Выбор уставок токовой отсечки

Лекция 8: Современная дренажная система

8.1 Название и функция автоматического выключателя

8.2 Расчет пороговых значений поездок

8.3 Расширение зоны отсечения защищенного потока

8.4 Диаграммы отсечки потока.

8.5 Общая оценка центральной системы.

Назначение и работа токоограничивающего выключателя.

Релейная защита линий 6…35 кВ выполнена в виде ступенчатой токовой защиты. Первая ступень — токовая защита без выдержки времени, вторая ступень — токовая защита с короткой выдержкой времени и третья, наиболее чувствительная ступень — защита от сверхтока с выдержкой времени. На коротких линиях трехфазная защита часто невозможна, поскольку чувствительность первой или второй фазы недостаточна. В этом случае используется либо двухфазное отключение без выдержки времени и защиты от сверхтока, либо однофазное отключение только с защитой от сверхтока.

Токовый триггер (ТТ) — это защита с токовым управлением, селективность которой обеспечивается соответствующим выбором тока срабатывания. Для обеспечения селективности защита от сверхтоков срабатывает при появлении тока короткого замыкания в конце защищаемой линии или при замыкании за трансформатором. Первая ступень защиты от сверхтока является токовой защитой и работает без выдержки времени.

Внутреннее время ТО является суммой внутренних времен токового и промежуточного реле и составляет 0,03…0,06 с. Апериодическая составляющая тока короткого замыкания к настоящему времени в основном исчезла, и поэтому учитывается только действующее значение периодической составляющей внешнего тока короткого замыкания в момент возникновения короткого замыкания.

Зона отключения охватывает только часть линии и изменяется в зависимости от режима работы системы электроснабжения (рис. 8.1). Поэтому рекомендуется использовать ТО с покрытием не менее 20 % длины линии. Чем длиннее линия, тем больше разница между токами короткого замыкания в начале и в конце защищаемой линии и тем больше охват сверхтоков. ТО используется на относительно длинных линиях и на линиях с реакторами и трансформаторами.

Защита от сверхтока проста и надежна, поэтому ее использование обязательно. Обычно она комбинируется с защитой от сверхтока, чтобы избежать основного недостатка защиты от сверхтока, т.е. большого времени задержки срабатывания при коротком замыкании в непосредственной близости от источника питания. В некоторых случаях выключатели короткого замыкания также используются для защиты без выдержки времени той части линии, которая не находится в зоне отключения. В этом случае защита называется защитой от трехфазного тока. Эти защиты (МТЗ и ТО) являются частью микропроцессорных реле.

Рисунок 8.1 Графическое определение покрытия электропитания в зависимости от режима работы системы питания.

Расчет текущих настроек отключения.

Отключение питания без выдержки времени (первая ступень защиты питания) предназначено для ускорения отключения ближних замыканий. Его уставка (ток срабатывания) выбирается при условии, что он защищает (не отключает) от коротких замыканий на смежных линиях питания (линиях, трансформаторах), т.е. максимальный ток трехфазного короткого замыкания в конце защищаемой линии или на низковольтных выводах трансформатора.

Ток срабатывания CB выше, чем максимальный ток через линию AB, защищенную от внешних повреждений (точка K, рисунок 8.1).

Ток отключения для отключения переменного тока (рисунок 8.1) составляет

(8.1)

где Кн — коэффициент надежности, который для цифровых реле составляет 1,15 … 1,2; для реле РТ40 или РСТ — Кн = 1,2 … 1,3; для реле РТ-80 с использованием электромагнитного элемента Кн = 1,5 … 1,6; для реле РТМ — Кн = 1,8 … 2,0.

Значение Kn определяется погрешностью расчета токов короткого замыкания, погрешностью реле и наличием апериодической составляющей тока короткого замыкания.

Поэтому можно сделать вывод, что отключение может быть применено только к линиям, где отношение токов короткого замыкания в начале и конце защищаемой линии превышает значение Kn. Очевидно, что на коротких линиях отключение невозможно без временной задержки. В этом случае имеется только одна защита — защита от перегрузки по току.

После расчета тока срабатывания СВ определяется ток срабатывания реле (вторичного). который установлен на реле. Значение тока срабатывания реле рассчитывается по выражению

(7.4)

где — ток срабатывания защиты (первичный);

KI — коэффициент преобразования КТ;

Кш — коэффициент вторичных обмоток и системы релейной коммутации.

По значению Ic.r выбирается тип электромеханического реле RT-40 или реле РСТ в соответствии с пределами регулирования.

Чувствительность автоматических выключателей проверяется с помощью тока двухфазного короткого замыкания в месте установки защиты в минимальном режиме работы питающей сети, т.е. при токах короткого замыкания в начале защищаемой линии.

(8.2)

В этом случае коэффициент чувствительности должен удовлетворять условию Kc ³ 1,2, так как ТО является резервной защитой.

Дата добавления: 2017-04-15 ; Хиты: 4727 | Нарушение авторских прав

МЕХАНОТРОНИКА:

ПРОБЛЕМА ДАЛЬНЕГО РЕЗЕРВИРОВАНИЯ В СЕТЯХ 0,4 кВ

Сергей Гондуров, главный дизайнер
Михаил Пирогов, руководитель отдела системной инженерии
Илья Иванов, главный инженер, отдел системного инжиниринга
Научно-исследовательский центр мехатроники, Санкт-Петербург, Россия.

Сеть 0,4 кВ является важным узлом в передаче электрической энергии от источника к потребителю. От его надежности напрямую зависит работа всех промышленных и сельскохозяйственных предприятий, электростанций и подстанций. До недавнего времени не существовало хорошего решения проблемы дальнего резервирования (LR) в сетях 0,4 кВ.

Реализовать резервирование в сети 0,4 кВ теми же методами, что и в сети высокого напряжения, не представлялось возможным, поскольку ток короткого замыкания (КЗ) значительно снижается по мере удаления точки КЗ от источников питания.

Внедрение микропроцессорных устройств релейной защиты позволило решить проблему ДП в сетях 0,4 кВ, поскольку алгоритм был основан на совершенно новой идее, не применявшейся ранее.

ТРАДИЦИОННАЯ МЕТОДИКА ВЫБОРА УСТАВОК

Рассмотрим проблему DR на примере выбора порогов срабатывания для защиты главного выключателя подстанции 10/0,4 кВ мощностью 1000 кВА (рис. 1). Следует отметить, что в данном случае нагрузки H1, H2 и H3 не содержат электродвигателей.

Рисунок 1: Схема электрической установки

Настройки защиты выбираются в соответствии с рекомендациями [1].

Выбор настроек автоматического выключателя защиты двигателя QF2

Текущие поездки. Ток срабатывания автоматического выключателя устанавливается по пусковому току электродвигателя в соответствии с п.п:

где K n — коэффициент надежности настройки отключения из-за пускового тока электродвигателя, равный 1,5;
1,05 — коэффициент, учитывающий, что при нормальной работе напряжение может быть на 5 % выше Uном электродвигателя.

Настройка отключения по току составляет I с.о. ≥ 3528 A. Задержка приема составляет не менее 0,1 с.

Защита от перегрузки. Рабочий ток защиты от перегрузки определяется по формуле при сбросе защиты в конце пуска двигателя или самозапуска:

где K n — коэффициент безопасности, учитывающий запас по току, неточность уставок и вариации в работе защиты;
K c — коэффициент восстановления защиты;
I ном — номинальный ток электродвигателя.

Для автоматических выключателей серии VA с полупроводниковым расцепителем BPR: K in = 0,97÷0,98, K n = 1,19÷1,32. Согласно формуле (2), I с.п. = 1,25 — I ном = 400 А.

Время срабатывания защиты от перегрузки предполагается таким, что защита не срабатывает при запуске или самозапуске электродвигателя, и определяется выражением:

где t s.p. — время срабатывания защиты при токе, соответствующем пусковому току;
t старт — время запуска электродвигателя.

Время срабатывания защиты от перегрузки t s.p. = 4,5 с.

Выбор настроек отключения для защит автоматических выключателей QF4, QF5.

Текущая поездка. Если на фидере нет двигательной нагрузки, порог срабатывания определяется из следующего выражения:

где K n — коэффициент безопасности, для автоматических выключателей серии BA он составляет 1,5;
I op.max — максимальный рабочий ток фидера, который в данном случае равен I nom.

Согласно выражению (4), I с.о. = 1,5 — I рабочий макс = 108 А.

Мы не согласовываем с автоматическими выключателями отходящих линий ввиду их отсутствия.
Время настройки для текущего отключения выбирается минимальным — 0,1 с.

Защита от перегрузки. На этих фидерах не используется защита от перегрузки, поэтому устанавливаются только автоматические выключатели с электромагнитными расцепителями.

Выбор настроек отключения для защиты QF3

Текущая поездка. Определяется двумя условиями, при этом принимается наибольшее значение.
Условие 1: Отсутствие отключения при максимальном рабочем токе. Определяется выражением (4) и является:

Условие 2: Согласование с автоматическими выключателями отходящей линии. Определяется выражением:

где K н.с. — коэффициент надежности соответствия, равный 1,4;
I с.о.л. — максимальный ток отключения автоматических выключателей отходящей линии, который составляет 108 А.

Согласно выражению (5), I с.о.л. = 151 A.
Таким образом, максимальное значение I с.л. составляет 216 А.
Время задержки срабатывания определяется из выражения:

где t s.o.l. — задержка отключения автоматического выключателя отходящей линии;
Δt — фаза селективности, которая составляет 0,15 с.
Настройка времени отключения по току t s.o. = 0,25 с.

Защита от перегрузки. В этом питателе не используется защита от перегрузки.

Выбор настроек отключения для защиты автоматического выключателя QF1

Текущая поездка. Настройка срабатывания главного автоматического выключателя выбирается при полной нагрузке отделения и при максимальном пусковом токе двигателя:

где K n — коэффициент безопасности, равный 1,5;
— это сумма максимальных рабочих токов электрических нагрузок, исключая двигатель с максимальным пусковым током;
I старт.макс — максимальный пусковой ток.

Согласно уравнению (7), ток срабатывания главного выключателя составляет I с.о. = 4356 А.
Согласование с выключателями отходящих линий определяется пунктом (5) и составляет I с.о. = 4939 А.
Из полученных значений выбирается наибольшее I s.o. = 4939 A.
Предельная задержка определяется уравнением (6) и составляет t с.о.с. = 0,4 с.

Защита от перегрузки. Защита от перегрузки рассчитывается так же, как и для двигателя (2), но вместо I ном используется максимальный рабочий ток, который составляет I рабочий макс = 1,2 — I ном = 1734 А с учетом перегрузочной способности трансформатора 1,2.
Согласно пункту (2), уставка защиты от перегрузки I с.с. = 1,25 — I рабочий макс = 2167,5 А.
Время срабатывания защиты в 2 раза больше времени пуска электродвигателя, поэтому t a.d.s. = 2 — t пуск = 6 с.

Анализ выбранных настроек

После расчета токов короткого замыкания [2] представим их в виде графика (рис. 2), где кривая показывает значение тока двухфазного короткого замыкания кривой на кабельной линии ВВГ на расстоянии 3 × 70 + 1 × 35 от железнодорожной станции. Значения I с.о. и I с.п. соответствуют значениям срабатывания защиты главного выключателя QF1. Из графика видно, что токовое отключение главного выключателя QF1 с высоты 84 м не обеспечивает резервирование отходящего автоматического выключателя QF3. Защита от сверхтоков также не соответствует выбору проводников для условий нагрева при коротком замыкании [4] и нарушает требования ПУЭ [3] 1.4.16. Это означает, что если сбой произойдет вне зоны резервирования входящего автоматического выключателя QF1 и если откажет исходящий автоматический выключатель QF3, кабель будет термически поврежден по всей своей длине и в худшем случае вызовет пожар в кабельных каналах.

Рисунок 2: Токи короткого замыкания кабеля ВВГ 3 × 70 + 1 × 35 по мере удаления от рельсов подстанции.

Пример расчета приведен для простой схемы, в которой в нагрузке доминирует небольшой кратный импульсный ток. В более сложных случаях (средние и тяжелые моторные группы) настройки CB увеличиваются, а зона DR значительно сокращается (до 60-70 м).

Существующие автоматические выключатели разных производителей не могут решить эту проблему, так как принцип их защиты одинаков: сравнение действующего значения тока со значением уставки, которая должна быть откорректирована от пусковых и самозапускающихся токов. Основной причиной возникновения зон, где защита главного выключателя не способна резервировать отходящие выключатели, является, в отличие от сетей среднего и высокого напряжения, резкое снижение токов короткого замыкания с увеличением расстояния от источника питания и высокие пусковые токи электродвигателей.

Защита ДР должна быть разработана с учетом этих явлений и основываться на принципах, которые точно определяют возникновение повреждения, а не превышение тока повреждения над уставкой. Появление цифровых реле защиты сделало это возможным.

АЛГОРИТМ ДАЛЬНЕГО РЕЗЕРВИРОВАНИЯ

Впервые алгоритм ДР для защиты выключателей от повреждений был реализован А.В.Беляевым и М.А.Едлиным в 2000 году в блоках БМРЗ-0,4.

Многолетний опыт эксплуатации показал, что ДР в БМРЗ-0,4 надежно работает со всеми видами коротких замыканий, надежно обнаруживает пуски или самозапуски электродвигателей, а также замыкания в высоковольтной сети и не работает с ними. Алгоритм DR основан на анализе переходных процессов, вызванных коротким замыканием, запуском или самозапуском электродвигателей. Алгоритм основан на анализе активного тока в случае короткого замыкания кабельных линий и реактивного тока в случае запуска или самозапуска электродвигателей.

Особенностью алгоритма DR является анализ производных тока вместо абсолютных значений, что значительно увеличивает зону резервирования, ограниченную наименьшим диапазоном измерений цифрового прибора, и позволяет с высокой точностью определить границу диапазона DR независимо от номинальных погрешностей измерений. Принцип работы этого алгоритма требует подробного обсуждения в отдельной статье.

В настоящее время BMPZ-0.4 является единственным в мире устройством, которое было проверено в ходе эксплуатационных и полевых испытаний с реальными короткими замыканиями и используется для DR-тестирования повреждений защиты в выключателях 0,4 кВ. Блоки БМПЗ-0,4 широко используются в нефтегазовой промышленности и зарекомендовали себя как надежное и высококачественное комплексное решение для защиты и автоматизации подстанций.

ВЫВОДЫ

При любом проектировании или эксплуатации следует проверять зоны DR, чтобы предотвратить возникновение пожара в кабельных каналах. Проверка должна проводиться во всех системах, где длина кабельных трасс превышает 60 м.
Современные конструкции автоматических выключателей не способны обеспечить принцип защиты DR.
Многолетний опыт эксплуатации показал, что установки БМПЗ-0,4 способны решать реальные задачи ДР по совершенно новому алгоритму.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Беляев А. В. Выбор оборудования, защиты и кабелей в сетях 0,4 кВ. СПб: ПЭИПК, 2008.
  2. ГОСТ 28249-93. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета для установок переменного тока до 1 кВ. Минск, 1994.
  3. Правила организации электроустановок. 6-е переработанное и дополненное издание.
  4. Проверка кабелей на ток короткого замыкания: циркуляр № ТС-02-98(Е). М., 1998.

© Новости Электротехники, ЗАО.
Использование материалов этого сайта возможно только с письменного разрешения редактора.
При цитировании материала гиперссылка на сайт с указанием автора обязательна.

2.1.1 Выбор пороговых значений для поездок

При определении размеров быстродействующих защит (к которым относятся устройства отключения) необходимо учитывать возможное влияние апериодической составляющей [1] тока короткого замыкания. Для этого в условие выбора включается коэффициент безопасности, значение которого зависит от типа чувствительного элемента (реле тока) и защищаемого объекта:

В таблице 2.1[4] приведены возможные значения коэффициента безопасности.

Для трансформаторов или линий питания трансформаторов автоматические выключатели, установленные для их защиты, должны быть также защищены от пиков намагничивающего тока, возникающих при включении трансформаторов или линий питания трансформаторов (восстановление питания).

Зона отключения сети определяется графически из пересечения кривой тока повреждения и горизонтальной линии, соответствующей настройке. Положение правого края зоны отключения может меняться в зависимости от типа повреждения и режима работы энергосистемы (токовое отключение имеет относительную селективность), а ширина зоны отключения может иметь значения от l MIN до l MAX (см. рис. 2.1). При минимальном рабочем диапазоне l MIN отключающее устройство обнаружит короткое замыкание в любом режиме работы электрической системы. С другой стороны, за пределами максимального рабочего диапазона l MAX устройство отключения не обнаружит короткого замыкания. По этой причине минимальная зона l MIN обычно рассматривается как зона отключения.

Эффективность отключающих устройств оценивается на основе коэффициента чувствительности или длины рабочей зоны [4]:

— Чувствительность трансформаторных отключающих устройств определяется по самому «легкому» току короткого замыкания (определяется состоянием заземления нейтрального проводника) в месте расположения отключающего устройства в минимальном режиме работы энергосистемы; при этом должно выполняться следующее условие: k ? 2;

— При расчете коэффициента чувствительности для блоков линия-трансформатор следует использовать минимально возможный ток повреждения в конце линии (т.е. на границе раздела линия-трансформатор): k C ? 1,5;

— Токоотвод линии считается эффективным, если он охватывает не менее 15-20% от общей длины линии.

Поскольку устройство мгновенной токовой отсечки контролирует только часть установки, его использование в качестве единственной защиты в данной установке не допускается.

Данный текст предназначен только для информации.

Оцените статью
Добавить комментарий