
щиты при бросках тока намагничивания и внешних КЗ, так как
kmc = 1,44 > 1,3.
3. Разность токов в плечах защиты не превышает 5 %. В самом
деле,
2 // ном
. ЮО = 4,37 ~4’-- • 100 = 4,56 %.
2 // ном
4,37
Поэтому необходимости в уравнительных обмотках нет. Следует
использовать дифференциальную обмотку с числом витков, рав-
ным 7.
3.12
Трансформатор (см. рис. 3.14) мощностью 6,3 МВ-А, напряжением
115/6,6 кВ имеет группу соединения обмоток Y/A-l 1 и ДЦ,ег = ±16 %.
Ток трехфазного и ток двухфазного КЗ в точке Д', (А”,) равны соот-
ветственно 1^2 ~ 4820 А и /^2 == 4169 А.
На трансформаторе предусмотрена дифференциальная защита с
реле РНТ-565.
Необходимо:
1) выбрать трансформаторы тока и схемы их соединения;
2) обосновать расчет тока срабатывания защиты;
3) найти число витков уравнительных обмоток реле;
4) добиться требуемого коэффициента отстройки (&отс > 1,3) и
коэффициента чувствительности (кч > 2).
Ход решения изложен в примере 3.11.
Ответ
I. Со стороны 115 кВ трансформаторы тока соединены в треу-
гольник. Коэффициент трансформации К = 15. Со стороны 6 кВ
трансформаторы тока соединены в звезду. Коэффициент трансфор-
мации К{= 150.
2. Ток сраба тывания защиты, отнесенный к стороне 6 кВ, /с з = 1665 А.
3. Принятые числа витков уравнительных обмоток:
• на стороне 115 кВ = 9 витков;
183
• на стороне 6,6 кВ ж = 9 витков.
4. Окончательное значение коэффициентов коус = 1,3, кч = 2,5.
3.13
Для дифференциальной защиты двухобмоточного трансформа-
тора с односторонним питанием мощностью 25 МВ-А, напряже-
нием 110 ± 16/10,5 кВ и соединением обмоток Y/A-l 1 необходимо
выбрать реле, обеспечивающее при требуемой селективности дос-
таточную чувствительность. Ток трехфазного КЗ в точке К2 в мак-
симальном режиме /^н max = 2540 А, а в минимальном — 1389 А
(см. рис. 3.14). Эти токи отнесены к стороне ПО кВ.
Решение
1. Определим первичные токи защищаемого трансформатора,
выберем трансформаторы тока и схемы их соединения и найдем
вторичные токи в плечах защиты. Расчеты сведены в табл. 3.5.
2. Определяем ток срабатывания защиты по двум условиям:
а) / з > котс/тном — этим обеспечивается отстройка от броска тока
намагничивания при включении трансформатора;
б) / > к I — этим исключается срабатывание защиты
при внешних КЗ.
Рассмотрим возможность использования реле РНТ-565. Ток его
срабатывания должен удовлетворять и условию а), и условию б). И в
том, и в другом случае коэффициент отстройки принимаем равным
к = 1,3:
ОТС ’
I = 1,3 131 = 170,3 А.
В первом приближении ток небаланса можно определить по
формуле [1]
/ - е + А ^Рег /0)
1 нб.рсч max 1 Ю0 1 К °Н таХ '
Здесь е — полная погрешность трансформаторов тока, равная 10 %,
AU из условия равно ±16 %.
С учетом этого
= + 0,16)-2540 = 660,4 А,
а ток срабатывания
/сз = 1,3-660,4 = 858,5 А.
184
Таблица 3.5
Не п/п Величина Расчетные значения для сторон
вн НН
1 Первичный номи- нальный ток защища- емого трансформато- ра, соответствующий его номинальной мощности, А 25000 = .31 Л-110 ~ 25000 — = I3/O Л 10,5
2 Схема соединения обмоток защищае- мого трансформатора Y д
3 Схема соединения трансформаторов тока д Y
4 Коэффициент схем U3) Лсх Л 1
5 Коэффициент транс- формации трансфор- матора тока ^5131 = 45,3 1376 _ у
6 Принятый коэффи- циент трансформа- ции трансформатора тока 50 300
7 Вторичный ток в плечах защиты /„ А / = '131 - 4 53 2/ 50 ’ / = = 4 58 277 300
Таким образом, определяющим при выборе тока срабатывания
защиты является отстройка от максимального тока небаланса при
внешних КЗ. Примем этот ток срабатывания I з = 858,5 А.
3. Проверим чувствительность защиты при двухфазном КЗ в точ-
ке (см. рис. 3.14) в минимальном режиме.
Можно считать, что значения токов при повреждениях в точках
и К2 примерно одинаковы. Тогда ток двухфазного КЗ в точке в
Минимальном режиме
/<? . = 0,865/(3) = 0,865-1389 = 1200 А.
к 2 min ’ к.вн min ’
185
Коэффициент чувствительности Л, = J'm} \k I ).
В нашем случае = к® = 73 (см. табл. 1.17).
С учетом этого
кч = 73-1200/(73-858,5) = 1,39 <2.
Реле РНТ-565 не обеспечивает требуемую чувствительность диф-
ференциальной защиты. Поэтому рассмотрим реле с торможением
ДЗТ-11.
Реле имеет одну тормозную обмотку. Ее нужно включить так,
чтобы при внешних КЗ имело место максимальное торможение,
а при повреждениях в защищаемой зоне торможение отсутство-
вало. При одностороннем питании трансформатора это обеспе-
чивается, если тормозная обмотка включена в плечи трансфор-
маторов тока питаемой стороны. В этом случае при постановке
трансформатора под напряжение и бросках тока намагничивания
она обтекаться током не будет и никакого влияния на поведение
реле не оказывает.
Поэтому при выборе тока срабатывания должно быть обеспече-
но условие а). Для реле ДЗТ-11 принимаем ктс = 1,5.
Тогда
1-5 131 = 196,5 А,
4, = 1.5 1376 = 2064 А.
Это единственное условие выбора тока срабатывания защиты.
Оно определяет минимальный ток срабатывания. При прохожде-
нии тока по тормозной обмотке по мере его увеличения увеличива-
ется и ток срабатывания, тем самым обеспечивается несрабатыва-
ние реле при внешних КЗ.
Таким образом, при использовании реле ДЗТ-11 задача сво-
дится к выбору тока срабатывания, отстраиваемого от бросков
тока намагничивания, и к расчету числа витков уравнительных и
тормозной обмоток, обеспечивающих несрабатывание при внеш-
них КЗ.
В нашем случае коэффициент чувствительности
кч = 7з • 1200/(73 • 196,5) = 6 > 2.
4. Дальнейший расчет сводим в табл. 3.6. Она является продол-
жением табл. 3.5.
186
Таблица 3.6
Расчет выполнен, как и для реле РНТ-565, а завершает его вы-
бор числа витков тормозной обмотки.
5. Определим число витков тормозной обмотки по выражению [1]
VV
торм
/ W
отс л нб.рсч max 1 раб
к.вн шах
где ^отс ~ wpa6 — число витков обмотки НТТ реле на стороне,
к которой присоединена тормозная обмотка (в нашем случае
и>раб = = 13 витков); а — угол наклона к оси абсцисс касатель-
ной, проведенной из начала координат к характеристике реле [1],
для реле ДЗТ-11 tg а = 0,75. Токи /Лрстт„, и /2„„„,х приведены к
стороне 10 кВ. С учетом сказанного
1,5-7198-13 п
= 26610-0,75 = 7 ЕИТКОВ'
6. Уточним значение тока срабатывания на основной стороне
' = I К /к
с.з min с.р.осн /осн' сх’
где
= 100/13 = 7,7 А,
4, .,„ = 7,7-300/1 = 2310 А.
7. Проверим коэффициент чувствительности
ПО
1200-
10,5
2310 = 5,45 >2.
ч
3.14
—
Необходимо рассчитать дифференциальную защиту с реле РНТ-565
трехобмоточного трансформатора мощностью 60 МВ • А, напряже-
нием ПО ± 10 %/38,5 ± 2 • 2,5 %/\ 1 кВ. Регулирование напряжения
осуществляется как со стороны 110 кВ (Af/erl = = ±10 %), так и со
стороны 38,5 кВ (ЛЦ,ег2 = ±2 • 2,5 %).
. Трансформатор имеет питание только со стороны системы
(рис. 3.15).
Ток, проходящий через трансформатор при внешних трехфазных
КЗ в точке /^н тах1 = 2460 А, при КЗ в точке К2 /^н тах2 = 1734 А.
Токи отнесены к напряжению НО кВ. Обмотки трансформатора со-
единены по схеме Y/Y/A-11 [14].
188
3.15. К расчету дифференциальной
. иты трехобмоточного трансформатора
(к примеру 3.14)
ПО кВ
Решение
Порядок расчета следующий.
1. Определяем первичные токи на
всех сторонах защищаемого трансфор-
матора соответствующие его номи-
нальной мощности, выбираем транс-
форматоры тока и схемы их соедине-
ния и определяем соответствующие
вторичные токи в плечах защиты. Эти
расчеты сведены в табл. 3.7.
2. Определяем ток срабатывания
защиты.
При этом необходимо обеспечить:
а) отстройку от бросков тока намаг-
38 5 кВ
ничивания, возникающего при вклю-
чении трансформатора /сз > Лотс/гном;
б) отстройку от наибольшего тока небаланса при трехфазных КЗ
в точках K.hKJ > к I,
Принимается большее из полученных значении.
При использовании реле РНТ-565 коэффициент отстройки
к =13
отс ’ •
Найдем ток срабатывания защиты по первому условию:
С.З ~
1,3-315 = 410 А.
Для определения тока небаланса воспользуемся выражени-
ем [I]
г _ ^ап ^одн £ + А ^рег А/вр г(3)
* нб.рсч max I ” । qq 1 к.вн шах ’
При использовании реле РНТ-565 коэффициент кяп принима-
ем равным кяп = I. В связи с разнотипностью трансформаторов
тока, используемых в защите, коэффициент к , принимаем мак-
симальным (&одн = 1). В первом приближении не учитываем Д/
благодаря соответствующему выбору числа витков уравнительных
обмоток НТТ.
189
III
I
Таблица 3.7
При КЗ в точке К, (на шинах 11 кВ) ток КЗ проходит по обмотке
110 кВ с регулируемым числом витков и по обмотке I! кВ При
определении тока небаланса в приведенном выше выражении вмес-
то At/ следует ввести At/pe = 10%. Если рассматривается КЗ на
шинах 38,5 кВ, то вместо At/ следует принять At/ ,. + At/ ег2, так
как регулирование производится и на обмотке 38,5 кВ.
Полную погрешность е принимаем равной 10 %.
При КЗ в точке
I, , = (1 • I 0,1 + 0,1) 2460 = 492 А.
нб.рсч max 1 v '
При КЗ в точке К2
I = (1 1 -0,1 + 0,1 + 0,05) • 1734 = 433 А.
нб.рсч шах Iх ’ 7 ’ '
Ток срабатывания защиты по условию отстройки от максималь-
ного тока небаланса /сэ > 1,3- 492 = 640 А.
Таким образом, расчетным для выбора тока срабатывания явля-
ется отстройка от тока небаланса при КЗ в точке Kt, т. е. / — 640 А.
При этом расчетными по чувствительности являются КЗ между дву-
мя фазами на стороне 11 кВ в точке К, и на стороне 38,5 кВ в точке К4.
Практически можно принять в первом случае ток / 3 - /^нтах1 = 2460 А,
а во втором - /3 = /2нтах2 = 1734 А.
Ток двухфазного КЗ:
/3 = 0,865/3 = °’865 ’ 2460 = 2128 А;
/3 = 0,865/3 = 0,865 -1734 = 1500 А.
К 4 7 К 4 7
Для определения коэффициента чувствительности воспользуем-
ся формулой кц = Й')/3)/(^с(х)/с.з):
а) при повреждении между двумя фазами в точке Кг
кч = 73- 2128/73-640 = 3,3 >2;
б) при повреждении между двумя фазами в точке К4
кц =2-1500/73-640 = 2,7 >2.
Далее порядок расчета оформим в виде табл. 3.8. В ней уточнен
ток срабатывания защиты: / з = 750 А.
191
Таблица 3.8
№ п/п Величина Расчетные выражения Числовые значения
1 Ток срабатывания реле на основной стороне. За основ- ную принята ступень 11 кВ с наибольшим током в плечах защиты, равным 5,25 А (см. табл. 3.7), А j - /ПО) с росн АГ, \ 11 Л В расчетах ток / з отнесен к стороне 110 кВ 640 1^1 = 10,7 А 111/
(3000/5)
2 Расчетное число витков об- мотки НТТ реле для установ- ки на основной стороне (И кВ) Гс.Р w = — ОСН.рсч J * с.р.осн Л_ = 9.3 10,7 ’
3 Предварительно принятое число витков на основной стороне W осн 8
4 Соответствующий ток сра- батывания на основной сто- роне, А / = ^ср * с.р.осн осн 1°°=125 8 ’
5 Расчетное число витков об- мотки НТТ реле для стороны НОкВ и? 1 осн * осн 2 рсч - J 111 8-р 5,25 4,55 ) = 9,2
6 Предварительно принятое число витков для установки на стороне 110 кВ wl 9
7 Расчетное число витков об- мотки НТТ реле для стороны 38,5 кВ w I л осн л осн 2 ^// рсч “ т 1 Ill 8 • (^) = 8,07
8 Предварительно принятое число витков для установки на стороне 38,5 кВ wn 8
9 Составляющая первичного тока небаланса, обусловлен- ная округлением расчетного числа витков стороны 110 кВ для расчетного случая по- вреждения (на стороне 11 кВ), А j - W‘рсч ~ w' /0) * нб.рсч * к.вн max 1 W ] рсч 9 2-9 2460 = 53
10 Суммарный первичный ток небаланса, А нб.рсч max 1 492 + 53 = 545
11 Уточненное значение тока срабатывания защиты, А Из выражения п. 1 / к т _ 1 с.р.осн Л / сл ~ (110/11) 12,5 -^ = 750
Коэффициент отстройки
= 4,/U™. = 750/545 = 1>37 > >3-
Коэффициент чувствительности:
а) при КЗ в точке Ks
кч =V3-2128/(73-750) = 2,8;
б) при КЗ в точке К4
кч = 2-1500/(>/3-750) = 2,3.
3.15
На трансформаторе с высшим напряжением Uгном = Ю кВ, мощ-
ностью Утном = 1000 кВ А предусмотрена дифференциальная защи-
та с торможением в комплекте устройства ЯРЭ-2201 [1,6].
Уставка минимального тока срабатывания реле /с п изменяет-
ся дискретно и составляет 2,5; 3,25; 4,5; 6; 10 А. Имеется возмож-
ность установить на реле коэффициент торможения Лт м, равный
0,3; 0,45; 0,6.
Защита должна быть отстроена от бросков тока намагничивания
и от максимального тока небаланса I, при внешних КЗ. Для
отстройки от бросков тока намагничивания необходимо выбрать
минимальный ток срабатывания реле, а для отстройки от макси-
мального тока небаланса /нб тах при внешних коротких замыкани-
ях — коэффициент торможения £ .
Решение
1. Выберем минимальный ток срабатывания реле / п
с.з min
отс т.ном’
где к =1,2;
отс ’ 5
Л.„О„ = = 1000/Д 10 = 57,8 А;
/„mi„ = 1,2-57,8 = 69,ЗА.
194
С высшей стороны трансформаторы тока соединены в треуголь-
ник, поэтому &сх = >/з, а их коэффициент трансформации
К, =л/3/т.но„/5 = Д-57,8/5 = 19,9.
Принимаем Кг = 20.
Минимальный ток срабатывания реле
=V3-69,3/20 = 6 А.
Принимаем уставку 6 А.
2. Определим коэффициент торможения к .
Тормозная характеристика изображена на рис. 3.16.
При внешних КЗ максимальный расчетный ток небаланса /нбрсчпгах
обусловлен тремя причинами:
1) автоматическим регулированием коэффициента трансформа-
ции защищаемого трансформатора. При этом ток небаланса /нбрсч
пропорционален диапазону изменения напряжения Д £7 в одну сто-
рону от номинального, Д£/ — ±16 %:
/к6.р„=(Д^„/Ю0)(/:3’„т//г;);
2) разнотипностью трансформаторов тока дифференциальной за-
щиты. В этом случае ток небаланса /нбпг определяется полной по-
грешностью трансформаторов тока е = 10 %:
нб.пгр
= (^„^е/100)(/И„тахА±
где к = 1, А: = 2;
одн ’ ап 7
Рис. 3.16. Тормозная характеристика
дифференциального реле комплектного
устройства ЯРЭ-2201 (к примеру 3.15)
195
3) погрешностью от неточности выравнивания токов в плечах
защиты Д/вр = 5 %:
Ле.вр (А4р/1Оо)^/^нп1{1х/х'/
нб.рсч max ^нб.рсч ^нб.пгр ^нб.вр
Ток срабатывания реле
с р отс нб.рсч max’
гае *>„=1,3.
Из тормозной характеристики реле (см. рис. 3.16) III коэффи-
пиент торможения
^трм ~ ~ ^c.pminVCZrpM ~ 0’8/г.ном)-
Пренебрегая /cpmjn и 0,8/тном, с некоторым запасом получим
к
трм
трм
I = /0) /г
грм 1 к.вн max / *
Из сказанного следует
*грм = *o„(^4,.r + + Чр>/100 =
= 1,3(16 + 2 • 10 + 5)/100 = 0,533.
Принимаем к =06
Трм
ГЛАВА 4
ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
4.1. Защита асинхронных электродвигателей
напряжением выше 1 кВ
Для асинхронных электродвигателей напряжением выше I кВ
предусматривают устройства релейной защиты, действующие при
многофазных коротких замыканиях на выводах и в обмотках стато-
ра; перегрузках, вызванных технологическими причинами и затя-
нувшимся пуском или самозапуском; исчезновении или длитель-
ном снижении напряжения. Высоковольтные электродвигатели ра-
ботают в сетях с изолированной или компенсированной нейтралью,
поэтому в необходимых случаях на них должна устанавливаться за-
щита от однофазных замыканий на землю [2].
Защита от многофазных коротких замыканий. Для защиты от мно-
гофазных коротких замыканий применяют плавкие предохраните-
ли, токовые отсечки без выдержки времени и продольные диффе-
ренциальные защиты.
Плавкие предохранители могут быть использованы при подклю-
чении электродвигателя в сеть через выключатель нагрузки.
Токовую отсечку без выдержки времени устанавливают на элек-
тродвигателях мощностью 5 < 5000 кВт [2]. Причем для элек-
тродвигателей мощностью 5 менее 2000 кВт она выполняется
однорелейной с включением реле на разность токов двух фаз.
Если чувствительность отсечки оказывается недостаточной (k't <2,0
при двухфазном металлическом коротком замыкании на выво-
дах обмотки статора) или если привод выключателя имеет два
реле прямого действия, то применяют двухрелейную отсечку,
которая является обязательной для электродвигателей мощнос-
тью S > 2000 кВт.
д
Продольную дифференциальную токовую защиту устанавливают на
электродвигателях мощностью > 5000 кВт и меньшей мощности,
197
если токовая отсечка оказывается недостаточно чувствительной [2].
Для упрощения защиту выполняют двухфазной. В трехфазном ис-
полнении она рекомендуется только, если двигатели мощностью
> 5000 кВт не имеют быстродействующей защиты от замыкания
на землю.
Ток срабатывания защиты должен отстраиваться от максималь-
ного тока небаланса, возникающего при пусках электродвигателя.
Обычно ток срабатывания выражают через номинальный ток элек-
тродвигателя.
Защиту от замыкания на землю предусматривают на электро-
двигателях мощностью 5 < 2000 кВт при токе замыкания на землю
1 > 10 А. На электродвигателях мощностью более 2000 кВт такую
защиту предусматривают при токах замыкания на землю I > 5 А [2].
Реле тока подключается к однотрансформаторному фильтру тока
нулевой последовательности. Ток срабатывания защиты отстраива-
ется от бросков собственного емкостного тока электродвигателя при
внешних замыканиях на землю.
Защита от перегрузки. В соответствии с [2] защиту от перегрузки
предусматривают на электродвигателях, подверженных перегрузке
по технологическим причинам, а также на электродвигателях с осо-
бо тяжелыми условиями пуска и самозапуска длительностью 20 с и
более. Перегрузка является симметричным режимом, поэтому за-
щита от нее может быть выполнена одним реле, включенным в лю-
бую фазу электродвигателя. Выдержка времени защиты отстраива-
ется от длительности пуска электродвигателя в нормальных режи-
мах и самозапуска после действия АВР и АПВ. Защита от перегрузки
обычно осуществляется индукционными элементами реле типа РТ-
80, электромагнитные элементы которых используются для выпол-
нения токовой отсечки.
Минимальная защита напряжения. В общем случае защиту вы-
полняют двухступенчатой. Первая ступень предназначена для об-
легчения самозапуска ответственных электродвигателей; она отклю-
чает электродвигатели неответственных механизмов. Напряжение
срабатывания первой ступени U' устанавливается примерно рав-
ным 0,7 Umm, а выдержка времени принимается на ступень селектив-
ности больше времени действия быстродействующих защит от мно-
гофазных коротких замыканий; t' =0,5...1,5 с. Вторая ступень за-
щиты отключает часть электродвигателей ответственных механизмов,
самозапуск которых недопустим по условиям техники безопасности
из-за особенностей технологического процесса.
198
4.2. Защита синхронных электродвигателей
напряжением выше 1 кВ
Для синхронных электродвигателей предусматривают те же за-
шиты, что и для асинхронных. Однако при выборе параметров то-
ковой отсечки и продольной дифференциальной защиты учитыва-
ют дополнительные условия. Кроме того, синхронные электродви-
гатели должны иметь защиту от асинхронного режима.
4.3. Защита асинхронных электродвигателей
напряжением до 1 кВ
Защита от КЗ и перегрузки таких электродвигателей должна от-
личаться простотой устройства и обслуживания, малой трудоемкос-
тью ремонта, экономичностью и надежностью. Этим требованиям
удовлетворяют устройства защиты и автоматики, выполненные наи-
более простыми средствами: плавкими предохранителями, расцепи-
телями автоматических выключателей и тепловыми реле магнитных
пускателей. Если коммутационным аппаратом служит контактор, то
устройства защиты и автоматики выполняют на оперативном пере-
менном токе, используя первичные и вторичные реле косвенного
действия.
В задачах для выполнения указанных в подразд. 4.1—4.3 защит
использованы плавкие предохранители электромеханические и ана-
логовые реле (сведения о них даны в гл. 1), а также микропроцес-
сорное комплектное устройство SPAC 802.01 [1]. Оно содержит из-
мерительный модуль SPCJ4D34, выполняющий функции следую-
щих токовых защит:
• от междуфазных КЗ;
• от пускового режима;
• от тепловой перегрузки;
• от замыкания на землю;
• от потери нагрузки;
• от несимметричных режимов работы и обратного чередова-
ния фаз.
ПРИМЕРЫ И ЗАДАЧИ
4.1
На асинхронном электродвигателе напряжением 6 кВ и мощно-
стью 400 кВт необходимо установить защиту от КЗ — токовую от-
199
сечку, которая может выполняться с помощью вторичных токовых
реле разных типов: РТ-40, РСТ-11, ЯРЭ-2201, PT-80, РТМ. Крат-
кость пускового тока электродвигателя /пск//ном = 4,3. Ток двухфаз-
ного КЗ на шинах, к которым подключен электродвигатель (на его
выводах), I® = 1430 А. Сравнить по чувствительности защиты, вы-
полненные реле РТ-40, РТ-80 и РТМ. Принять для реле РТ-40 ко-
эффициент отстройки к^с = 1,4, для реле РТ-80 — к^с = 1,8 и для
реле РТМ — к'01С = 2; coscp = 0,9; h = 0,95.
Решение
1. Определим номинальный ток электродвигателя и его пуско-
вой ток:
400
2. Определим ток срабатывания защиты, используя выражение
I' = к' I
с.з отс пск max
для реле РТ-40
/су3 = 1,4-196 = 274,4 А;
для реле РТ-80
= 1,8 -196 = 352,8 А;
для реле РТМ
/у = 2-196 = 392 А.
V-J
3. Определим коэффициенты чувствительности по выражению
^т) = Для электродвигателей мощностью 2000 кВт
защиту выполняют однорелейной, т. е. с включением реле на раз-
ность токов двух фаз [1]. В этом случае коэффициент схемы к{3] = -х/З,
а при двухфазном КЗ в худшем случае к^ = к^ = 1.
С учетом этого для защиты:
200
с реле РТ-40
е =
1•1430
73 • 274,4
с реле РТ-80
*(2) = 1 • 1430
4 Л • 352,8
с реле РТМ
1•1430
Л-392
Из анализа следует, что любое реле можно использовать для
выполнения токовой отсечки, так как во всех случаях к® > 2, но,
имея в виду, что на электродвигателе должна быть зашита и от пе-
регрузок, целесообразно использовать реле РТ-80.
4.2
В примере 4.1 для токовой отсечки использован электромагнит-
ный элемент реле РТ-80. С помощью этого реле выполнена и защи-
та от перегрузки. Необходимо выбрать ее параметры и уточнить ток
срабатывания отсечки. В расчетах принять коэффициент отстройки
к"'с = 1,1, коэффициент возврата кв = 0,8 и коэффициент транс-
формации трансформаторов тока К, = 50/5 = 10.
Решение
1. Ток срабатывания реле защиты от перегрузки выбираем исхо-
дя из следующих требований [1]:
• реле не должно срабатывать в нормальном режиме работы элек-
тродвигателя, т. е.
• реле должно приходить в действие при пусках электродвигате-
ля, т. е.
<0,75^ 1„JK,.
201
Используя эти выражения, найдем:
г///
7с.р
> 1,1 -43-45,5/(0,8-10) = 10 А;
< 0,75 л/3 • 196/10 = 25,43 А.
Принимаем ток срабатывания реле Ц = 10 А.
Используем реле РТ-82/1 с уставкой времени срабатывания 16 с,
чем обеспечивается несрабатывание реле при нормальных режимах
пуска и самозапуска электродвигателя.
2. У реле РТ-80 ток срабатывания отсечки //„ связан с током
* - с.р
Отношение = 2...8. Из примера 4.1 /с7р = 352,8 А.
Найдем ток срабатывания реле
7' = k'SHJK. = V3 352,8/10 = 60 А
’1 VA V. J I 1 J 9
и кратность
4'р//"' = 60/ю = 6.
Принятое реле позволяет установить такую кратность. При этом
ток срабатывания отсечки остается равным расчетному.
4.3
Группа асинхронных электродвигателей напряжением 6 кВ пи-
тается от системы бесконечной мощности через трансформатор.
Проверить наличие условия самозапуска электродвигателей
после отключения токовой отсечкой наиболее мощного элект-
родвигателя и есть ли необходимость в минимальной защите на-
пряжения. Самозапуск обеспечивается при £/ост — 0,6Uhom. При оп-
ределении сопротивления электродвигателя в режиме самозапуска
принять скольжение 5=1. Для трансформатора S =6,3 МВ • А,
UK = 10,5 %.
Данные для расчета указаны в табл. 4.1.
Решение
Расчет самозапуска сводится к определению остаточного напря-
жения на выводах электродвигателя в режиме, который соответствует
трехфазному КЗ за сопротивлением электродвигателя. Поэтому преж-
де всего необходимо определить расчетные сопротивления элемен-
202
Таблица 4.1
Номер Электродвигатели
Р , кВт д ном’ / ,А пск’
1 630 369
2 800 468
3 1000 575
4 1250 753
5 1600 990
тов схемы, т. е. трансформатора и самозапускающихся электродви-
гателей, составить расчетную схему, упростить ее относительно точки
КЗ, т. е. выполнять обычный расчет трехфазного КЗ с определени-
ем остаточного напряжения на секции шин (на выводах электро-
двигателей).
Определим расчетные сопротивления.
Для упрощения расчета в режиме самозапуска допустим, что
электродвигатель остановлен (скольжение S— 1).
Самозапускаются электродвигатели № 1...4 после отключения
поврежденного электродвигателя № 5 токовой отсечкой.
При этом сопротивление электродвигателя № 1
£/
' — ном
д1 ~ far
= 9,4 Ом.
пск 1
Аналогично определяем сопротивления других электродвига-
телей:
7я2 = 7,4Ом; Za3 = 6 Ом; Zfl4 = 4,6 Ом.
Сопротивление трансформатора
U % U2
К н
юо
тном
10,5 62
100 ' 6,3
= 0,6 Ом.
Результирующее сопротивление всех самозапускающихся элект-
родвигателей
_________________1________________ _ ____________1___________
1/Zal + 1/Za2 + 1/Za3 + l/za4 1/9Л + 1/7,4 + 1/6 + 1/4,
203
Остаточное напряжение на выводах электродвигателей
ОСТ
ном
ном
ном ’
Следовательно, самозапуск обеспечивается и минимальная за-
щита напряжения не нужна.
4.4
На рис. 4.1, а показана схема защиты синхронного электродви-
гателя от асинхронного режима, в которую включено промежуточ-
ное реле KL Тс задержкой при возврате. Время задержки / обеспе-
чивает срабатывание защиты при асинхронном режиме, когда через
реле проходит уравнительный ток 7ур, изменяющийся так, как пока-
зано на рис. 4.1, б.
Выбрать ток срабатывания защиты /сз, время задержки / реле
KLTm определить коэффициент чувствительности к при асинхрон-
ном режиме работы электродвигателя. Выдержка времени реле КТ
принимается, как обычно, больше времени пуска и самозапуска
электродвигателя.
Принять коэффициент отстройки к)тс = 1,2, коэффициент воз-
врата къ = 0,85. При определении / принять коэффициент отстройки
к°тс = 1,5. В асинхронном режиме частота в системе /юм = 50 Гц,
сопротивление системы X' = 4 Ом, угловая скорость вращения
ротора электродвигателя соответствует частоте электрического тока
fa = 45 Гц, ЭДС системы Е' и двигателя Е'„ равны по величине
фазному напряжению сети V, = бД/3, угол 5 сдвига фаз векторов
ЭДС Ес' и Е'а изменяется от 0 до 360°. Параметры синхронного элек-
Рис. 4.1. Защита синхронного электродвигателя
от асинхронного режима (к примеру 4 4)
204
тродвигателя: Р ном = 630 кВт, Uhom = 6 кВ, /диом - 71 А, /пск - 400 А.
Сопротивление электродвигателя при асинхронном режиме принять
равным его сопротивлению при пуске. Характер изменения уравни-
тельного тока в зависимости от угла 8 показан на рис. 4.1, б. Здесь
же показаны ток срабатывания / и ток возврата реле / .
Из рис. 4.1 следует, что при асинхронном режиме реле тока
КА периодически размыкает контакты в пределах каждого цикла
и держит их разомкнутыми в течение времени Л/. Поэтому для
обеспечения беспрерывной подачи напряжения на обмотку реле
времени КТ необходимо, чтобы промежуточное реле KLT имело
выдержку времени на размыкание своего контакта /в большую,
чем время Д/.
Решение
Рассчитаем уравнительный ток и определим время Д/.
1. Из рис. 4.1, б следует, что мгновенное значение тока
° = Zypm“ sin(8/2)'
2. Сопротивление электродвигателя при асинхронном режиме
X' = . = &--- = 8 65 Ом
' ,/3 !т Л . 0,4
3. Максимальный уравнительный ток
V2-2t/c _ V2-2-6
“73(8,65 +4)
4. Ток срабатывания защиты
I = -™-1 =—71 = 100А.
сз дном 0,85
5. Ток возврата защиты
/,, = МС, = 0,85 100 = 85 А.
6. Коэффициент чувствительности защиты
» _ буртах _ 775 _ у ус
4 ~~i “Too ” ’
с.з
7. Из выражения п. 1 углы 8 и соответствующее им время:
205
• при i = I
yp B.3
sin(8/2) = -^ = ^ = 0,ll; 8 = 12,63-;
/ / / J
yp max
' = Ж °’0357i c’
• при i„ = /„
sin (5/2) == 0,13; 8 = 14,94’;
I / / J
yp max
л =^^TS = 0,04157; c.
2 360 S’ s
8. Время
Д/ = t. + t, = 0,0357; + 0,04157- = 0,07657-.
Продолжительность одного периода уравнительного тока
I
50-45
= 0,2 с.
Таким образом, время А/1 — 0,2 • 0,0765 = 0,0153 с, а выдержка
времени реле KLT/вр = 1,5-0,0153 = 0,023 с.
4.5
В четырехпроводной электрической сети с заземленной нейтра-
лью напряжением 380/220 В на электродвигателе мощностью 38 кВт
(coscp = 0,9; h — 95 %) установлены магнитный пускатель с тепловы-
ми реле от перегрузки и предохранители от КЗ. Выбрать номиналь-
ный ток плавкой вставки предохранителя, магнитный пускатель и
параметры его тепловых реле.
Ток однофазного КЗ на выводах электродвигателя = 2150 А.
Кратность пускового тока /П.К/7ДН1М — 7. Принять коэффициент от-
стройки ктс = 1,2 и коэффициент перегрузки к = 2,5.
Решение
1. Определим номинальный ток электродвигателя
= 38/(Л - 0,38 0,9 0,95) = 68 А.
206
2. Используя выражения [1]:
вс.ном отс д.ном’
вс.ном "" пер' пер’
ВС. НОМ
определим номинальный ток плавкой вставки:
I > 1,2 -68 = 81,6 А;
вс.ном ’ 7
/ > 7-68/2,5 = 190 А;
вс.ном ' 7 7
1 < 2150/10 = 215 А.
ПС. нпм *
Выбираем предохранитель ПН-2 с номинальным током патрона
250 А и плавкую вставку с /вс ном = 200 А.
3. Номинальный ток магнитного пускателя /мпном должен быть
не меньше номинального тока электродвигателя. Этому соответствует
магнитный пускатель ПМЛ5 с /м ном = 80 А. В него встраивают теп-
ловые реле РТЛ. Необходимо, чтобы ток несрабатывания реле /
был не менее номинального тока электродвигателя [1]. Этому соот-
ветствует реле РТЛ206304, которое позволяет регулировать ток / в
пределах 63...86 А [15].
4.6
На асинхронном электродвигателе с легкими условиями пуска
мощностью 37 кВт, напряжением 660 В (coscp — 0,91; А = 91,5 %) в
качестве устройства защиты и коммутации установлен автоматичес-
кий выключатель А3700 с полупроводниковым и электромагнитным
расцепителями (см. табл. 2.3).
Полупроводниковый расцепитель содержит две ступени: первую
и третью.
Выбрать параметры этих ступеней. Кратность пускового тока
равна 7,5. Минимальный ток однофазного КЗ на выводах элек-
тродвигателя = 1750 А. Принять коэффициент отстройки
к' = 1 5
Котс 1’*/*
Решение
1 . Определим номинальный ток электродвигателя
=37/(Д-0,66-0,91 0,915) = 39,4 А.
2 . Выбираем номинальный ток расцепителя (см. пример 2.12):
— 1,1’/ ,
рц.ном 7 д.ном7
рц.ном
1,1-39,4 = 43,3 А.
207
Выбираем выключатель А3714Б с номинальным током f = 160 А
й ном
и Zpu.hom = 50 А <см- табл- 2.3).
3. Найдем ток срабатывания первой ступени (отсечки)
Д' = к' /_ „„„ = 1.5 • 7.5 • 39.4 = 443 А.
с.з отс ' пск max
= 1,5-7,5-39,4 = 443 А.
4. Уточним ток срабатывания отсечки, предварительно опреде-
лив кратность:
= 443/50 = 8,86.
Принимаем к'3 — 10. При этом ток срабатывания отсечки
1'з = 10-50 = 500 А,
а коэффициент чувствительности
к‘ч = 1750/500 = 3,5,
что удовлетворяет требованиям [1].
5. Ток срабатывания максимальной токовой защиты (третьей
ступени) тоже связан с номинальным током расцепителя коэффи-
циентом
С = 1,25,
= 1,25-50 = 62,5 А.
Выбираем характеристику выдержки времени, равную 4 с при
6/ ом. В этом случае при пусках электродвигателя, когда пусковой
ток Лек = 7’5 • 39’4 = 296 А, а его кратность /пск//рцном = 296/50 = 5,9,
защита может сработать, если такой ток будет продолжаться не ме-
нее 3 с. При легких условиях пуска его продолжительность менее 5 с
и защита не успевает сработать.
4.7
Для защиты асинхронного электродвигателя напряжением до 1 кВ
от коротких замыканий использованы предохранители. В этом слу-
чае следует считаться с возможным возникновением неполнофаз-
ных режимов вследствие перегорания предохранителя в одной из
фаз защищаемого электродвигателя и предусматривать его защиту
от работы на двух фазах. В данном случае защита основана на кон-
троле целости плавких вставок предохранителей всех трех фаз. Кон-
троль осуществляется с помощью реле напряжения KV1, ..., КУЗ,
обмотки которых включаются параллельно плавким предохраните-
лям и шунтируются ими (рис. 4.2). При перегорании плавкой встав-
ки на обмотке соответствующего реле появляется напряжение £/ ,
реле срабатывает, защита отключает электродвигатель. Необходимо
определить коэффициент чувствительности реле, если его напряже-
ние срабатывания (7 = 0,7 6/ При определении напряжения t/p;rp
сопротивлением системы можно пренебречь (электродвигатель под-
ключен к шинам бесконечной мощности). Скольжение S принять
равным единице (при обрыве фазы электродвигатель тормозится).
При этом сопротивления прямой и обратной последовательности
электродвигателя одинаковы, т. е. = Хг
Активным сопротивлением обмотки пренебречь. Электродвига-
тель работает в сети с изолированной нейтралью.
Решение
На рис. 4.3 дана комплексная схема замещения для определения
тока и напряжения прямой последовательности при разрыве любой
фазы. Комплексная схема получается из схемы прямой последова-
тельности путем включения между точками разрыва сопротивления
обратной последовательности Хг (при наличии пули для замыкания
тока нулевой последовательности между точками разрыва включа-
ются соединенные параллельно сопротивления обратной и нулевой
последовательности [25]).
Разрыв одной из фаз (например, фазы А) характеризуется следу-
ющими граничными условиями:
Рис. 4.2. Защита синхронного
электродвигателя напряжением до
1 кВ (к примеру 4.7)
Рис. 4.3.'Комплексная схема заме-
щения при разрыве одной из фаз
(к примерам 4.7 и 4.9)
209
Поэтому /1разрЛ--Лразр/i’ а симметричные составляющие напряже-
ния разрыва фазы получаются равными
— 1 разр А ~ Ц. 2 разр А ~ ^0 разр А ~ ^разр А /-* ‘
Из схемы замещения ток прямой последовательности при раз-
рыве фазы А равен /разрЛ = + А^), а напряжение прямой
последовательности 1\ разр А определяется как падение напряжения
на сопротивлении, включенном между точками разрыва, в данном
случае на сопротивлении Х2:
Ц разрЛ А разрА^2
Знак минус обусловлен тем, что напряжение Цр.1зЛ принято на-
правленным противоположно току /
По условиям задачи X = Х2, поэтому
г. = -о,5бл,.
1 раз А ’ ф А
Полное напряжение разрыва, как отмечалось выше,
разр А 1 разр А ’ ф А
Поскольку напряжение срабатывания реле U = 0,76/ , коэффи-
циент чувствительности
k=U JU = 1,56/к,/О,76Л = 2,14.
’I разр А1 с.р ’ фА' 9 ф/4 ’
4.8
На рис. 4.4 дана принципиальная схема минимальной защиты
напряжения, выполненная посредством двух реле напряжения KV1
Рис. 4.4. Принципиальная схемгх минимальной защиты напряжения
(к примеру 4.8)
210
и KV2, включенных соответственно на напряжения и Uht транс-
форматора напряжения ТИ[14].
При снижении напряжения до заданного значения реле сраба-
тывают. Через их последовательно соединенные замкнувшиеся кон-
такты (они выполняют логическую операцию И) создается цепь на
запуск реле времени КТ. По истечении заданной выдержки времени
реле КТ срабатывает и защита действует на отключение определен-
ной части электродвигателей. Защита не должна срабатывать при
нарушениях цепей трансформатора напряжения, например при пе-
регорании одного из предохранителей.
Необходимо определить максимальное значение напряжения
срабатывания реле, при котором исключается ложное срабатывание
защиты в этом случае. Принять коэффициент отстройки ктс = 1,2.
Трансформатор TV подключен к шинам бесконечной мощности, его
сопротивления прямой и обратной последовательности равны — Х2),
а сопротивление нулевой последовательности %0 = <».
Решение
Рассмотрим случай перегорания предохранителя в фазе В. Ис-
пользуя решение примера 4.7, найдем полное напряжение разрыва
U =-1,5(Лд.
На рис. 4.5 даны векторные диаграммы напряжений, подводи-
мых к обмотке трансформатора напряжения до разрыва фазы В
(см. рис. 4.5, а), и вектор полного напряжения в месте разрыва U в
(см. рис. 4.5, б).
Результирующее напряжение на обмотках трансформатора пос-
ле перегорания предохранителя находим путем суммирования этих
напряжений (см. рис. 4.5, в). Из построения следует, что при пере-
горании предохранителя в фазе В напряжения на обмотках транс-
Рис. 4.5. Векторные диаграммы напряжений
(к примеру 4.8)
211
форматора (с высшей и низшей стороны) принимают следующие
значения:
^«=^ = 0,54; ^С=Ч; ^=ис=иф, (/, = о,5с/ф.
Таким образом, к реле, включенным на напряжения Uah и Uhc,
подводится напряжение, равное 0,5 (/. По условию задачи реле при
этом не должны срабатывать, поэтому
£/ = 0,5(/ /к = 0,5 (//1,2 = 0,416(/.
Если схему дополнить еще одним реле и включить его на напря-
жение (/.,., то срабатывание защиты в рассматриваемом случае будет
определяться поведением этого реле, а его напряжение срабаты-
вания
(/ = U /1,2 = 0,832(/.
При перегорании предохранителей в других фазах напряжение,
равное (/, будет подводиться к одному из реле KV1 или KV2. Поэто-
му для всех реле трехрелейной схемы можно принять (/ = 0,832 (/.
4.9
На асинхронном электродвигателе напряжением U = 6 кВ, под-
ключенном к шинам системы бесконечной мощности, имеется за-
щита от перегрузки, которая выполнена одним реле, включенным
на разность токов двух фаз А и С. При определении тока срабатыва-
ния защиты принимались коэффициент отстройки к'^с = 1,1, коэф-
фициент возврата кв — 0,8.
Выяснить, будет ли срабатывать эта защита при разрыве фазы
электродвигателя, в которую:
а) включен трансформатор тока;
б) не включен трансформатор тока.
Скольжение после разрыва продолжает оставаться номинальным.
Сопротивления электродвигателя в относительных единицах, отне-
сенные к его номинальным параметрам:
• прямой последовательности X,, = 1,2;
• обратной последовательности Х,2 = 0,2.
Решение
Необходимо предварительно познакомиться с примером 4.7 и
комплексной схемой замещения, приведенной на рис. 4.3. Восполь-
212
зуемся полученным там выражением для тока прямой и обратной
последовательностей при разрыве любой фазы:
* 1 разр J * 2 разр
Здесь все величины отнесены к номинальным параметрам
электродвигателя. Подставляя значения %., = 1,2 и X*, = 0,2,
получим
/,, = -/., = 0,857/.
* 1 разр *2 разр ’ * д.ном
При этом ток в разорванной фазе А
1 разр "1" ^*2разр О,
а ток в неповрежденных фазах
/.,= -Лс= 0,857/.,1„„(1 + е'«) = 1,48
Реле включено на разность токов фаз А и С, поэтому при разры-
ве фазы А (С) через реле будет проходить ток
/. = 1,48/, п /К„
*р 5 * Д.НОМ' /’
а при разрыве фазы В
/, =2,96/, /К..
*р ’ *д.ном' /
Ток срабатывания реле
J Ш _ ^отс ^12 j _ Ы Уз г _ 2,4/, д ном
‘ср_ kDKf *яном " 0,8-К, ‘д-ном“ К,
Таким образом, реле сможет сработать только при обрыве фазы,
в которую не включен трансформатор тока.
4.10
Для асинхронного электродвигателя, подверженного техно-
логическим перегрузкам, выбрать схему и уставки защиты от пе-
регрузки, действующей на сигнал. Параметры электродвигателя
Рдном = 2000 кВт, 6/ном = 6 кВ, cos ср = 0,885, h = 95,4 %. Время пуска
нагруженного двигателя 13 с. Коэффициент трансформации транс-
форматоров тока К, = 300/5. В защите используется реле РТ-80 (см.
табл. 1.4). Принять коэффициент отстройки ктс = 1,2, коэффици-
ент возврата кв = 0,8.
213
Ответ
Защита выполнена в однорелейном исполнении с включением
реле РТ-84/1 на разность токов двух фаз. Ток срабатывания реле
/ =9,87 А.
с.р ’
Выдержка времени в независимой части характеристики t = 16 с.
4.11
В схеме защиты от коротких замыканий электродвигателя с пара-
метрами Рдном = 800 кВт, (/ом = 6 кВ, /дном = 91 А предлагается ис-
пользовать реле РТ-85 с усиленной контактной системой, позволяю-
щей коммутировать токи до 150 А включительно, а схему защиты
выполнить в однорелейном исполнении с дешунтированием элект-
ромагнита отключения выключателя. Необходимо определить мини-
мальный коэффициент трансформации трансформаторов тока К(, если
при трехфазном КЗ на выводах электродвигателя 1^ — 3200 А.
Ответ
Расчетный коэффициент К} = 185/5.
Принимается ближайший больший К, = 200/5.
4.12
Асинхронные электродвигатели напряже-
нием 6 кВ получают питание от трансфор-
матора с 5тном = 5,6 MB -A, U = 35/6,3 кВ и
(J = 7,5 %, подключенного к шинам системы
бесконечной мощности. На электродвигате-
лях предполагается установить защиту от КЗ,
которая может выполняться с помощью вто-
ричных токовых реле разных типов.
Определить коэффициенты чувствитель-
ности защиты, выполненной по схеме непол-
ной звезды и с включением одного реле на
разность токов двух фаз. Расчет провести для
схем (см. табл. 1.4, 1.5):
Рис. 4.6. Схема электроснабжения асинхронных
электродвигателей (к примеру 4.12)
214
а) с реле РТ-40, для которого принять коэффициент отстройки
к' = 15*
Лотс 1’*'’
6) с использованием отсечки реле РТ-80, для которого к*г1Г = 2;
в) со вторичным реле прямого действия РТМ, для которого при-
нять £0'тс = 2,5.
Для определения коэффициентов чувствительности в качестве
расчетного можно принять ток двухфазного КЗ в точке К (рис. 4.6).
Влиянием электродвигателей на значение тока КЗ можно пре-
небречь.
Па раметры защищаемых электродвигателей указаны в табл. 4.2.
При решении использовать данные табл. 1.17 примера 1.1.
Таблица 4.2
Номер эл ектрод ви гател я Номинальная мощность Р , кВт д.ном’ costp Г|, % ^-пек
1 630 0,9 93,8 5,7
2 800 0,9 94,5 5,4
3 1000 0,9 94,8 6,2
Ответ
Значения коэффициента чувствительности к®’ приведены в
табл. 4.3.
Таблица 4.3
Номер электро- двигателя Схема соединения трансформаторов тока и обмоток реле
Реле РТ-40 Реле РТ-80 Реле РТМ
Неполная звезда Включение реле на разность токов двух фаз Неполная звезда Включение реле на разность токов двух фаз Неполная звезда Включение реле на разность токов двух фаз
1 9,8 5,66 7,3 4,2 5,86 3,39
2 8,2 4,75 6,2 3,58 4,9 2,83
3 5,8 3,35 4,3 2,5 3,47 2
215
Трансформатор мощностью 5тном = 560 кВ • А, напряжением
10/0,4 кВ со схемой соединения обмоток Y/Л, У которого напря-
жение короткого замыкания (/ = 5,5 %, потери короткого замыка-
ния ДРк = 9,4 кВт, а сопротивления нулевой последовательности 7?сг
и %от в семь раз больше сопротивлений прямой последовательности
7?1Т и %1Т, питает электродвигатели, подключенные к распредели-
тельному пункту (рис. 4.7).
Проводка от трансформатора до электродвигателей выполнена про-
водами с резиновой изоляцией, проложенными открыто. Погонное
сопротивление проводов прямой и обратной последовательностей
шг = Л2Пг = °’25 Ом/км;
7? пг = R, п = 32 Ом • мм2/км;
1 пг 2 пг ' ’
нулевой последовательности Хо — 4Xt;
R=R,. + 37?,
0 1 ф.п 1
где 7? — активное сопротивление прямой последовательности
фазного провода; R н п — активное сопротивление прямой последо-
вательности нулевого провода.
10 кВ
Значения длины участков и сечения про-
водов даны в табл. 4.4, а параметры элект-
родвигателей — в табл. 4.5.
Для защиты от КЗ электродвигателей
предлагается использовать предохранитель
ПН2. Необходимо выбрать предохранители,
плавкие вставки к ним и проверить их по
отключающей способности и по кратности
тока короткого замыкания (отношение ми-
нимального тока КЗ к номинальному току
плавкой вставки). Согласно [2] кратность
должна быть не менее трех при однофазном
КЗ в наиболее удаленной точке защищае-
мого участка.
Рис. 4.7. Схема электроснабжения электродви-
гателей (к примеру 4 13)
216
Таблица 4.4
Параметры проводов Участок
от трансформатора до распределительного щита ответвления к двигателям
1 2 3
Длина /, км 0,2 0,02 0,02 0,015
Сечение фазного провода , мм2 400 6 25 50
Сечение нулевого провода $ , мм2 150 2,5 10 25
Таблица 4.5
Двигатель в схеме Мощность двигателя Р , кВт Кратность пускового тока Пск/Аьном Коэффициент МОЩНОСТИ coscp Коэффициент полезного действия т}, %
Ml 20 5 0,89 89
М2 55 6 0,89 91
М3 75 5,5 0,89 91,5
Решение
Решение дано для электродвигателя М1.
1. Определим номинальный ток плавкой вставки
нальный ток электродвигателя
. Номи-
вс. ном
Л.н«, = Л.™ № cos<p Т] = 20/V30.4 •0,89• 0,89 = 37 А.
Пусковой ток электродвигателя
I = 51 = 5-37 = 185 А.
ПС К Д.НО.М
Номинальный ток плавкой вставки выбираем по наибольшему
из двух токов:
/ = к I = 1,2-37 = 44,4 А;
ВС.НОМ ОТС Д.НОМ ’ ’ ’
I = I /к = 185/2,5 = 74 А.
вс.ном пск' пер '
217
Выбираем предохранитель ПН2 на номинальный ток / м = 100 А
и плавкую вставку на номинальный ток / с м = 80 А. Предохрани-
тель отключает ток до 6 кА.
Коммутационную способность предохранителя определяем по
максимальному току КЗ. Это ток трехфазного КЗ при повреждени-
ях сразу за предохранителем, т. е. в точке К} ъ (см. рис. 4.7).
2. Определим ток трехфазного КЗ и проверим коммутаци-
онную способность предохранителя. Суммарное сопротивление пря-
мой последовательности контура короткого замыкания
где У /?1фп и У, п — результирующие активное и индуктивное со-
противления прямой последовательности проводов от трансформа-
тора до точки короткого замыкания К®, Ом.
Активное сопротивление прямой последовательности проводов
S R >Ф, = Л, Чч = 32 0,2/400 = 0,016 Ом.
Индуктивное сопротивление прямой последовательности про-
водов
= *1лг/ = 0,25-0,2 = 0,05 Ом.
Активное сопротивление прямой последовательности трансфор-
матора
л,т
2
ср.ном
т.ном
= (9,4/560)(4002 • 10"3/560) = 0,0048 Ом.
Индуктивное сопротивление прямой последовательности транс-
форматора
л. = ^(^%/юо)(</ииА.„о„)]2-л?т =
= J[(5,5/100) (4002 10’7560)'2 -(0,0048)2 = 0,015 Ом.
218
Полное сопротивление прямой последовательности контура ко-
роткого замыкания
Zlz = д/(0,016 + 0,0048)2 + (0,05 + 0,015)2 = 0,068 Ом.
Ток трехфазного короткого замыкания в точке К®
z,x = 400/Д. 0,068 = 3400 А.
Выбранный предохранитель обладает значительно большей ком-
мутационной способностью (6000 А).
3. Определим ток однофазного короткого замыкания в точке А^0
(выводы электродвигателя) и проверим выбранный предохранитель
и его плавкую вставку по кратности минимального тока короткого
г(1)
замыкания
Активное сопротивление прямой последовательности фазных
проводов от трансформатора до точки короткого замыкания К”
£Я1фп = 0,016 + 32 - 0,02/6 = 0,123 Ом.
Активное сопротивление прямой последовательности нулевого
провода
£А|нп = 32-0,2/150+ 32 0,02/2,5 =
= 0,042 + 0,257 = 0,299 Ом.
Активное сопротивление нулевой последовательности проводов
от трансформатора до точки К^’
+ 3£«,нг1 = 0,123 + 3 0,299 = 1 Ом.
Индуктивное сопротивление прямой последовательности про-
водов от трансформатора до точки А/
£%1ПГ =0,25(0,2+ 0,02) = 0,055 Ом.
Индуктивное сопротивление нулевой последовательности про-
водов от трансформатора до точки К\
*оп =4£+¥1пг =4-0,055 = 0,22 Ом.
219
Активное сопротивление нулевой последовательности трансфор-
матора
7?От = 7Я1т = 7-0,0048 = 0,0336 Ом.
Индуктивное сопротивление нулевой последовательности транс-
форматора
X = 7Х = 7-0,015 = 0,105 Ом.
Результирующее активное сопротивление контура при однофаз-
ном КЗ в точке
К?. ~ + ^1т
^0п ^0т
= 2(0,123 + 0,0048) + 1 + 0,0336 = 1,3 Ом.
Результирующее индуктивное сопротивление контура при одно-
фазном КЗ в точке
= 2(£
= 2(0,055 + 0,015) + 0,22 + 0,105 = 0,465 Ом.
Полное сопротивление контура при однофазном КЗ в точке
ZY = = 7о,4652 + 1,32 = 1,38 Ом.
Ток однофазного КЗ в точке К
/й = = 3 400/(Д 1,38) = 503 А.
Номинальный ток выбранной плавкой вставки /вс ном = 80 А, сле-
довательно, кратность
/й//«.но„= 503/80 = 6,27
т. е. более трех.
Поэтому выбранный предохранитель удовлетворяет и требова-
ниям коммутационной способности, и требованиям чувствительно-
сти, т. е. он защищает электродвигатель Ml от коротких замыканий.
Для электродвигателей М2 и М3 задача решается аналогично.
Ответ дан в табл. 4.6.
220
Таблица 4.6
Эл ектрод ви гател ь Номинальный ток предохранителя/прном, А Номинальный ток плавкой вставки 7ВСН0М, А Максимальный отключаемый ток, А Ток трехфазного КЗ в месте установки предохранителя (в точке Ток однофазного КЗ на I U) выводах электродвигателя (в точке Кратность тока /7 ном * 1ч / ISV П ч/М Выводы
М2 400 250 6000 3400 1040 4,16 Защита удовлетворяет требованиям
М3 400 355 6000 3400 1320 3,7
4.14
Для защиты асинхронного двигателя от тепловой перегрузки
предлагается использовать микропроцессорное комплектное устрой-
ство SPAC802-01 с номинальным током I — I А [26, 27]. Необхо-
димо определить ток срабатывания реле / и время срабатывания
защиты /сз.
Параметры электродвигателя:
> = 750 кВт, U = 6 кВ, I = 91 А.
д.ном ’ ном 5 д.ном
Кратность пускового тока кпск = 7пск//дном = 6, время пуска вместе с
приводным механизмом /пск = 10 с.
Характеристики срабатывания защиты даны на рис. 4.8 и 4.9.
Коэффициент р влияет на крутизну характеристик.
Решение
1. Для выбора характеристики срабатывания и определения 7
необходимо знать t и отношение /пск/7е (1, 26].
Здесь / — ток полной нагрузки. Он равен отношению наибольше-
го длительно допустимого вторичного тока электродвигателя I
к номинальному току реле / м, т. е.
дл.доп' I р.ном’
221
Рис. 4.8. Кривые срабатывания теп-
ловой защиты с предварительной
нагрузкой 1,0/е («горячие кривые»),
р = 50 % (к примеру 4.14)
Рис. 4.9. Кривые срабатывания
тепловой защиты без предвари-
тельной нагрузки («холодные кри-
вые»), р = 0 % (к примеру 4.14)
В расчетах принимают I = 1, 1/дном- Тогда
д.ном
/ р.ном
Окончательно с учетом погрешностей измерения тока и коэф-
фициента возврата ток полной нагрузки
Д.НОМ' / р.ном*
В условии сказано, что I ном = I А, поэтому
1,12/ /К..
' д.ном7 I
Пусковой ток I = к I /К.. Необходимое отношение
J ИСК ПСК Д.НОМ' /
ПСК д.ном
д.ном
При кпск = 6 отношение /1СК//е = 5,4.
2. Для определения расчетного времени t рекомендуется ис-
пользовать соотношение t = (1,3...1,5)/ или t = 1,3 -10 = 13 с.
Далее выбираем характеристику по кривым срабатывания теп-
ловой защиты с предварительной нагрузкой и коэффициентом кру-
тизны р — 50 % (см. рис. 4.8).
При кратности /1ск//е — 5,4 и / — 13 с — характеристика t6v = 20 с.
3. По характеристикам срабатывания защиты без предваритель-
ной загрузки (см. рис. 4.9) для IncJlQ — 5,4 и выбранному значению
t6, = 20 с определяем время срабатывания защиты при пуске элект-
родвигателя из холодного состояния /с з = 22 с.
Ток срабатывания реле при Kt — 100/5
Гс.„ = 1,05 /е = 1,05 1,12 / К, = (1,05 1,12 91) / 20 = 5,4 А.
4.15
На электродвигателе напряжением <7нрм = 6 кВ и мощностью
Р = 1600 кВт необходимо установить защиту от перегрузки, входя-
щую в состав комплектного устройства ЯРЭ2201. Номинальный ток
электродвигателя 170 А, кратность пускового тока £пск = 7, длительность
пуска Z = 11 с. Трансформаторы тока и реле включены по схеме
неполной звезды к , = 1 и коэффициент трансформации К = 200/5
к = 1,3. Необходимо рассчитать уставки срабатывания защиты по
току и по времени.
223
Решение
1. Расчет уставок этой защиты имеет некоторые особенности.
Они подробно рассмотрены в [27]. Сообщим некоторые сведения
о защите. Она состоит из двух основных блоков: блока преобразо-
вателей тока и измерительного блока. На первом из них выставля-
ются уставки по току. На нем имеется две шкалы /в и К с дискрет-
ными уставками: I от 1,5 до 5,0 А с шагом 0,5 А и А с двумя
значениями 1 и 3. На измерительном блоке имеется шкала временной
характеристики T.J Г с дискретной уставкой от 0,1 до 1,0 с шагом 0,1.
Защита имеет обратнозависимую характеристику и реализуется вы-
ражением
Ср
где — величина, характеризующая постоянную нагрева электро-
двигателя, Aj = 100...1000 с с дискретностью уставки через 100 с;
/< — кратность тока перегрузки.
На рис. 4.10 даны граничные характеристики защиты А. = 100 с
и А = 1000 с.
2. Расчет уставок начинается с определения уставки по току бло-
ка преобразователей
(/ К) = 1,1 \к I /К,=
v в 7 рсч ’ СХ Д.НОМ' 1
= 1,11 • 1 • 170/(200/5) = 4,7 А,
(/ К) < 5,
х в 7 рсч 1
принимаем К— I, т. е.
(/ К) = /.
v в 7 рсч в
Принимаем уставку по току
I = 5,0 А.
в 1
Далее определяем ток срабаты-
вания защиты по выражению
/ = 1,15(7 А) А =
с.з 5 у в 7уст /
= 1,15-5-200/5 = 230 А,
Рис. 4.10. Характеристики зашиты от
перегрузки комплектного устройства
ЯРЭ2201 (к примеру 4.15)
224
или
I = 1,35/ .
С.З ’ д.ном
3. Переходим к выбору уставки выдержки времени [27]:
(Т1Т\ = £пп/пск Г(£пск /лноЛхЖ (АЛ) 171000 =
\ / / м /уст пск у пск д.ном сх // / \ в /уст /
= 1,3-11 [(7 • 170 • 1 )/5 • 200/5]2 /1 000 = 0,5.
Принимаем уставку (Г/ТДст = 0,5.
При этой уставке время срабатывания реле при пуске электро-
двигателя [27]:
t = (Т./Т) 1000/[(£ / к )/К,(1 К) ]2 =
с.р v /' м'уст ' 1 v пск д.ном cx/z /V В 7yCTJ
= 0,5 • 1000/[(7 • 170 • 1 )/5 200/5]2 = 14,2 с,
т. е. время срабатывания реле при пуске (14,2 с) больше времени
пуска (11 с) и пуск электродвигателя обеспечивается.
По значениям к . = 7 и t = 14,2 с определяем коэффициент
ПС IC
Л ='сз*пс.< - 14,2-49 = 700 с.
Защитная характеристика реле с Aj = 700 с изображена на
рис. 4.10.
4.16
В условиях эксплуатации возможны несимметричные работы
асинхронных электродвигателей, например, при двухфазных КЗ,
вблизи шин, от которых питается электродвигатель. Возможны и
Другие причины. Степень несимметрии Д/ определяется разностью
наибольшего и наименьшего фазных токов, отнесенной к наиболь-
шему фазному току, т. е. Д/ = (/. — I. . )//.
Для защиты электродвигателя используют комплектное устрой-
ство SPAC802-01. Время срабатывания защиты t определяется дву-
мя условиями [I, 27]:
• недействием защиты при максимально возможной несиммет-
рии Д/ = 50 %, которая возникает при близких двухфазных КЗ, в
сети, отключаемых защитой поврежденного элемента с выдержкой вре-
мени z . При этом время срабатывания реле комплекта SPAC 802-01
Должно быть t > t + Д/;
с.р от кд 7
225
Рис. 4.11. Характеристики РЗ от несимметричной работы
при разных значениях t (20, 40, 60, 80, 100, 120 с)
комплектного устройства (к примеру 4.16)
• допустимым временем /лоп протекания максимально возмож-
ных токов /2тах обратной последовательности
доп
2
*2 шах "
226
Здесь А., = 40, Л-,П1ах — относительный ток.
Необходимо выбрать характеристику срабатывания защиты (рис. 4.11).
Время отключения /откл = 2,5 с; Д/ = 0,5 с электродвигателя со следу-
ющими параметрами: Р ном = 2000 кВт, С/ном = 6 кВ, / ном = 230 А,
кратность пускового тока кцск = 5,7.
Решение
1. Определяем t = 2,5 + 0,5 = 3 с.
2. По значению t п — 3 и А/ = 50 % из рис. 4.11 находим характе-
ристику /дт)п = 80 с.
3. Для удовлетворения второго условия по значению /доп необхо-
димо определить относительный ток обратной последовательности
^*2 шах"
При двухфазных КЗ относительное напряжение обратной пос-
ледовательности - 0,5, а относительное сопротивление обрат-
ной последовательности электродвигателя X, = 1/&пск.
В этом случае относительный ток обратной последователь-
ности
= £Л(?/Х, =0,5£ =0,5-5,7 = 2,85.
4. Определяем гдо1| = A-J/*22 = 40/2,852 = 5 с.
Из рис. 4.11 находим характеристику срабатывания с соот-
ветствующей уставкой Гд, в данном случае /д = /Дтах = 120 с. Устав-
ка срабатывания /д , может быть принята между /Д|п|п и /Дтах, т. е.
80 с < /. < 120 с.
ду
4.17
На электродвигатель мощностью Р ном = 2 МВт в сетях с изоли-
рованной нейтралью напряжением Ю кВ и током замыкания на зем-
лю I = 15 А необходимо предусмотреть защиту от однофазных по-
вреждений на землю, поскольку ток > 10 А [2].
Проверить возможность выполнения защиты с трансформа-
тором тока нулевой последовательности типа ТЗЛ-95 и реле тока
РТ-40/0,2. Защиту выполнить без выдержки времени. При вы-
боре тока срабатывания принять коэффициент отстройки Аотс = 5.
Длина кабельной линии, связывающей электродвигатель с ши-
нами, / = 50 м.
227
Решен и е
1. Ток срабатывания зашиты выбираем по условию [1]
/(*) - к 3 /’)
*С.З •
Здесь ток состоит из емкостного тока электродвигателя /
и емкостного тока кабельной линии 1цл, связывающей электродви-
гатель с шинами; к = 5.
2. Емкостной ток кабельной линии определим по упрощенной
формуле [1]
= UI/\0,
где U — линейное напряжение, кВ; / — длина линии, км:
= 10-0,05/10 = 0,05 А.
3. Емкостной ток электродвигателя можно определить, исполь-
зуя выражение
Од
д ном.ф ’
где UiK — номинальное фазное напряжение электродвигателя, В;
Сд — емкость фазы электродвигателя, Ф.
Здесь емкость [ 1 ]
Сд = (0,0187Ря,„, .|0-6)/1,27г/„о„(1+0,08С/ком),
где Р — номинальная мощность электродвигателя, МВт; (/—
номинальное линейное напряжение, кВ.
Подставляя в это выражение значения Р и <7 , получим
Г д.ном ном’ J
Са = (0,0187 • 2 • 10-6 )/1, 2^10 (1 + 0,08 • 10) = 0,00748 -10'6 Ф.
В выражении для со = 2л/ = 2 -3,14 -50 = 314. С учетом это-
го ток
I™ = 314 0,00748-10"6 10000/73 = 0,0135 А.
4. Суммарный емкостной ток и ток срабатывания:
= 1^1 + = 0,05 + 0,0135 = 0,0635 А;
/с°! = 5-3-0,0635 = 0,95 А.
228
На реле РТ-40/0,2 можно установить минимальный ток сраба-
тывания /с з min — 6,2 А при использовании трансформатора нулевой
последовательности типа ТЗЛ-95 Этот ток не превышает 10 А, как
это требуется в [2].
Поэтому рассмотренная защита может быть установлена на ука-
занном электродвигателе. Ее коэффициент чувствительности
к, =(Л’3/<|>)//<,’=(15-0,19)/6.2 = 2,38.
4.18
Электродвигатель мощностью Рп — 5000 кВт, напряжением
10 кВ выполнен с шестью выводами обмотки статора. Согласно
[2] на нем рекомендуется устанавливать продольную дифферен-
циальную защиту. Для упрощения она выполняется двухфазной
при наличии быстродействующей защиты от замыкания на землю.
Для электродвигателя кратность пускового тока к =5; costp = 0,9,
г] = 95 %.
Необходимо определить ток срабатывания зашиты /сз и ток сра-
батывания реле I .
Решение
1. Ток срабатывания продольной дифференциальной зашиты
определяем по известному выражению [1]:
с.з отс нб.рсч max'
Здесь
нб.рсч max
Для электродвигателя вместо /' Заи тах необходимо взять его пус-
ковой ток, который можно выразить через номинальный ток / ном:
ПСК ПСК д.ном
Принять коэффициенты кяп = 2 и к дн = 1, а полная погрешность
трансформаторов тока в = 10 %.
С учетом этого
= (10/100)2 - 1 -5/л
229
2. Определим номинальный ток электродвигателя и ток сраба-
тывания защиты при ктс = 1,4:
= Л/[^(cos ф)п] = 5000/(л/3 • 10 • 0,9 • 0,95) = 338 А;
/ = 1,4-338 - 473 А.
С.З ’
При коэффициенте трансформации трансформаторов тока
Kj = 400/5 ток срабатывания реле / = 1СЗ/К{ — 473/80 = 6 А.
ГЛАВА 5
СОГЛАСОВАНИЕ ЗАЩИТ СМЕЖНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПУТЕМ ПОСТРОЕНИЯ
КАРТЫ СЕЛЕКТИВНОСТИ
Селективное действие последовательно установленных защит обес-
печивается при выполнении условий, о которых говорилось выше в
соответствующих примерах. В сложных системах электроснабжения
обычно для этих целей строят карту селективности [15, 29]. По оси
абсцисс откладывают токи, приведенные к одной ступени напряже-
ния U , по оси ординат — время срабатывания защиты. В ряде
случаев возникает необходимость выполнять карту селективности в
логарифмическом масштабе. Для приведения тока /, проходящего
по элементу п с напряжением V к основной ступени напряжения
<7 н, используют выражение /осн — /л((//С/к|). На этой карте в со-
вмещенном виде изображают защитные характеристики всех эле-
ментов, защиты которых согласуются между собой. Для выполне-
ния защит могут быть использованы предохранители, расцепители
автоматических выключателей, токовые зашиты с зависимой или
независимой выдержкой времени.
5.1. Порядок построения защитных характеристик
на карте селективности
Защитная характеристика плавкой вставки предохранителя. Харак-
теристика (рис. 5.1, а) представляет собой зависимость t = f(I).
Если предохранитель установлен на элементе л, то его типовая за-
щитная характеристика построена в зависимости от тока /, отне-
сенного к напряжению Ut этого элемента. Для построения защитной
характеристики на карте селективности необходимо вместо тока /
использовать ток
Например, предохранитель ПН-2 с номинальным током плав-
кой вставки I м = 80 А установлен в сети 0,4 кВ (£/). Из типовой
защитной характеристики (см. рис. 2.1,) следует, что при токе 500 А
плавкая вставка перегорает за время 0,3 с. Если при построении
231
Рис. 5.1. Защитные характеристики
предохранителя и реле РТ-80
карты селективности за основное принято напряжение 10 кВ ), то
времени t= 0,3 с будет соответствовать ток, равный 20 А (500(0,4/10)).
Так переносят и другие точки характеристики на карту селек-
тивности.
Защитная характеристика реле РТ-80. С помощью этого реле
выполняют двухступенчатую токовую защиту: максимальная токо-
вая с зависимой выдержкой времени и токовая отсечка без выдерж-
ки времени. Защитная характеристика (рис. 5,1, б) представляет собой
зависимость времени срабатывания реле от отношения тока в обмотке
реле / к току срабатывания реле / (от кратности тока к = / // ) или,
что то же самое, отношение тока в защите / к току срабатывания
защиты /. (к = Ц/Ц). Для переноса ее на карту селективности
необходимо от кратности тока к перейти к току в защите I = Л/
(рис. 5.1, в). Здесь ток срабатывания защиты / нужно отнести к
выбранной ступени напряжения (/сн. Например, из типовой защит-
ной характеристики реле следует, что оно срабатывает за время t — 6 с
при кратности к — 2. На карте селективности этому времени сраба-
тывания будет соответствовать ток к = 2/ з. Аналогичным образом
переносят и другие точки защитной характеристики.
Реле РТВ тоже имеют защитную характеристику, зависимую от
кратности тока. Поэтому на карту селективности ее переносят, как
и характеристику реле РТ-80.
Защитные характеристики расцепителей автоматических выклю-
чателей. У автоматических выключателей с комбинированными рас-
цепителями защитные характеристики, как и у предохранителей,
представляют собой зависимость времени срабатывания расцепите-
ля t от тока в нем: t = f (I) (см., например, рис. 2.4). Поэтому
выбранную характеристику расцепителя переносят на карту селек-
тивности, как и характеристику плавкой вставки предохранителя.
232
Рис. 5.2. Учет тока нагрузки
при построении защитной характеристики
У автоматических выключателей с полупроводниковыми расцепи-
телями защитные характеристики, как и у реле РТ-80, строят в зави-
симости от кратности тока в расцепителе (см., например, рис. 2.3).
Поэтому на карту селективности выбранную характеристику пере-
носят, как и характеристику реле РТ-80. Например, следует постро-
ить на карте селективности характеристику с выдержкой времени 4 с
при 6/рцном. У нее при кратности к = /ри//рцл1ОМ = 3 выдержка времени
равна 40 с (см. рис. 2.5). На карте селективности этому времени
будет соответствовать ток / = 3/ . Здесь / следует отнести к
основной ступени.
В ряде случаев при построении карты селективности приходит-
ся учитывать влияние токов нагрузки. Так, например, если требует-
ся учесть влияние токов нагрузки ^^рабтах ПРИ согласовании между
собой характеристик защит А1 и А2 (рис. 5.2, а), то построенная
указанным выше способом защитная характеристика защиты AJ (кри-
вая / на рис. 5.2, б) должна быть смещена вправо на величину сум-
марного тока нагрузки 2}^pa6niax (кривая 2 на рис. 5.2, б).
5.2. Порядок согласования защитных характеристик
на карте селективности
Порядок согласования защитных характеристик уже рассматри-
вался выше, например в примерах 1.3, 2.7, 2.20. Здесь кратко повто-
рим условия, при которых необходимо согласовывать защитные ха-
рактеристики при построении карты селективности. Во всех случа-
ях построения характеристик на карте селективности необходимо
выполнять с учетом рекомендаций подразд. 5.1.
233
Рассмотрим порядок согласования на примере защит А1 и А2
(см. рис. 5.2, а).
Защиты А1 и А2 имеют независимую от тока характеристику. Вы-
держки времени согласуются по ступенчатому признаку, т. е. время
срабатывания защиты >47 должно быть на ступень селективности
Д/больше времени срабатывания /2 защиты А2 (рис. 5.3, а). Ступень
селективности принимают равной 0,3...0,5 с. Здесь и далее: 7 — защит-
Рис. 5.3. Порядок согласования защитных характеристик
234
ная характеристика защиты АГ, 2 — защитная характеристика защи-
ты А2.
Защиты А1 и А2 имеют зависимую от тока характеристику (рис. 5.3, б).
Эти защиты могут быть выполнены реле тока с зависимой выдерж-
кой времени, расцепителями автоматических выключателей или
плавкими предохранителями. При любом сочетании этих защитных
устройств согласование защитных характеристик защиты А1 и за-
щиты А2 осуществляется при токе 7^н тах трехфазного КЗ в точке К(У>
у места установки защиты А2 (на шинах подстанции Б). Ток /к ’н тах
определяется для максимального режима работы. При этом токе
время срабатывания защиты А1 должно быть на ступень селектив-
ности А/ больше времени срабатывания L, защиты А2. Если защиты
выполнены с использованием реле РТ-80 или РТВ, а кратность тока
КЗ U, внтг /Л з) велика и реле работают в независимой части своих
характеристик, то их выдержки времени должны согласовываться,
как и для защит с независимыми характеристиками.
Защита А1 имеет зависимую характеристику, а защита А2 — неза-
висимую (рис. 5.3, в). Согласование, как и в предыдущем случае,
осуществляется при токе /2НП1ах.
Защита А1 имеет независимую характеристику, а защита А2 — за-
висимую (рис. 5.3, г). В этом случае согласование осуществляется
при токе срабатывания /Д7| защиты А1. При этом токе выдержка
времени защиты А 7 должна быть на ступень селективности Аг боль-
ше выдержки времени /2 защиты А2.
Защита А1 имеет зависимую характеристику, а защита А2 — ком-
бинированную (кроме максимальной токовой защиты имеется и токо-
вая отсечка) (рис. 5.3, д'). В этом случае согласование будет прово-
диться при токе срабатывания токовой отсечки 7/з2 зашиты А2. При
этом токе выдержка времени ti защиты А1 должна быть на ступень
селективности А/ больше выдержки времени t2 максимальной токо-
вой защиты А2. Если защита >17 выполнена предохранителем, то
после выбора плавкой вставки, обеспечивающей указанные требо-
вания, необходимо проверить, сохраняется ли селективность межд;
токовой отсечкой и предохранителем при токе 7^а(1П1ах. Если не со-
храняется, то следует выбрать плавкую вставку с большим номи-
нальным током. ._
Защита А1 имеет комбинированную характеристику, а защита
зависимую (рис. 5.3, е). Токовая отсечка защиты Л 7 не действует при
235
внешних КЗ, но может срабатывать третья ступень токовой защиты
А1 с зависимой выдержкой времени. Ее и следует согласовывать с
защитой А2 при токе /^н тах.
Значения ступеней селективности А/ зависят от защитных уст-
ройств, используемых в защитах А1 и А2 (табл. 5.1).
Таблица 5.1
Устройства, используемые в защитах А1 и А2 Значения А/
Реле РТ-80 0,6
Реле РТВ 0,7
Расцепители автоматических выключателей 0,5Г2
П ред охра нител и 0,7/2
В одной защите — предохранители, в другой — расцепители 0,7/,
ПРИМЕРЫ И ЗАДАЧИ
5.1
Для защиты линии напряжением 0,4 кВ
(рис. 5.4) использован предохранитель Г типа
ПН-2. Номинальный ток его плавкой вставки
/ с ном = 100 А. С высшей стороны трансформа-
тора установлена максимальная токовая защи-
та. Характеристики плавких вставок предох-
ранителя ПН-2 (см. рис. 2.1.) построены в за-
висимости от тока, отнесенного в данном
случае к напряжению 0,4 кВ.
При построении карты селективности за ос-
новную ступень принято напряжение Uom =
= 10 кВ. С учетом этого необходимо перестроить
характеристику плавкой вставки с 1К1ЮМ = 100 А.
Рис. 5.4. Возможная схема электроснабжения
(к примерам 5.1, 5.2, 5.3, 5.4)
236
Решение
1. Используя рис. 2.1, представим защитную характеристику плав-
кой вставки с /всном = 100 А в виде табл. 5.2.
Таблица 5.2
Г, С 30 5 1,8 0,5 0,1 0,02
/, А /р 300 400 500 600 900 2000
2. Для получения характеристики, отнесенной к основной сту-
пени напряжения Цин — 10 кВ, необходимо привести к этому на-
пряжению токи /, указанные в табл. 5.2. Для этого следует исполь-
зовать выражение / н — / <7/6/^ ,, или /осн — 1 0,4/10 = 0,04/п.
Характеристика, которую необходимо построить на карте селек-
тивности, представлена в виде табл. 5.3.
Таблица 5.3
/, с 30 5 1,8 0,5 0,1 0,02
/, А /Р 12 16 20 24 36 80
5.2
На трансформаторе Тмощностью 400 кВ А установлена мак-
симальная токовая защита А с током срабатывания /сз = 32 А
(см. рис. 5.4). Для защиты использованы реле РТ-80, включен-
ные по схеме неполной звезды. Защитная характеристика реле
имеет в установившейся части выдержку времени, равную / = 2 с
(см. рис. 1.5).
Необходимо построить эту защитную характеристику на карте
селективности. При ее построении за основную ступень принять
напряжение 6/осн = 10 кВ.
Решение
Как уже отмечалось ранее, защитная характеристика реле пред-
ставляет собой зависимость времени его срабатывания от отноше-
ния тока в обмотке реле / к току срабатывания /ср или, что то же
самое, от отношения тока в защите /( к току срабатывания защиты
/ 3, т. е. от кратности к = /р/4.Р = 4/4л-
237
На оси абсцисс карты селективности указываются токи не в реле,
а в защите. Поэтому, зная кратность и ток срабатывания зашиты,
можно построить защитную характеристику реле в зависимости от
тока / = klf з, причем ток / , необходимо отнести к выбранной ступе-
ни напряжения £/осн. В нашем случае /с з — 32 А отнесен к этому на-
пряжению.
С учетом этого на карту селективности необходимо нанести ха-
рактеристику, данные которой приведены в табл. 5.4.
Таблица 5.4
Кратность к = 7/2 р из рис. 1.22 2 4 6 8 10
Время t, с, из рис. 1.22 5,23 3,17 2,4 2,2 2
Ток I — к! , А 3 с.з7 64 128 192 256 320
5.3
Построить защитную характеристику защиты А, рассмотренной в
примере 5.2 (см. рис. 5.4), если за основную принять ступень с напря-
жением (/осн = 0,4 кВ. В данном случае /сз = 32 А необходимо привести
к основной ступени напряжения, т. е. / = 32 • 10/0,4 = 800 А.
При этом в строке 3 табл. 5.4 вместо указанных значений тока /,
необходимо принять значения /, = £-800. Результаты расчета сведе-
ны в табл. 5.5.
Таблица 5.5
Кратность к = 1/1 Г из рис. 1.22 2 4 6 8 10
Время t, с, из рис. 1.22 5,23 3,17 2,4 2,2 2
Ток I = к! , А з сз’ 1600 3200 4800 6400 8000
5.4
На рис. 5.4 к шинам 0,4 кВ подключен электропотребитель, в
цепи которого установлен автоматический выключатель QF типа
ВА5000.
Номинальный ток его расцепителя / м = 400 А, а выдержка
времени при токе 6/ ом равна 4 с (см. рис. 2.6, а).
238
Построить на карте селективности защитную характеристику рас-
цепителя. За основную ступень принять напряжение 6/сн = 0,4 кВ.
Решение
Здесь, как и в примере 5.2, необходимо от кратности к = /рц//рЦИОМ
перейти к току / (/3) — к! ном- Номинальный ток расцепителя
/ ом ~ 400 А уже отнесен к напряжению £/осн = 0,4 кВ. С учетом
этого составим табл. 5.6, используя рис. 2.6, а.
Таблица 5.6
Кратность к = / // 2 6 10
Время Л с, из рис. 2.6, а 30 4 2
Ток I (/) = к! , А, из рис. 2.6, а рц v з7 рц.ном’ ’ г 800 2400 4000
5.5
На карте селективности построить защитные характеристики,
полученные в примерах 5.1, 5.3 и 5.4. При этом за основную ступень
принять напряжение £/)сн = 0,4 кВ. Данные для построения даны в
табл. 5.2, 5.5 и 5. 6.
Решение
Карта селективности приведена на рис. 5.5. Она построена в
логарифмическом масштабе. Из рассмотрения карты селективности
следует, что не обеспечивается селективность между максимальной
токовой защитой трансформатора А (см. рис. 5.5, кривая /) и расце-
пителем автоматического выключателя QF (кривая 2). Для обеспе-
чения селективности необходимо сместить характеристику /, на-
пример. вправо, т. е. увеличить ток срабатывания зашиты А, если
это возможно без ущерба для ее чувствительности. При двухфазном
КЗ в точке К(2} (см. рис. 5.4) коэффициент чувствительности дол-
жен быть
По условию ток в точке КЗ, отнесенный к напряжению 0,4 кВ,
= 6Д5 кА. Поскольку ток срабатывания защиты отнесен к на-
239
Рис. 5.5. Карта селективности
(к примерам 5.1, 5.3, 5.4, 5.5)
пряжению 10 кВ, то и ток /<2) нужно отнести к этому напряже-
нию, т. е.
/<2) = 6,45-0,4/10 = 0,258 кА.
Защита выполнена по схеме неполной звезды, поэтому кс^ — 1.
При двухфазном КЗ за трансформатором с группой соединения об-
моток Y/Д-П для схемы неполной звезды к^ = 1/->/3.
С учетом этого
кч = 285/(73-32) = 5,2 >1,5.
Поэтому ток срабатывания защиты можно увеличить по край-
ней мере в 3 раза (5,2/1,5). Для обеспечения селективности доста-
точно увеличить ток срабатывания защиты в 2 раза, т. е. принять
4.з= 64 А- Карга селективности на рис. 5.5 построена при Um = 0,4 кВ.
Поэтому и ток / нужно привести к этому напряжению, т. е.
I = 64-10/0,4 = 1600 А.
Тогда табл. 5.5 примет вид табл. 5.7.
240
Таблица 57
Кратность Л = 7 /7 из рис. 1.22 2 4 6 8 10
Время /, с, из рис. 1.22 5,23 3,17 2,4 2,2 2
Ток 7 = к! , А 3 с.з’ 3200 6400 9600 12 800 16 000
Эта характеристика изображена на рис. 5.5 пунктиром (кривая /')•
Селективность также можно обеспечить, если сместить защитную
характеристику / вверх, т. е. принять характеристику реле с боль-
шим временем срабатывания в ее установившейся части.
5.6
На рис. 5.6 показана электрическая сеть, элементы которой за-
щищены плавким предохранителем F, расцепителями автоматичес-
ких выключателей QF1, QF2 и QF3, максимальной токовой защитой
/47 с независимой выдержкой времени и максимальной токовой за-
щитой А2 с зависимой выдержкой времени. Необходимо выбрать
параметры защитных устройств так, чтобы обеспечивались необхо-
димые чувствительность и селективность. Защитные характеристи-
ки совместить на карте селективности. Данные для расчета сведены
в табл. 5.8.
Таблица 5.8
Мощность трансформаторов, кВ-А Токи КЗ, А, в точках Максимальные рабочие токи, А, в линиях
Т1 Т2 К? Л1 Л2 ЛЗ
1600 250 450 2750 880 60 170 170
Al А2 ип,Ч_г\Зи—L_rHZJ— 77 — 35 кВ f-|_J 10 кВ „г, ЛЗ ' Т? /у / Л2 у И/ -у 0,4 кВ *3°
Рис. 5.6. Электрическая сеть (к примеру 5.6)
241
Состав электродвигателей в нагрузках линий Л2 и ЛЗ незначи-
тельный. Максимальные рабочие токи и токи КЗ отнесены к соот-
ветствующей ступени напряжения. Это необходимо учесть при по-
строении карты селективности.
Решение
1 . Определяем параметры расцепителя автоматического вык-
лючателя QF2 (QF3) типа АЗ 100. Для тепловых расцепителей его
номинальный ток 1 ом принимаем равным максимальному ра-
бочему току /рабтах- Поэтому в нашем случае /мн..м = 170 А, а ток
срабатывания третьей ступени l"'4 = к^41ритм. Для выключателей
А3100 khl = 1,25, поэтому = 1,25 170 = 212,5 А. Выбираем авто-
матический выключатель АЗ 130, у которого при / ом = 170 А ток сра-
батывания электромагнитного расцепителя (отсечки) Zzt4 = 1200 А, а
время срабатывания не более 0,015 с (см. рис. 2.2). Ток одно-
фазного КЗ /к* в конце линии Л2 (точка X'.1 ) равен 880 А. При
этом отношение /' /Лином = 880/170 = 5. Чувствительность доста-
точна, так как по [2] требуется не менее трех. Из характеристики
следует, что при токе 880 А тепловой расцепитель сработает за 40 с,
а при токе срабатывания электромагнитного расцепителя, равном
1200 А, за 25 с.
2 Определим номинальные токи трансформатора Т2:
• со стороны высшего напряжения
т 250 .
/ т ном I — ~7=--— 14,5 А,
т.ном I д/З 10 3 * * * 7 7
• со стороны низшего напряжения
250
т.ном
3. Далее необходимо выбрать автоматический выключатель QF1
и определить параметры его расцепителя. Для достижения се-
лективности при трехфазном КЗ в точке К,1 расцепитель выбран-
ного автоматического выключателя должен срабатывать за время
/3ZZ > r4z + Д/. В данном случае // =0,015 с, а Д/ = 0,5// (см. табл. 5.1),
т. е. 0,0075 с. Поэтому при токе 2750 А время срабатывания рас-
242
целителя должно быть не менее 0,023 с. Этому требованию удов-
летворяет селективный автоматический выключатель А3734С (см.
рис. 2.3). Принимаем выдержку времени второй ступени равной
0,1 с. Для полупроводниковых расцепителей номинальный ток
I = LI/ к , •
рц.ном 5 раб шах
В нашем случае / , ~ / или 1 = 1,1 - 361 = 397 А. При-
нимаем / ом — 400 А и характеристику, в зависимой части которой
при токе 6/ м время равно 4 с. В этом случае при кратности 2,2
(880/400) время срабатывания расцепителя равно 200 с. Ток сраба-
тывания третьей ступени /Дз = ^/рц.ном- Коэффициент к = 1,25,
при этом = 1,25 400 = 500 А. Ток срабатывания отсечки с выдер-
жкой времени //' автоматического выключателя QF1 равен
/"з = ^//,4- ПРИ = I,3 //33 = 1,3-1200 = 1560 А. Принимаем
= 1600 А, что соответствует кратности 1600/400 = 4. Выдержка
времени третьей ступени при этой кратности равна 15 с, а при
кратности 3 (соответствует току срабатывания //,4) — 50 с.
Таким образом, из сопоставления выбранных защитных харак-
теристик расцепителей автоматических выключателей QF1 и QF2
следует, что селективность между ними обеспечивается. Далее эти
характеристики будут нанесены на карту селективности.
4. Для выбора предохранителя F и номинального тока его
плавкой вставки воспользуемся выражением /"ZHOM = 1,57ТНОМ, или
//с.ном = 1,5-14,5 = 21,75 А. Выбираем предохранитель ПКТ и плав-
кую вставку с /всном = 31,5 А (см. рис. 1.10). При КЗ за транс-
форматором (точка К' ) ток, протекающий через предохрани-
тель, равен 2750 • 0,4/10 = НО А. При этом токе плавкая вставка
перегорит за 3 с, т. е. селективность с QF1 обеспечивается, удов-
летворяется также требование термической стойкости трансфор-
матора [1].
Расчетное допустимое время оказывается значительно больше 4 с,
оно равно 26 с.
5. Для выполнения защиты А2 с зависимой выдержкой времени
используем реле РТ-80. Ток срабатывания максимальной токовой
защиты
in
с.з2
раб max ‘
243
При
^отс 1>2, £сзп - 1;
К =0,8;
4” = ~ • 60 = 90 А.
U,о
Характеристику реле необходимо выбрать так, чтобы обеспечить
селективность между защитой А2 и предохранителем Гпри трехфаз-
ном КЗ в точке К\ \ т. е. при токе 450 А. Из защитной характери-
стики плавкой вставки следует, что она перегорает за время 0,05 с.
Поэтому для защиты А2 нужно выбрать реле РТ-81/1 и установить
минимальную уставку, по времени равную 0,5 с (см. рис. 1.5). Ток
срабатывания токовой отсечки необходимо отстроить от тока трех-
фазного КЗ в точке приняв к^с = 1,5. = 1,5 • 450 = 675 А.
При этом токе кратность //,,////,=675/90 = 7,5. Устанавливаем
кратность, равную 8, т. е. =8.90 = 720 А.
6. Определим номинальные токи трансформатора TJ:
• со стороны высшего напряжения
т.ном 1
1600
л/з-35
= 26,4 А;
• со стороны низшего напряжения
т.ном 2
1600
>/3-10
= 93 А.
7. Максимальная токовая защита трансформатора с незави-
симой выдержкой времени установлена со стороны высшего на-
пряжения и выполнена с комбинированным пусковым органом.
В этом случае ток ее срабатывания выбираем по выражению
Л.з1 - (^отс Ав) Л.ном I • При = 1,2 и kt = 0,8 ток срабатывания
Аз1 — 0»2/0,8) • 26,4 = 40 А . Выдержку времени уточним при по-
строении карты селективности.
8. При построении карты селективности необходимо руковод-
ствоваться сказанным выше в подразд. 5.1, 5.2 и примерах 5.1—5.5.
Прежде всею на карте селективности все защитные характеристики
должны быть построены в зависимости от тока, приведенного к одной
ступени напряжения. Еще раз поясним это на характеристиках за-
щитных устройств примера 5.6.
244
Здесь плавкая вставка предохранителя Fимеет номинальный ток
/ с ном = 31,5 А, ее защитная характеристика изображена на рис. 1.10.
Примем за основную ступень напряжение 10 кВ. В этом случае ха-
рактеристику переносим без изменений, так как предохранитель
установлен в сети 10 кВ. Без изменений переносим и характеристи-
ку реле РТ-80 защиты А2. Но необходимо от кратности к перейти к
току в защите: F = kl™. В примере была выбрана характеристика с
уставкой времени срабатывания 0,5 с. При кратности, равной 2,
время срабатывания равно 1,8 с. Ток срабатывания защиты = 90 А.
Поэтому на карте селективности у характеристики реле время 1,8 с
будет соответствовать току 2 • 90 = 180 А. Так же переносим и другие
точки характеристики.
Автоматические выключатели QFI и QF2установлены в сети 0,4 кВ.
Поэтому токи на типовой характеристике необходимо привести к
напряжению 10 кВ. Если характеристика построена в зависимос-
ти от кратности тока в расцепителе, то необходимо, как и у реле
РТ-80, перейти к токам. Так, например, номинальный ток расце-
пителя QFI равен 400 А. На карте селективности этому току будет
соответствовать ток 400 • 0,4/10 = 16 А, а току срабатывания отсечки
/с"3 = 47 ном — ток 64 А (характеристики 7 и 2 расцепителей QF2
и QF1 соответственно). Ток срабатывания максимальной токовой
защиты А1 тоже необходимо привести к напряжению 10 кВ:
= 40-35/10 = 150 А. Указанным способом на рис. 5.7 построе-
на карта селективности.
При ее построении возникла необходимость внести изменения
в выбор характеристики защиты А2. На карте селективности приня-
тая в расчете характеристика обозначена цифрой 4. Из расчета и
рис. 5.7 следует, что селективность между защитой А2 и предохра-
нителем F(характеристика 3) при максимальном токе внешнего КЗ
/Я ™ = 450 А в точке К обеспечивается. Однако при токе сраба-
тывания защиты = 90 А селективность не обеспечивается (пун-
ктирная часть характеристики 4). Для обеспечения селективности
следует или увеличить ток срабатывания защиты, или принять дру-
гую защитную характеристику. Увеличить ток срабатывания в на-
шем случае не представляется возможным, так как при этом зашита
А2 не будет обеспечивать дальнее резервирование (КЗ в точке К ').
В самом деле, при требуемом коэффициенте чувствительности
245
Рис. 5.7. Карта селективности (к примеру 5.6)
к"1 >1,2 ток срабатывания для трехрелейной схемы не может быть
более 91 А [2750(0,4/10)/!,2]. Поэтому принимаем другую защит-
ную характеристику с выдержкой времени в независимой части рав-
ной 1 с.
На карте селективности она обозначена цифрой 5. Выше отме-
чалось, что для обеспечения селективности между защитами А1 и
А2 согласование их выдержек времени необходимо выполнить при
токе срабатывания защиты А1 = 150 А. Время срабатывания
защиты А2 при этом токе равно 3,4 с (см. рис. 5.7). При построении
карты селективности и определении выдержки времени защиты А1
принято Д/ = 0,6 с. На карте селективности характеристика защиты
246
обозначена цифрой 6. Представляется возможным уменьшить вы-
держку времени защиты. Для этого следует сместить характеристи-
ку вправо, т. е. увеличить ток срабатывания (характеристика 7). Так,
если принять ток срабатывания равным 300 А, то вместо 4 с выдер-
жку времени можно принять равной 2 с. При этом защита обеспе-
чивает и дальнее резервирование (КЗ в точке К^). В самом деле
для трехрелейной схемы кч = 450/300 = 1,5.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабже-
ния. — М.: Высш, шк., 2007.
2. Правила устройства электроустановок. М., 1998.
3. Королев Е.П., Либерзон Э.М. Расчеты допустимых нагрузок в токо-
вых цепях релейной защиты. — М.: Энергия, 1980.
4. Реле защиты / В.С. Алексеев, Г.П. Варганов, В.И. Панфилов,
Р.З. Розенблюм. — М.: Энергия, 1976.
5. Шабад М.А. Расчеты релейной защиты и автоматики распредели-
тельных сетей. — Л.: Энегоатомиздат, 1985.
6. Аппаратура релейной защиты и автоматики для объектов электро-
энергетики. Каталог Чебоксарского электроаппаратного завода.
7. Справочник по релейной защите и автоматике / Л.И. Кукуевицкий,
А.Ю. Крупицкий, А.Д. Саков, Т.В. Смирнова. — М.: Энергия, 1968.
8. Овчаренко Н.И. Элементы автоматических устройств энергосистем:
Учеб, для вузов в 2 кн. Кн. 2. — М.: Энергоатомиздат, 1995.
9. Неклепаев Б.Н., Крючков И. И. Электрическая часть электростанций
и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проек-
тирования. — М.: Энергоатомиздат, 1989.
10. Электротехнический справочник: В 3 т. Т. 3. Кн. 1. Производство и
распределение электрической энергии / Под общей редакцией профессо-
ров МЭИ. — М.: Энергоатомиздат, 1988.
11. Дьяков А.Ф., Овчаренко Н.И. Микропроцессорная релейная защита
и автоматика электроэнергетических систем. — М.: Изд-во МЭИ, 2000.
12. Комплектные электротехнические устройства. Справочник в 3 т.
Т. 1. Комплектные распределительные устройства. Ч. 2. — М.: Информ-
электро, 1999.
13. Шмурьев В.Я. Цифровые реле. — СПб.: ПИЭпк, 1998.
14. Фабрикант В.Л., Андреев В.А., Бондаренко Е.В. Задачник по релей-
ной защите. — М.: Высш, шк., 1971.
15. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабже-
ния. — Ульяновск: УлГТУ, 2000.
16. Беляев А. В. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сетях 0,4 кВ. — Л.:
Энергоатомиздат, 1988.
17. Справочник по проектированию электрических сетей и электро-
оборудования / Под ред. Ю.Г. Барыбина, Е.Л. Федорова, М.Г. Зименкова,
А.Г. Смирнова. М., 1991.
18. Справочник по проектированию электроснабжения, линий элект-
ропередачи и сетей / Под ред. В.И. Круповича, Ю.Г. Барыбина, М.Л. Са-
мовера. — М.: Энергия, 1980.
248
19. Выключатели автоматические воздушные серии А3700 с термоби-
металлическими и электромагнитными расцепителями, с электромагнит-
ными расцепителями и неавтоматические. Техническое описание и инст-
рукция по эксплуатации четвертой величины. ОБЕ.463.013.ТО.
20. Выключатели автоматические А3790: А3730Ф. Техническое описа-
ние и инструкция по эксплуатации. ОБЕ. 140.010.ТО.
21. Выключатели серии Электрон. Техническое описание и инструкция
по эксплуатации. ОБЕ.463.014.
22. Выключатели автоматические ВА53-43; ВА55-43; ВА56-43. Техни-
ческое описание. НИЮШ. 105.005 ТО.
23. Выключатели автоматические серии ВА51 и ВА52 на токи 63, 100 и
160 А. — М.: Информэлектро, 1984.
24. Рекомендации по обеспечению селективности защиты в сетях на-
пряжением до 1000 В переменного тока. — М.: ЦБНТИ, 1980.
25. Федосеев А.М. Релейная защита электроэнергетических систем. Ре-
лейная защита сетей. — М.: Энергоатомиздат, 1984.
26. Комплексное устройство защиты и автоматики асинхронного дви-
гателя 6—10 кВ SPAC802.01. Техническое описание и инструкция по эксп-
луатации / Предприятие «АББ. Реле Чебоксары». — 1996.
27. Александров А. М. Выбор уставок срабатывания защит асинхронных
электродвигателей напряжением выше 1 кВ. — М.: НТФ «Энергопрогресс»,
1998.
28. Шабад М.А. Выбор характеристик и уставок цифровых токовых реле
SPACOM. - СПб.: ПЭИпк, 1996.
29. Андреев В.А., Фабрикант В.Л. Релейная защита распределительных
электрических сетей. — М.: Высш, шк., 1965.
30. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электри-
ческих системах. — М.: Энергия, 1970.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие.....................................................3
Глава 1. Токовые и токовые направленные защиты линии
электропередачи напряжением выше 1 кв и их элементная база......5
1.1. Схемы соединения измерительных преобразователей тока
(трансформаторов тока ТА ) и цепей тока вторичных
измерительных органов (реле)................................5
1.2. Выбор трансформаторов тока для схем релейной защиты.....7
1.3. Технические данные реле и плавких предохранителей......12
1.3.1. Технические данные вторичных реле тока прямого
действия типа РТВ [2,5]................................12
1.3.2. Технические данные реле РТМ
и электромагнитов УАТ (УАС) [15].......................15
1.3.3. Технические данные вторичных реле тока
косвенного действия типов РТ-81...РТ-86 [1,6]..........15
1.3.4. Технические данные вторичных реле тока косвенного
действия типов РТ-40, РТ-140 [1,6].....................17
1.3.5. Технические данные аналоговых вторичных реле тока
косвенного действия типов РСТ11, РСТ12 [1, 6, 8].......18
1.3.6. Технические данные аналоговых вторичных реле
напряжения косвенного действия типов РСН 15,
РСН17 [1, 6, 8]........................................19
1.3.7. Технические данные вторичных реле напряжения
косвенного действия типов РН-53, РН-54 [1,6]...........20
1.3.8. Технические данные реле времени серии РВ-100
[1, 6]..................................................21
1.3.9. Технические данные реле времени серий РВМ-12,
РВМ-13 [1, 7]...........................................21
1.3.10. Технические данные промежуточных реле постоянного
тока типов РП23 и РП24 [1, 4, 6, 7]....................22
1.3.11. Технические данные промежуточных реле переменного
тока типов РП-321, РП-341 (361) [1, 6, 7]..............22
250
1.3.12. Технические данные реле тока, используемых совместно
с трансформаторами тока нулевой последовательности
в схемах защит от замыкания на землю [10]................24
1.3.13. Уставки и токи срабатывания устройства от замыкания
на землю УСЗ-2/2 при частоте 50 Гц [10]..................24
1.3.14. Уставки и токи срабатывания устройства от замыкания
на землю ЗЗП-1 [10]......................................24
1.3.15. Микропроцессорное комплектное устройство защиты
SPAC800..................................................24
1.3.16. Плавкие предохранители напряжением 6,10 кВ типа
ПКТ [5, 15]..............................................27
Примеры и задачи.................................................29
Глава 2. Защита линий в сетях напряжением до 1 кВ плавкими
предохранителями и расцепителями автоматических выключателей....108
2.1. Защита плавкими предохранителями....................... 109
2.2. Защита расцепителями автоматических выключателей........113
2.2.1. Автоматические выключатели серии АЗ 100.......... 113
2.2.2. Автоматические выключатели серии А3700 [19, 20].. 115
2.2.3. Автоматические выключатели серии «Электрон» [21]. 121
2.2.4. Автоматические выключатели серии ВА5000 [22,23].. 123
Примеры и задачи............................................... 127
Глава 3. Защита трансформаторов.................................150
3.1. Устройства релейной защиты от повреждения
трансформаторов........................................... 150
3.2. Устройства релейной защиты от ненормальных режимов
работы трансформатора......................................156
Примеры и задачи............................................... 156
Глава 4. Защита электродвигателей.............................. 197
4.1. Защита асинхронных электродвигателей напряжением
выше 1 кВ................................................ 197
4.2. Защита синхронных электродвигателей напряжением
выше 1 кВ................................................. 199
4.3. Защита асинхронных электродвигателей напряжением
до 1 кВ.................................................. 199
Примеры и задачи............................................... 199
251
Глава 5. Согласование защит смежных элементов системы
электроснабжения путем построения карты селективности..........231
5.1. Порядок построения защитных характеристик на карте
селективности...........................................231
5.2. Порядок согласования защитных характеристик на карте
селективности...........................................233
Примеры и задачи...............................................236
Список литературы..............................................248
Учебное издание
Андреев Василий Андреевич
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА
СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
В ПРИМЕРАХ И ЗАДАЧАХ
Редактор Т.А. Садчикова
Внешнее оформление К.И. Мандель
Технические редактор Л.А. Маркова
Компьютерная верстка Н А. Попова
Корректоры В. В Кожуткина, Г.Н. Петрова
Изд. № РЕНТ-516. Подл, в печать 04.07.08. Формат 60x88 '/16. Бум. офсетн.
Гарнитура «Ньютон». Печать офсетная. Объем 15,68 усл. печ. л.
16,17 усл. кр.-отт. Тираж 3000 экз. Зак. № 567.
ОАО «Издательство «Высшая школа»,
127994, Москва, Неглинная ул., 29/14, стр. 1.
Тел.: (495) 694-04-56.
http://www.vshkola.ru. E-mail: info_vshkola@mail.ru
Отдел реализации: (495) 694-07-69, 694-31-47, факс: (495) 694-34-86.
E-mail: sales_vshkola@mail.ru
Отпечатано в ГП Псковской области «Псковская областная типография».
180004, г. Псков, ул. Ротная, 34.
Василий Андреевич Андреев
Заслуженный деятель науки Российской Федерации,
Почетный гражданин Ульяновской области, действительный
член Международной энергетической академии, доктор
технических наук, профессор кафедры «Электроснабжение»
Ульяновского государственного технического университета,
известный специалист в области релейной защиты и автоматики
систем электроснабжения.
В.А. Андреев более 40 лет успешно сотрудничает с
издательством «Высшая школа». При его непосредственном
участии написаны учебник «Релейная защита
распределительных электрических сетей» (1965 г.) и задачник
по релейной защите (1971 г.). Он является автором учебника
«Релейная защита, автоматика и электромеханика в системах
электроснабжения» (1985 г.). Ему принадлежит известный и
единственный в России учебник «Релейная защита и автоматика
систем электроснабжения», шестое издание которого вышло в
свет в издательстве «Высшая школа» в 2008 г.
ISBN 978-5-06-005828-4