Токовая отсечка принцип действия

Токовая отсечка

Токовая отсечка принцип действия

Токовая отсечка – это вид релейной защиты, состоящий в обесточивании цепи при возникновении на линии короткого замыкания. Поблагодарив Шабада М.А., приступим.

Общие определения

Ещё Эдисон использовал предохранители для защиты сетей от короткого замыкания. Отдельные историки считают, первые автоматы входят в число его изобретений. Но авторам не удалось найти тому свидетельств.

Что касается релейной защиты, обнаружено элементарное незнание определений людьми. К примеру, в ответах Майл.ру человек поинтересовался, чем токовая отсечка отличается от максимальной токовой защиты.

Определения схожие, но разное назначение!

  • Токовой отсечкой принято называть немедленное отключение защищаемого участка цепи при возникновении короткого замыкания.
  • Максимальная токовая защита отличается тем, что охраняет усложнённую цепь, иногда разветвлённую. Срабатывает с задержкой – предоставляя возможность системам, стоящим ниже по линии, отключиться раньше. Тогда максимальная токовая защита ничего не предпримет. Если ситуация накаляется, через заданный интервал времени обесточивается ветка целиком.

Это легко пояснить на примере квартирного щитка. Допустим, в ванной комнате поставили розетку (не ближе заданного расстояния от источников влаги) и защитили дифференциальным автоматом. Квартира защищена от короткого замыкания на входе в щиток.

Автомат на 63 А, к примеру, если его чувствительность слишком велика (класс А или В), способен обрезать помещения раньше, нежели среагирует защита по дифференциала. Тогда хозяин оставит без света всю семью.

Следовательно, на входе в квартиру полагается так организовать токовую защиту, чтобы дать возможность стоящим за ней автоматам сделать дело, вырубив единственное помещение.

В промышленности мудрецы умудряются разбить линию питания, что токовая отсечка отвечает за собственный сегмент. Если короткое замыкание по соседству, она не отреагирует. Максимальная токовая защита становится запасным вариантом для локальной аппаратуры.

Если не отработает местный автомат, питание убирается с небольшой задержкой. Это называется дальним резервированием, приборы максимальной токовой защиты вправе находиться далеко от места аварии. В комплексе две разновидности предохраняющих систем называются двухступенчатой токовой защитой.

Обе характеризуются рядом качеств:

  1. Селективность – способность обособленно реагировать лишь на требуемые аварии. Порой качество называют избирательностью.
  2. Чувствительность. Полагается по возможности продлить действие защитных систем вдоль линии. Что не всегда удаётся выполнить в отношении протяжённых систем. Из-за удалённости датчики не улавливают момент возникновения аварии.
  3. Быстродействие обеспечивается в отключении защищаемого участка в минимальный срок. Учитывая сказанное выше о необходимости дать время нижестоящим ступеням системы выполнить работу раньше.
  4. Надёжность трактуется как безотказность.

Исполнительная часть

Оба вида мероприятий организуются при помощи максимальных реле, которые в теории защиты делятся на:

  1. Первичные и вторичные.
  2. Прямого и косвенного действия.

Первичным реле прямого действия называется разновидность, где контактор и катушка непосредственно включены в цепь защиты. Управляются по току потребления аппаратуры и его же обрывают. Первичные реле прямого действия широко применяются в цепях до 1 кВ.

С повышением класса напряжения до 10 кВ часты вторичные реле прямого действия. Это означает – для снятия величины тока из защищаемой цепи применяется измерительный трансформатор. Контактор включён последовательно с нагрузкой.

Этим сильно снижается потребление, уменьшается вносимая прибором в цепь реактивная мощность.

Вторичные реле косвенного действия используются там, где нерационально пытаться переключить громоздкий контактор через маломощный токовый трансформатор.

При больших потребляемых токах и повышенных классах напряжения дуга гасится с трудом, приходится применять особые меры. Первичная обмотка токового трансформатора состоит из 1-2 витков либо половинки, не предоставляя сильного управляющего сигнала.

Приходится применять указательное реле, командующее исполнительным электромагнитным реле.

Питание катушки контактора выполняется от дополнительной низковольтной сети либо аккумуляторной батареи. Тогда управляющий ток называется оперативным, используется исключительно для приведения в действие схемы защиты.

Максимальные токовые реле изготавливаются с встроенной задержкой либо без. В последнем случае без доработки схемы годятся только для токовой отсечки, способны применяться в тандеме с таймером. И тогда становится возможной максимальная токовая защита.

Последний случай обеспечивает большую гибкость, изготовители не в силах предугадать всех особенностей, следовательно, не определят задержку срабатывания верно. Характеристика подобной системы называется независимой от тока, работает без учёта его величины при коротком замыкании на линии.

Налицо аналог электромагнитного звена квартирного защитного автомата.

Максимальные реле тока с замедленным срабатыванием часто конструируются так, что время срабатывания тем меньше, чем больше потечёт в цепи амперов. Следовательно, характеризуются зависимой характеристикой.

Современные автоматические выключатели напоминают комбинированный класс оборудования, реле с ограниченно зависимой характеристикой. Когда срабатывание выше определённого порога происходит мгновенно, а ниже его – с запаздыванием. К примеру, А.

Земсков показывал, что современные автоматы способны целый час работать при перегрузке на 45% прежде, чем питание пропадает.

Защита с зависимой характеристикой часто используется в цепях с классом напряжения 20 кВ. Вполне сочетаются с предохранителями, на коротком отрезке показывающими зависимую характеристику.

Высоковольтные линии, как правило, демонстрируют независимую защиту. Если нужна задержка, рекомендуется применять реле времени (таймер). Токовая отсечка строится так, чтобы не отрабатывать КЗ далее по линии.

Если брать пример с квартирным щитком, ситуация обеспечивается включением последовательно двух автоматов:

  1. 63 А на вводе в щиток.
  2. 16 А на розетки.

Очевидно, более чувствительным считается автомат с меньшим номиналом, срабатывающий раньше. Хотя пример не отличается большой наглядностью, но даёт представление, как обеспечивается селективность систем токовой отсечки. Одновременно вносится постулат о невозможности защитить всю линию одновременно.

Токовая отсечка: схемы включения реле

При реализации схемы рассматривают все виды коротких замыканий. Иногда не удаётся распознать подобные ситуации по величине тока, тогда в ход идут реле обратной и нулевой последовательности. Стандартные используемые схемы токовой отсечки:

  1. Неполная звезда. Охватывает посредством двух или трёх реле лишь две фазы сети. Часто применяется в цепях 35 кВ с изолированной или компенсированной нейтралью (где малы токи утечки на грунт).
  2. Полная звезда. Фазы охватываются двумя, тремя или четырьмя реле. Часто применяется в сетях 110 кВ с глухозаземлённой нейтралью и большим перекосом по фазам (велики токи, идущие на грунт).
  3. Треугольник. Система из двух или трёх реле, измеряющих линейные напряжения. Чаще встречается в цепях защиты трансформаторов звезда-треугольник.
  4. Двухфазная схема с одним реле на практике встречается редко. В просторечье называют восьмёркой, в старой литературе – неполным треугольником. Защищает двигатели небольшой мощности.

Рассмотрим для примера, как работает неполная звезда (см. рис.), у которой трансформаторы тока включены в две линии – А и С. Возможные случаи поведения системы:

  1. Короткое замыкание по всем фазам приводит к ситуации, когда в обратном проводе (РТ3) тока нет, а в прочих ветвях его значение велико. Происходит срабатывание.
  2. При межфазном замыкании А и С происходит аналогичное.
  3. Прочие виды коротких замыкания вызывают перекос фаз, появляется ток в обратном проводе. Он оценивается реле РТ3, дающим команду на разрыв сети питания.

Недостаток неполной звезды – она принципиально не в состоянии отследить замыкание на землю фазы В. В результате подобная защита неприемлема для цепей с большими токами утечки на землю.

В системах токовой отсечки частыми гостями становятся промежуточные реле с мощными контакторами. Когда полагается быстро выключить питание, требуются особенные качества.

Большинство максимальных токовых реле не в состоянии справиться с оперативным отключением цепи.

Отличие полной звезды: возможно проследить любые короткие замыкания, межфазные и утечки на грунт. Общий провод здесь называется не обратным, а нулевым: содержит реле, улавливающие токи нейтрали и заземлителя основной линии. При прочих видах коротких замыканий нагрузка здесь невелика. Полная звезда применяется на линии с классом напряжений 110 кВ и глухозаземлённой нейтралью. Основания:

  1. В цепях от 3 до 35 кВ токи утечки на землю невелики, нет смысла обрывать питание полностью. Используется неполная звезда.
  2. Для сетей 110 кВ и выше часто вместо максимальной токовой применяется дистанционная защита. Дополнительные две причины:
  • При изолированной нейтрали в линии 110 кВ трансформаторы тока служат и для организации дифференциальной защиты. В результате вторичные обмотки соединены треугольником (а не звездой).
  • Вторая причина неприменимости – однофазные замыкания на землю не обязаны вызывать отключение линии. Это не считается аварией, работа продолжается с выездом на место происшествия ремонтной бригады.

При включении треугольником перечисленные выше доводы «против» недействительны. Указанная схема особенно часто применяется для сетей с классом напряжения выше 35 кВ.

Треугольник хорош отсутствием нейтрали, большие токи коротких замыканий на землю не проходят преобразованными в цепь защиты, а замыкаются по периметру. Это важно при повышенном напряжении.

Дополнительным преимуществом становится увеличение на 15% чувствительности к двухфазным замыканиям.

Наконец, при однорелейной защите измерению подвергаются лишь две фазы. Благодаря этому отслеживаются указанные типы неисправностей:
  1. Любое межфазное короткое замыкание. Чувствительность по этим видам аварий отличается в два раза. В зависимости от замкнувшихся фаз.
  2. Короткое замыкание на землю измеренных фаз (две из трёх).
  3. Короткое замыкание по всем трём фазам.

Невозможно отследить уход на грунт третьей линии, где нет измерителя. Вдобавок чувствительность в 1,7 раз ниже, нежели в любой из приведённых выше схем токовой отсечки.

Такой защитой обычно не снабжают трансформатор, вторичные обмотки которого объединены в треугольник, ведь блокируется определение конкретного вида двухфазного короткого замыкания. Единственным достоинством по факту становится экономичность – используется единственное реле.

Однорелейная схема токовой отсечки время от времени служит для защиты двигателей класса напряжений в 1 кВ и выше, мощностью до 2 МВт.

Принцип действия токовой отсечки

Токовая отсечка принцип действия

instrument.guru > Электричество > Принцип действия токовой отсечки

Современные условия существования человечества невозможно представить без электричества. Если раньше это было дикостью, то сегодня это вполне нужный и важный элемент в быту и в производстве. Процесс рождения и действия тока обусловлен несколькими происходящими процессами.

Один из них — движение заряженных частиц. Нередко этот процесс называют током. Ток наблюдается в трансформаторах, выключателях и иных устройствах.

А что же тогда означает понятие токовая отсечка трансформатора или выключателя? Именно на этот интересный вопрос будет дан ответ в этой небольшой статье.

  • Что называют отсечкой?
  • Основные разновидности отсечки
  • Особенности токовой максимальной защиты
  • Чем отличается МТЗ от отсечки?
  • Могут ли эти два метода защиты взаимодействовать между собой?

Что называют отсечкой?

В самом начале обсуждения этой темы, следует ближе познакомиться с понятиями. Отсечкой называют мгновенную и действующую защиту. Она используется на специальных токовых участках. Зона применения имеет свои границы. Она ограничивает в определённом смысле распространение тока. А каков же принцип действия токовой отсечки?

Чтобы дать ответ на этот вопрос, достаточно напомнить принцип работу электрической сети. По мере удаления от источника питания происходит падение показателей тока. Происходит это из-за увеличения возникающего сопротивления.

Именно в момент уменьшения показателей своё действие начинает токовая отсечка. Она должна предотвратить возникновение разного рода поломок и повреждений (например, в работе трансформатора).

При этом показатели отсечки в трансформаторе или другой системе обязательно должны быть выше и мощнее показателей максимального значения тока.

Из чего состоит такая форма защиты?

Рассматриваемый способ устранения возникающих коротких замыканий вначале рабочей зоны состоит из следующих элементов:

  • Цепь сигнализации. Работает на основе бинкеров. Такие цепи предназначены для анализа действия защиты, а также выступают в качестве помощника для оперативного персонала, который следит за состоянием работы схемы. Кроме того, цепи сигнализации способны контролировать действия цепей управления.
  • Измерительный орган. Располагается в реле тока. Измерительный орган срабатывает при возникновении металлического замыкания. Такое замыкания может случиться в конце зоны защиты. Эта составляющая часть отсечки реагирует на изменения даже при минимальной нагрузке.
  • Промежуточное реле. Реле тесно связано с измерительным органом. От измерительного органа передаётся напряжение на промежуточное реле. Поступивший на реле контакт далее попадает на силовой выключатель (соленоид отключения). Промежуточный орган отключает силовой выключатель.
  • Реле времени. Иногда в состав включён и этот элемент. Реле времени, как правило, располагается между исполнительным органом и измерительным. задача временного реле — создание временной задержки во время срабатывания сразу нескольких защит.

Основные разновидности отсечки

Описываемый способ (в том числе и для трансформаторов) делится на несколько видов. На сегодняшний день известно две разновидности токовой отсечки. Отличаются они друг от друга временем срабатывания и выдержке. Рассмотрим каждый вид более подробно:

  • С выдержкой времени. В такую отсечку во время производства включают специальное устройство, позволяющее задавать временные параметры. Диапазон срабатывания отсечки при участии специального устройства не превышает 6 секунд. Устройство, помогающие регулировать и одновременно контролировать время подачи тока называют автоматическим селективным выключателем. Надо заметить, что селекция используется не всегда и она необязательна. Для максимальной защиты всей линии зачастую используется устройства с дифференциальной защитой.
  • Мгновенная отсечка. Все действия системы контролируются собственным временем токовой отсечки. Все происходит автоматически. Принцип действия не основывается на дополнительном временном устройстве (то есть выдержке). Главный элемент во мгновенном виде — это токовое реле. Реле отвечает за подачу отключающего сигнала расцепителю выключателя. Наряду с реле, используются и некоторые вспомогательные элементы. Среди них выделяют специальные релейные устройства, которые установлены с целью подачи своевременного сигнала на разрыв. Диапазон срабатывания в автоматическом режиме мгновенной отсечки — от 4 до 6 секунд.

Исходя из рассмотренного, можно заключить, что защита выключателям и трансформаторам предоставляется самыми различными способами. Благодаря продуманным подходам надёжную защиту получают не только начальные или конечные участки цепей, но и вся электрическая цепь.

Особенности токовой максимальной защиты

МТЗ — ещё один из видов токовой защиты. Максимальная защита состоит из следующих компонентов:

  • измерительно органа;
  • Цепи сигнализации.
  • Промежуточного реле.

Как видно, состав максимальной токовой защиты идентичен составу токовой отсечки. Единственная разница в реле времени. В МТЗ — это обязательный атрибут. Поэтому в максимальной токовой защите регулярно обеспечивается селективность. Коэффициент чувствительности также у МТЗ имеет свои особенности. Он определяет отношение междуфазного тока к линии максимальной защите.

Какова же главная задача МТЗ?

Основное предназначения максимальной защиты — предостерегать попадание тока на конкретные объекты. Такая защита требуется, если номинальная величина тока превышена (при этом учитываются необходимые коэффициенты).

Подобная отстройка создана с целью устранения вероятных ложных срабатываний (такое может происходить в номинальном режиме).

Максимальная токовая защита способствует самопуску схемы, а также обеспечивает надёжность в момент срабатывания системы и во время возврата реле.

Чем отличается МТЗ от отсечки?

Важно понять, есть ли различие между этими способами токовой защиты? Отличия, безусловно, имеются. В основном они прослеживаются в цели существования.

Если принцип действия основан на устранении коротких замыканий в начале рабочего поля, то максимальная токовая защита, как мы уже смогли узнать, защищает объекты от чрезмерного тока (то есть обеспечивает более полную защиту).

При этом во время действия показатели токовой отсечки всегда выше, в отличие от показателей МТЗ.

Могут ли эти два метода защиты взаимодействовать между собой?

Однозначно можно ответить, что да. Однако сочетания этих систем имеет свои сложности и последствия. Например, во время сочетания время действия приобретает ступенчатый характер срабатывания. Два вида зашиты будут действовать постепенно, то есть одна за другой.

Вначале свою работу начнёт токовая отсечка. Она действует незамедлительно, в рамках первой ступени. Вслед за ней воспроизведётся максимальная токовая защита. Её действия также будут происходит в рамках отведённого времени и в рамках второй ступени.

В некоторых случаях сочетают три вида защищенности, а именно, отсечку с задержкой по времени, отсечку с мгновенным действием и саму максимальную токовую защиту.

При таком соединении образовывается три ступени, а также три времени срабатывания. В любом из способов соединения есть свои плюсы и минусы (как и в работе того же трансформатора).

Специалисты рекомендуют по возможности обязательно соединять мгновенную отсечку и отсечку с выдержкой времени.

Как и максимальная токовая защита, так и токовая отсечка необходимы и вносят свой вклад в работу разных электрических приборов (выключателей, трансформаторов и т. д.).

Максимальная токовая защита (МТЗ): принцип действия, виды, примеры схем

Токовая отсечка принцип действия

В силу разных причин аварии в электросетях случаются довольно часто. При коротком замыкании губительно действует на все электроприборы сверхток.

Если не предпринять защитных мер, то последствием от неуправляемого увеличения тока может стать не только повреждение электроустановок на участке от места аварии до источника питания, но и выведение из строя всей энергосистемы.

Во избежание негативных последствий, вызванных авариями, применяются разные схемы электрозащиты:

  • отсечка;
  • дифференциально-фазная;
  • высокоэффективная максимальная токовая защита электрических цепей (МТЗ).

Из перечисленных видов защиты самой распространённой является МТЗ. Этот простой и надёжный способ предотвращения опасных перегрузок линий нашёл широкое повсеместное применение благодаря обеспечению селективности, то есть, обладанию способностью избирательно реагировать на различные ситуации.

Устройство и принцип действия

Конструктивно МТЗ состоят из двух важных узлов: автоматического выключателя и реле времени. Они могут быть объединены в одной конструкции либо размещаться отдельными блоками.

Отличия от токовой отсечки

Из всех видов защиты по надёжности лидирует токовая отсечка. Примером может служить защита бытовой электросети устройствами с применением плавких предохранителей или пакетных автоматов.

Метод токовых отсечек гарантирует обесточивания защищаемой цепи в аварийных ситуациях.

Но для возобновления подачи электроэнергии необходимо устранить причину отсечения и заменить предохранитель, либо включить автомат.

Недостатком такой системы является то, что отключение может происходить не только вследствие КЗ, но и в результате даже кратковременного превышения параметров по току нагрузки. Кроме того, требуется участие человека для восстановления защиты. Эти недостатки не критичны в бытовой сети, но они неприемлемы при защите разветвлённых линий электропередач.

Благодаря тому, что в конструкциях МТЗ предусмотрены реле времени, задерживающие срабатывание механизмов отсечения, они кратковременно игнорируют перепады напряжений. Кроме того, токовые реле сконструированы таким образом, что они возвращаются в исходное положение после ликвидации причины, вызвавшей размыкание контактов.

Именно эти два фактора кардинально отличают МТЗ от простых токовых отсечек, со всеми их недостатками.

Принцип действия МТЗ

Между узлом задержки и токовым реле существует зависимая связь, благодаря которой отключение происходит не на начальной стадии возрастания тока, а спустя некоторое время после возникновения нештатной ситуации.

Данный промежуток времени слишком короткий для того, чтобы величина тока достигла критического уровня, способного навредить защищаемой цепи.

Но этого хватает для предотвращения возможных ложных срабатываний защитных устройств.

Принцип действия систем МТЗ напоминает защиту токовой отсечки. Но разница в том, что токовая отсечка мгновенно разрывает цепь, а МТЗ делает это спустя некоторое, наперёд заданное время.

Этот промежуток, от момента аварийного возрастания тока до его отсечения, называется выдержкой времени.

В зависимости от целей и характера защиты каждая отдельная ступень времени задаётся на основании расчётов.

Наименьшая выдержка времени задаётся на самых удалённых участках линий. По мере приближения МТЗ к источнику тока, временные задержки увеличиваются. Эти величины определяются временем, необходимым для срабатывания защиты и именуются ступенями селективности. Сети, построенные по указанному принципу, образуют зоны действия ступеней селективности.

Такой подход обеспечивает защиту поврежденного участка, но не отключает линию полностью, так как ступени селективности увеличиваются по мере удаления МТЗ от места аварии.

Разница величин ступеней позволяет защитным устройствам, находящимся на смежных участках, оставаться в состоянии ожидания до момента восстановления параметров тока.

Так как напряжение приходит в норму практически сразу после отсечения зоны с коротким замыканием, то авария не влияет на работу смежных участков.

Примеры использования защиты

МТЗ используют:

  • с целью локализации и обезвреживания междуфазных КЗ;
  • для защиты сетей от кратковременных перегрузок;
  • для обесточивания трансформаторов тока в аварийных ситуациях;
  • в качестве протектора при запуске мощного, энергозависимого оборудования.

Задержка времени очень полезна при пуске двигателей. Дело в том, что на старте в цепях обмоток наблюдается значительное увеличение пусковых токов, которое системы защиты могут воспринимать как аварийную ситуацию.

Благодаря небольшой задержке времени МТЗ игнорирует изменение параметров сети, возникающие при пуске или самозапуске электродвигателей. За короткое время показатели тока приближаются к норме и причина для аварийного отключения устраняется.

Таким образом, предотвращается ложное срабатывание.

Пример подключения МТЗ электродвигателя иллюстрирует схема на рисунке 1. На этой схеме реле времени обеспечивает уверенный пуск электромотора до момента реагирования токового реле.

Рисунок 1. МТЗ с выдержкой времени

Аналогично работает задержка времени при кратковременных перегрузках в защищаемой сети, которые не связаны с аварийными КЗ. Отсечка действует лишь в тех случаях, когда на защищаемой линии возникает значительное превышение номинальных значений, которое по времени превосходит величину выдержки.

Для надёжности защиты на практике часто используют схемы двухступенчатой и даже трёхступенчатой защиты участков цепей. Стандартная трёхступенчатая защитная характеристика выглядит следующим образом (Рис. 2):

Рис. 2. Карта селективности стандартной трёхступенчатой защиты

На абсциссе отмечено значения тока, а на оси ординат время задержки в секундах.

Кривая в виде гиперболы отображает снижение времени защиты от возрастания перегрузок. При достижении тока отметки 170 А включается отсчёт времени МТЗ.

Задержка времени составляет 0,2 с, после чего на отметке 200 А происходит отключение. То есть, разрыв цепи происходит в случае отказа защиты остальных устройств.

Расчет тока срабатывания МТЗ

Стабильность работы и надёжность функционирования максимально-токовой защиты зависит от настройки параметров по току срабатывания. Расчёты должны обеспечивать гарантированное срабатывание реле при авариях, однако на её работу не должны влиять параметры тока нагрузки, а также кратковременные всплески, возникающие в режиме запуска двигателей.

Следует помнить, что слишком чувствительные реле могут вызывать ложные срабатывания. С другой стороны, заниженные параметры срабатывания не могут гарантировать безопасности стабильной работы электроприборов. Поэтому при расчетах уставок необходимо выбирать золотую середину.

Существует формула для расчёта среднего значения тока, на который реагирует электромагнитное реле [ 1 ]:

Iс.з. > Iн. макс.,

где Iс.з. – минимальный первичный ток, на который должна реагировать защита, а Iн. макс. – предельное значение тока нагрузки.

Ток возврата реле подбирается таким образом, чтобы его хватило повторного замыкания контактов в отработавшем устройстве. Для его определения используем формулу:

Iвз = kн.×kз.×Iраб. макс.

Здесь Iвз– ток возврата, kн. – коэффициент надёжности,  kз – коэффициент самозапуска, Iраб. макс. величина максимального рабочего тока.

Для того чтобы токи возврата и срабатывания максимально приблизить, вводится коэффициент возврата, рассчитываемый по формуле:

Iвз Iс.з.  с учётом которого Iс.з. = kн.×kз.×Iраб. макс.  / kв

В идеальном случае = 1, но на практике этот коэффициент всегда меньший за единицу. Чувствительность защиты тем выше, чем выше значение kв.. Отсюда вывод: для повышения чувствительности необходимо подобрать  в диапазоне, стремящимся к 1.

Виды максимально-токовых защит

В электрических сетях используют 4 разновидности МТЗ. Их применение диктуется условиями, которые требуется создать для уверенной работы электрооборудования.

Мтз с независимой от тока выдержкой времени

в таких устройствах выдержка времени не меняется. для задания уставок периода, достаточного для активации реле с независимыми характеристиками, учитывают ступени селективности. каждая последующая выдержка (в сторону источника тока) увеличивается от предыдущей на промежуток времени, соответствующий ступени селективности. то есть, при расчётах необходимо соблюдать условия селективности.

мтз с зависимой от тока выдержкой времени

в данной защите процесс задания уставок мтз требует более сложных расчётов. зависимые характеристики, в случаях с индукционными реле, выбирают по стандарту мэк: tсз = a / (kn — 1), где a, n – коэффициенты чувствительности, k = iраб  / iср — кратность тока.

из формулы следует, что выдержка времени уже не является константой. она зависит от нескольких параметров, в т. ч. и от силы тока, попадающего на обмотки реле, причём эта зависимость обратная. однако выдержка не линейная, её характеристика приближается к гиперболе (рис. 3). такие мтз используют для защиты от опасных перегрузок.

рисунок 3. характеристика мтз с зависимой выдержкой

мтз с ограниченно-зависимой от тока выдержкой времени

в устройствах данного вида релейных защит совмещено две ступени защиты: зависимая часть с гиперболической характеристикой и независимая.

примечательно, что времятоковая характеристика независимой части является прямой, плавно сопряжённой с гиперболой.

при малых кратностях критичных токов характеристика зависимого периода более крутая, а при больших – пологая кривая (применяется для защиты электромоторов большой мощности).

мтз с пуском (блокировкой) от реле минимального напряжения

в данном виде дифференциальной защиты применена комбинация мтз с использованием влияния минимального напряжения.

в электромеханическом реле произойдёт размыкание контактов только тогда, когда возрастание тока в сети приведёт к падению разницы потенциалов.

если падение превысит нижнюю границу напряжения уставки – это вызовет отработку защиты. поскольку уставка задана на падение напряжения, то реле не среагирует на резкие скачки тока в сети.

примеры и описание схем мтз

С целью защиты обмоток трансформаторов, а также других элементов сетей с односторонним питанием используются различные схемы.

МТЗ на постоянном оперативном токе.

Особенность данной схемы в том, что управление элементами защиты осуществляется выпрямленным током, который меняет полярность, реагируя на аварийные ситуации. Мониторинг изменения напряжения выполняют интегральные микроэлементы.

Для защиты линий от последствий междуфазных замыканий используют двухфазные схемы на двух, либо на одном токовом реле.

Однорелейная на оперативном токе

В данной защите используется токовое пусковое реле, которое реагирует на изменение разности потенциалов двух фаз. Однорелейная МТЗ реагирует на все межфазные КЗ.

Схема на 1 реле

Преимущества: одно токовое реле и всего два провода для подсоединения.

Недостатки:

  • сравнительно низкая чувствительность;
  • недостаточная надёжность – при отказе одного элемента защиты участок цепи остаётся незащищённым.

Однорелейка применяется в распределительных сетях, где напряжение не превышает 10 тыс. В, а также для безопасного запуска электромоторов.

Двухрелейная на оперативном токе

В данной схеме токовые цепи образуют неполную звезду. Двухрелейная МТЗ реагирует на аварийные междуфазные короткие замыкания.

Схема на 2 реле

К недостаткам этой схемы можно отнести ограниченную чувствительность. МТЗ выполненные по двухфазным схемам нашли широкое применение, особенно в сетях, где используется изолированная нейтраль. Но при добавлении промежуточных реле могут работать в сетях с глухозаземлённой нейтралью.

Трехрелейная

Схема очень надёжная. Она предотвращает последствия всех КЗ, реагируя также и на однофазные замыкания. Трехфазные схемы можно применять в случаях с глухозаземлённой нейтралью, вопреки тому, что там возможны ситуации с междуфазными так и однофазными замыканиями.

Из рисунка 4 можно понять схему работы трёхфазной, трёхлинейной МТЗ.

Рисунок 4. Схема трёхфазной трёхрелейной защиты

Схема двухфазного трёхрелейного подключения МТЗ изображена на рисунке 5.

Рис. 5. Схема двухфазного трёхрелейного подключения МТЗ

На схема обозначены:

  • KA — реле тока;
  • KT — реле времени;
  • KL — промежуточное реле;
  • KH — указательное реле;
  • YAT — катушка отключения;
  • SQ — блок контакт, размыкающий цепь;
  • TA — трансформатор тока.

Токовая отсечка: схема, принцип действия

Токовая отсечка принцип действия

Ток, который поступает в электрическую сеть, постепенно приводит к нагреву всех составляющих ее элементов. Поэтому все они создаются с таким запасом прочности, чтобы выдерживать заданные нагрузки (практически как угодно долго) и без последствий работать при протекании тока в пределах допустимой нормы.

Но если в результате возникновения короткого замыкание в сети значительно повышается нагрузка, что зачастую приводит к повреждению проборов питающихся от электричества, возгоранию или иным последствиям, которые не приводят не к чему хорошему. При этом помимо приборов, которые в этот момент могут быть подключенные к сети, страдает также и сами элементы цепи, и может происходить их частичное или полное разрушение.

Часто случается, что разрушение цепи происходит как бы неожиданно, ведь это не было связанно с возникновением замыкания. Но на самом деле она пострадала уже давно, во время ранее возникающих нагрузок. Зачастую это также обусловлено использование самых дешевых элементов в данной цепи, изготовленных из материалов, не отвечающих необходимым требованиям.

В принципе можно было бы создавать элементы, которые могли бы выдерживали короткое замыкание в течение очень длительного времени, но тогда бы из-за используемых материалов они бы были неоправданно дороги.

То время, с которым возрастает показания значения тока в сети при ее повреждении, не может быть замечено человеком. Поэтому и были разработаны специальные устройства с автоматическим отключением, при возникновении замыканий. Одним из наиболее часто используемых способов является – токовая отсечка

И так, что же такое токовая отсечка? Если говорить без научных терминов, то токовая отсечка – это одна из существующих разновидностей защиты, которое отличается быстродействием.

Главный ее принцип действия, который отличает ее от других способов, это обеспечение избирательности для разрыва соединения. Он заключает в том, что можно создать нужную ступень величины тока при максимальных показаниях, от значений которых происходит отключение сети от питания.

Становиться понятно, что такой механизм производит полный надзор над показаниями величин тока на участке нахождения. При возникновении момента, во время которого начинается возрастание силы тока намного превышающие заданное значение, происходит реакция, и участок полностью отключается от поступления в него электричества. Это происходит при максимальной токовой отсечке.

Следует знать! Величина, при которой происходит срабатывание защиты, получило название – уставка.

Виды токовых отсечек

Существует два вида токовых отсечек.

  1. С мгновенным действием – они полностью определяются собственным временем   срабатывания. У них главным элементом будет являться установленное реле   (токовое). Для вспомогательных элементов также используются релейные устройства, которые   занимаются тем, что подают сигнал на разрыв.
  2. С временной задержкой. В них входит устройство, которое позволяет задавать параметры времени. У таких отсечек временное срабатывание может составлять диапазон от 0,2 до 0,6 секунд.

Принцип действия токовой отсечки

При установке показателей для отключения нужно выбирать их таким образом, чтобы отключение происходило как можно быстрее, чем может произойти повреждение или разрушения в цепи.

Токовая отсечка реализуется совершенно разными способами. Зачастую для такого отключения применяется электромагнитное реле тока. В них при возникновении короткого замыкания происходит смыкание контактов, и подается сигнал для отключения защищаемого сегмента или участка цепи.

Так же имеется такой тип защиты – как предохранители. Они срабатывают из-за повышения температуры, из-за электрического тока. То есть, проще говоря, в них находится очень плавкий элемент, которые под воздействие разрушается и таким образом происходит отключение.

Токовая отсечка незамедлительного срабатывания

Показания для возникновения отсечки выбирается исходя из того, чтобы она не срабатывала во время возникновения нарушений на участках линий, которые являются смежными для защищаемой. Для этого току при котором будет происходить отключение необходимо иметь показания, которые будут превышать самые наибольшие показания при коротком замыкании.

Чтобы определить зону действия токовой отсечки и коэффициент чувствительности, можно воспользоваться графическими показателями. Чтобы их получить надо вычислить токи короткого замыкания, которые будут проходить по цепи во время его возникновения, и сделать это в самом начале и конце линии.

К тому же вычисление нужно произвести от начала на в промежутках длины равной ¾; ½ и ¼. Исходя из этих полученных данных, можно построить ломаную линию, которая покажет изменение тока КЗ. Отсечка должна быть задействована в той зоне, где ток замыкания будет превышать ток при срабатывании.

Следует учитывать, что чем выше показания токов при коротком замыкании, которые получаются в начале и конце линии, тем шире становиться промежуток, который входит в отсечку. Так по ПЭУ, существуют рекомендации, что зона действия токовой отсечки применяется, если она охватывает более двадцати процентов от линии, которую следует защитить.

Так же в исключительных случаях отсечка может быть использована как защита всей линии (рис.1).

Рис.1. Защита всей линии с помощью токовой отсечки

По времени действие мгновенная отсечка зависит от того времени за период, которого происходит срабатывание токовых и промежуточных реле. Если используются промежуточные реле с периодом действия – около 0,02 секунды, то время срабатывания отсечки будет составлять промежуток от 0,04 до 0,06 секунд.

Неселективные отсечки мгновенного действия

Ее действие происходит за пределами собственной линии. Она находит свое применение, чтобы произвести быстрое отключение по всей линии, которая находится под защитой, но только в тех случаях, когда нужно соблюсти устойчивость (рис.2).

Рис. 2. Неселективная отсечка

Токовая осечка при линиях с двухсторонним питанием

Для определения первого условия токовой осечки трансформатора и для их селективного действия нужно определить наибольшее показания тока при коротком замыкании, который будет находиться в линии на шинах двух участках (то есть на подстанциях).

Но существуют и другие условия для определения тока для разрыва на участке с двухсторонним питанием. В таких участках, на протяжение которых может произойти появление токов качания, из-за неупорядоченного включением или изменения устойчивости. Так возникает, второе условие для задействования отсечек — появление максимального тока качания.

Токовая отсечка и максимальная токовая защита

Если сочетать токовую отсечку и максимальную токовую защиту, то получается токовая защита, для которой характерно ступенчатое время срабатывания. В таком сочетании отсечка будет действовать мгновенно в пределах первой ступени, а максимальная токовая защита будет действовать как вторая ступень и действовать будет согласно выдержки по времени (рис.3).

Рис. 3. Сочетание отсечки и МТЗ

Так можно применять сочетание отсечки мгновенного действия с отсечкой, у которой будет присутствовать задержку по времени и максимальную токовую защиту. В данном случае такая схема токовой отсечки будет иметь уже три ступени и иметь три разных времени срабатывания.

Минусы и плюсы мгновенной отсечки и с выдержкой по времени

  • у мгновенной отсечки нет полного обхвата всей зоны действия, но она достаточно хорошо себя зарекомендовала при неселективных отсечках;
  • отсечка с выдержкой времени позволяет производить быстрое отключение;
  • отсечки лучше всего по возможности сочетать с МТЗ.

Расчет зоны действия ТО, принцип действия

Токовая отсечка принцип действия

Токовая отсечка – это разновидность максимальной токовой защиты с ограниченной зоной действия, предназначенная для быстрого отключения короткого замыкания. Отсечки бывают мгновенные и с малой выдержкой времени до 0,6 секунд. Отличие отсечки от мтз в отсутствии у токовой отсечки реле времени.

Селективность действия токовой отсечки достигается ограничением ее зоны действия. Эта защита отстраивается от тока КЗ в конце защищаемой линии или места, до которого она должна действовать. Ниже рассмотрим принцип действия различных токовых отсечек и их расчет.

Мгновенная токовая отсечка на линии с односторонним питанием

Зона действия токовой отсечки определяется графически. На рисунке наша защищаемая линия между точками АВ. Сначала строится кривая зависимость значения тока короткого замыкания от расстояния до точки КЗ. Точка КЗ в нашем примере – это конец линии, точка А.

Затем строится прямая параллельная оси расстояния равная току срабатывания отсечки. Область пересечения прямой и кривой представляет собой зону действия защиты. В нашем примере зона действия защиты – это отрезок ВБ.

Также зону действия токовой отсечки можно определить по выражению:

где:

  • xЛ – сопротивление линии, для которой выбираем защиту
  • EC – эквивалентная ЭДС генераторов системы
  • xC – сопротивление системы

Ток срабатывания защиты определяется по выражению ниже:

где:

  • kН – коэффициент надежности
  • IK.MAX – максимальный ток короткого замыкания в конце линии

Коэффициент надежности учитывает погрешности при расчете тока кз и погрешность срабатывания реле.

Коэффициент чувствительности отсечки рассчитывается по выражению:

где в числителе максимальный ток КЗ в начале защищаемой линии, в примере это точка В, а в знаменателе ток срабатывания защиты.

Мгновенная токовая отсечка на линии с двусторонним питанием

Рассмотрим схему линии с двусторонним питанием. По обоим концам расположены генераторы. Вначале необходимо определить максимальные токи короткого замыкания в конце линии с обеих сторон. Тот из токов, величина которого будет больше, и будет принят за максимальный ток короткого замыкания.

На линиях с двусторонним питанием ставится два комплекта отсечек с обеих сторон линии. Зоны действия определяются аналогично, как и для линии с односторонним питанием.

На рисунке у нас одна отсечка защищает при кз в точке А, вторая при кз в точке В. Зона действия первой – ВБ, второй – АГ. Максимальный ток кз в нашем случае больше Ik(A). Его и принимаем за расчетный для обеих отсечек.

Ток срабатывания защиты выбирается по большему из двух выражений:

Второе выражение используют при расчетах на линиях с двусторонним питанием. При наличии двух источников питания (генераторов), между ними проходят токи качания.

Максимальный ток качания определяется как сумма ЭДС генераторов деленная на сопротивление цепи между двумя генераторами, включая сопротивления генераторов (сверхпереходные x”d).

Мгновенные токовые отсечки являются самыми простыми защитами. К их плюсам можно отнести быстродействие и простоту схемы. К недостаткам относится область действия, так как она не распространяется на всю линию.

Кроме линий, токовые отсечки применяются на трансформаторах. Стоит упомянуть и токовые отсечки, с выдержкой времени.

А если соединить отсечку с выдержкой времени, мгновенную и максимальную токовую защиту, то получится трехступенчатая защита, которая может заменить более сложные защиты.

Токовая отсечка трансформатора

Токовая отсечка трансформатора является самой простой защитой трансформатора, которая защищает его от однофазных и междуфазных коротких замыканий. Принцип действия аналогичен принципу действия токовой отсечки линии.

Отсечка не будет срабатывать при повреждениях, сопровождаемых малыми токами, например, витковые замыкания, замыкания на землю в обмотке. Устанавливается токовая отсечка на трансформаторах мощностью менее 6300кВА. Если на трансформаторе установлена дифференциальная защита, то токовая отсечка не требуется.

Перейдем к расчету параметров защиты. Начнем с тока срабатывания защиты.

Ток срабатывания токовой отсечки отстраивается от броска тока намагничивания и от максимального тока короткого замыкания за трансформатором. Бросок тока намагничивания, который появляется при пуске трансформатора, составляет 3-5 от номинального.

где

  • kН – коэффициент надежности, зависит от типа реле
  • IK.MAX – максимальный ток короткого замыкания за трансформатором
  • IНАМ – ток намагничивания трансформатора, равный 3-5 от номинального тока трансформатора

Ток срабатывания реле (уставка) определяется по выражению ниже:

где

  • kСХ – коэффициент схемы
  • IС.З. – ток срабатывания защиты
  • nТТ – коэффициент трансформации ТТ

Коэффициент чувствительности токовой отсечки трансформатора

К преимуществам отсечки относится её быстродействие. Мгновенное отключение позволяет уменьшить возможные повреждения трансформатора и оборудования, запитанного от трансформатора.

К недостаткам можно отнести то, что зона действия отсечки ограничена. Поэтому отсечка вместе с газовой защитой трансформатора и максимальной токовой защитой составляют защиту трансформаторов малой мощности.

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

Последние статьи

Расшифровка маркировок кабелей из СПЭ, БПИ и ПВХ

Чтобы сохранить документ в ворде нажми ctrl+s

Испытание трансформаторного масла на пробой

Самое популярное

Единицы измерения физвеличин

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.