Рекомендации по выбору уставок защит электротехнического оборудования с использованием микропроцессорных устройств концерна ALSTOM. Том 2

Подождите немного. Документ загружается.

защиты с зависимыми характеристиками имеют их значительный разброс, вынуждающий

выполнять согласование с большими ступенями по времени (до 1 сек). Кроме того,

согласование должно выполняться во всем диапазоне токов КЗ. Поэтому оно часто

производится графически.

Отклонение характеристик микропроцессорных защит определяется их точностью по току

(2%) и по времени (5%) и остается во всем диапазоне токов примерно таким же, как и для

защит с независимыми в ыдержками времени. Любая точка характеристики может быть

вычислена математически. Однако согласование характеристик микропроцессорных защит

более целесообразно производить графически. Как и в случае электромеханических

защит, уставки микропроцессорных защит проще выбирать с независимыми

характеристиками.

Микропроцессорные защиты имеют целое семейство зависимых характеристик. в любом

случае может быть подобрана наиболее подходящая.

4.2. Выбор тока срабатывания защиты

• Отстройка от тока нагрузки.

Для этого необходимо знать максимальный ток нагрузки линии. Если отсутствуют

официальные данные, он определяется приближенно:

а) По номинальному току наиболее слабого элемента сети: например трансформатора

тока, по длительно допустимому току кабеля, провода линии. Длительно допустимые токи

нагрузки линий указаны в справочных данных по линиям в приложении.

в) По суммарной мощности подключенных трансформаторов в нормальном, ремонтном и

аварийном режиме. Если эта мощность чрезмерно велика, иногда приходится учитывать

загрузку трансформаторов сети.

с) По допустимому уровню напряжения на вводах всех трансформаторов в сети.

Способы «в» и «с» требуют систематического наблюдения за сетью. Однако в ряде

случаев это необходимо, так как иначе не удается выполнить защиту достаточно

чувствительной.

Способ «а» наиболее прост, поэтому целесообразно выбрать уставки защиты этим

способом, переходя к другим в случае недостаточной чувствительности защиты.

При выдаче задания на уставки защиты, необходимо выдавать также и токи нагрузки, от

которых отстроена защита. Эти данные согласно ПТЭ должны указываться в картах

уставок защиты, выдаваемых оперативному персоналу, который обязан контролировать

соответствие действительной нагрузки расчет ной.

Ток срабатывания защиты

Iс.з.= kн.*kсз*Iраб.макс./kв,

(4.1)

где kн. - коэффициент надежности - 1.2;

kсз - коэффициент самозапуска можно принять равным 2.5 для городских

сетей и 2 - для сельских сетей;

I раб.макс. - максимальный рабочий ток линии;

kв. - коэффициент возврата за щиты: 0.95.

Реле MICOM P122-124 в составе функции «пуск-наброс» имеют возможность загрубления

тока срабатывания защиты при пуске на регулируемую величину и регулируемое время.

В случае применения такого метода можно принять кратность загрубления равной 2 и

время, на которое вводится загрубление, равным времени самозапуска нагрузки

(ориентировочно 5-10сек.). В этом случае kсз уменьшается в 2 раза и принимается равным

1-1.2. Таким образом улучшаются условия резервирования максимальной защитой

смежных участков. Однако при определении чувствительности в зоне защиты необходимо

принимать уставку защиты с учетом загрубления (режим включения на КЗ).

Реле серии MODULEX3 имеют возможность загрубления третьей ступени в 2 раза.

Поэтому если потребуется использовать такую функцию при приме нении реле серии

MODULEX3 можно выполнить уставки максимальной защиты на третьей ступени.

• Согласование защит по чувствительности.

Ток срабатывания предыдущей защиты выбирается таким образом, чтобы она не

срабатывала, если не работает последующая:

Iср.пр.= Кот. (Iнагр. + Iср.посл.),

(4.2)

где Iср.пр. - ток срабатывания предыдущей (расположенной ближе к источнику тока и

более удаленной от КЗ защиты);

Кот. - коэффициент отстройки, для процессорных защит может быть принят 1.1;

Iнагр. - суммарный ток нагрузки неповрежденных элементов проходящий через

выбираемую предыдущую защиту;

Iср.посл. - ток срабатывания последующей (ближе к месту КЗ) защиты.

В более удаленной от КЗ защите ток нагрузки остальных неповрежденных элементов

протекает вместе с током КЗ и добавлен к току, протекающему в последующей защите.

Эти токи могут быть сложены арифметически, так как в распредсетях токи нагрузки и токи

короткого замыкания близки по фазе.

Для защиты с независимыми характеристиками указанный расчет относится к току

срабатывания защит. Для защит с зависимой от тока характеристикой, это требование

относится ко всем точкам характеристики.

В приложении приводятся характеристики некоторых эксплуатирующихся в настоящее

время предохранителей и устройств защиты, которые могут потребоваться для

проведения согласования с ними микропроцессорных защит. Характеристики

микропроцессорных защит приводятся в фирменной документации на защиту. Наиболее

наглядным является графическое согласование защит. Некоторые случаи согласования

рассмотрены ниже.

4.3. Согласование защит с зависимыми характеристиками

4.3.1. Предохранители являются наиболее часто применяемыми устройствами для защиты

трансформаторов напряжением 6-10 кВ. Иногда они применяются и на трансформаторах

напряжением 35 кВ. Параметром предохранителя является номинальный ток его плавкой

вставки: это ток, который предохранитель может выдержать длительно без перегорания.

Предохранители в состоянии самостоятельно погасить дугу короткого замыкания внутри

патрона. Имеются предохранители, заполненные песком - кварцевые типа ПК и ПКИ 10,

стреляющие предохранители - ПСН-10-35 кВ. Характеристики этих предохранителей даны

в приложении.

Время перегорания предохранителя сильно зависит от тока. ГОСТом допускается

отклонение характеристики по току на 20%. На характеристиках указано время плавления

предохранителя, однако ток прекратится только после погасания дуги. Таким образом, к

характеристике должно быть добавлено время горения дуги. Время горения дуги зависит

от тока. Эта характеристика также дана в приложении. Ни же изображена характеристика

предохранителя ПК-50:

Характеристики горения предохранителя ПК-10 50А.

Таким образом, для согласования защиты с характеристикой предохранителя эту

характеристику необходимо увеличить по току на 20%, а затем к ней добавить время

горения дуги, составляющее в данном случае величину от 0.02 до 0.06 сек. Полученная

характеристика и используется для согласования с ней предыдущей защиты.

• Согласование защиты с независимой х арактеристикой с предохранителем.

На рисунке представлено графическое согласование характеристик независимой защиты и

предохранителя. Характеристика предохранителя преобразована вышеуказанным

способом, т.е. заг рублена на 20% и добавлено время гашения дуги. Для примера

использован предохранитель ПК-30, который устанавливается на трансформаторах 10 кВ

250кВА. Точка согласования в координатах ток- время соответствует уставке защиты по

току и времени. Для согласования необходимо выполнить 2 условия: ток срабатывания

должен быть на 10% больше, чем расчетный ток перегорания предохранителя при

времени срабатывания МТЗ. Время перегорания предохранителя при токе срабатывания

защиты должно быть на ступень меньше, чем ее время срабатывания. Степень

селективности, для процессорной защиты ALSTOM, можно принять 0.4сек. На графике

изображено три уставки. Из них можно сделать вывод, что для согласования защиты с

предохранителем, при уставке по времени 0.5 сек, уставка по току должна быть 550А, при

времени срабатывания 1сек – должно быть 340А, при времени срабатывания 1.5 сек,

уставка по току- 290А. Таким образом, для согласования защиты с независимой

характеристикой с предохранителем, ее ток срабатывания не менее чем в 10раз должен

превышать номинальный ток плавкой вставки предохранителя. Это без особых трудностей

получается на городских кабельных линиях, но может не получиться на длинных

воздушных линиях в сельской местности. Лучшие результаты согласования дает

использование защиты с зависимой характеристикой.

На рисунках изображен ряд характеристик защит имеющихся у устройств РЗА фирмы

ALSTOM. Из них нужно выбрать наиболее подходящую. Из характеристик МЭК-255 у

защиты MODULEX3 наиболее подходящей является характеристика В, ток трогания 200А и

коэффициент К= 0.08 (см. документацию на устройство). В устройстве MICOM имеется

аналогичная характеристика МЕК VI – очень инверсная. Из характеристик IEEE устройства

MICOM, наилучший результат получился у характеристики Е1 ток 150А. Первый вариант

позволяет получить ток трогания 200А а второй –150А, что вдвое меньше, чем у защиты с

независимой характеристикой. Можно подобрать и другие характеристики. При подборе

зависимых характеристик необходимо пользоваться теми же критериями, что и у

независимой защиты только они должны быть распространены на всю характеристику.

Следовательно:

В любой точке характеристики ток срабатывания предыдущей защиты должен быть

больше последующей на 10%, а время срабатывания больше на ступень (0.4сек).

Подобрав по этим признакам ряд характеристик, выбирают из них ту, которая на всем

протяжении имеет меньшее время срабатывания (идет ниже). Особое внимание

необходимо обратить но область малых токов, где характеристики сходятся. Их нужно

рассматривать до участка с выдержкой времени не менее 5сек.

4.3.2. Согласование с электромеханическими защитами, имеющими зависимую характеристику

Рассматриваются 2 наиболее распространенные защиты ИТ-80 и РТВ. Эти защиты имеют

ограниченно – зависимую характеристику. У реле ИТ независимая часть начинается в

районе 6 токов срабатывания, после чего реле насыщается, и выдержка времени далее

практически не изменяется. Кроме того , в состав реле входит отсечка которая имеет ток

срабатывания равный 2-8 Iср зависимого элемента. Есть реле серии РТ-90 имеющие

меньшую протяженность зависимой части. У реле РТВ независимая часть начинается при

4 Iср. Существуют модификации РТВ, у которых независимая часть значительно меньше.

Характеристики указанных защит приведены в приложении.

• Согласование защиты с независимой характеристикой с реле РТВ или ИТ. Как уже

говорилось его лучше приводить графическим способом. Реле РТВ характеризуется

значительным разбросом характеристик, поэтому ступень согласования по времени

(Dt) принимается равной 0.7сек, а коэффициент отстройки при согласовании по току

целесообразно принять равным 1.5. Ре ле ИТ имеет более точные характеристики и Dt

можно принять равным 0.5сек. а коэффициент согласования можно принять равным

1.25.

• Ниже изображены графики согласования защиты с независимой характеристикой с

защитами РТВ и ИТ-80.

Согласование с защитой на реле РТВ. Реле РТВ имеет ток трогания 100А и время

срабатывания в независимой части характеристики 0.7сек, это минимально- возможная

Характеристики IEEE

устройств MICOM

Характеристики МЭК 255

устройств MODULEX3

выдержка времени на реле . Согласование защит обеспечивается, при токе срабатывания

предшествующей защиты 300А и времени срабатывания 1.5сек. или токе срабатывания

400А и выдержке времени 1.4сек.

Согласование с защитой на реле ИТ-80. Реле имеет ток трогания 100А и время

срабатывания в независимой части характеристики 0.5сек, это минимально- возможная

выдержка времени на реле. Согласование защит обеспечивается, при токе срабатывания

предшествующей защиты 300А и времени срабатывания 1.3сек. или токе срабатывания

400А и выдержке времени 1.2 сек.

4.3.3. Согласование с использованием на реле MODULEX3 зависимой характеристики

Реле имеет характеристики А,В,С по стандарту МЭК- 255-3.

Их рассмотрения характеристик можно принять наиболее подходящей характеристикой

характеристику А, которая имеет более пологую характеристику. Эта характеристика

рассчитывается по выражению, приведенной в заводской документации:

t=K*0.14/ ((I/Iср)

0.02

–1) + 0.02,

(4.3)

где K - коэффициент определяющий характеристику;

I - ток в реле;

Iср - ток срабатывания реле.

Величина К является коэффициентом, который необходимо вычислить и задать на реле в

качестве уставки. Его можно определить, зная ток, при котором должна быть выставлена

заданная уставка по времени, преобразовав формулу 4.1.

К=(t-0.02) /(0.14/(I/Iср)

0.02

-1)),

(4.4)

Из формулы и заводской характеристики видно, что, в отличие от электромеханических

реле, защита MODULEX3 практически не имеет независимой части, во всяком случае, она

начинается при токе, превышающем ток срабатывания более чем в 20 раз. В то же время

независимая часть х-ки электромеханических реле начинается при 4-6 токах срабатывания

защиты. Защита должна быть согласована во всех точках характеристики.

Примем для согласования крайнюю точку х-ки реле MODULEX3 равной 20 Iср.

Согласование с защитой РТВ. В любой точке характеристики ступень выдержки времени

должно быть не менее 0.7. Реле РТВ, при таких токах, находится в независимой части

характеристики и имеет выдержку времени 0.7 сек. Значит, реле MODULEX должно иметь

выдержку времени 1.4. Зная выдержку времени, вычислим по выражению 4.2.

коэффициент К.

К= (1.4-0.02)/ (0.14/(20

0.02

–1)) = 0.61

Зная величину К, мы можем определить по выражению 4.1 время срабатывания защиты

при любом токе.

Так при токе 600А (I/Iср=4) tср= 3cек,

300А (I/Iср=2) tср= 6сек.

Это значительно хуже, чем если бы была выбрана характеристика с независимой

выдержкой времени. По вышеприведенному расчету защита с током срабатывания 300А и

независимой характеристикой имела выдержку времени 1.5сек.

Расчет, проведенный таким же образом для других характеристик дает еще более худшие

результаты.

Характеристика В дает время срабатывания, при токе 600А, 9сек, а характеристика С –

37сек.

Есть способ улучшить результаты согласования. См. рисунок:

Необходимо определить ток КЗ в месте установки последующей защиты и проводить

согласование начиная с этого тока . Допустим, ток КЗ в месте установки последующей

защиты равен 1000 А. Большего тока по этой защите протекать не может, поэтому

согласование начинаем с этого тока. Кратность тока в предыдущей защите равна

1000/150=6.7.

Определим коэффициент К для согласования в этой точке.

К=(1.4-0.02)/ 0.14*( 6.7

0.02

-1)= 0.38

Время срабатывания при токе 600А –1.91сек, а при токе – 300А 3.83сек. Это попрежнему

хуже по времени, чем при выполнении защиты с независимой характеристикой, однако

защита имеет в 2 раза большую чувствительность 150А вместо 300. При недостаточной

чувствительности защиты это соображение может оказаться определяющим. На рисунке

указаны получившиеся характеристики.

• Согласование с защитой на реле ИТ-80. Реле ИТ-80 имеет уставку по току 100А, время

в независимой части 0.5сек. Используется отсечка с кратностью 6. максимальный ток КЗ

в месте установки защиты ИТ-80 – 1200А. Ступень выдержки времени принимаем:

Dt=0.5сек.

Принимаем уже выбранную характеристику «А», которая лучше всего приближается к

электромеханической. Уставка по току – 1.25* 100=125А.

Согласование производится при токе срабатывания отсечки – 600 А. I/Iср = 600/125=4.8.

Определяем коэффициент «К» по выражению 4.2.

К=(1-0.02)*(4.8

0.02

-1)/0.14 = 0.22.

По выражению 4.1. посчитаем несколько точек х арактеристики:

ток 500 А I/Iср = 500/125=4 t = 0.14* 0.22 / (4

0.02

-1) +0.02=1.12

ток 250А I/Iср =2 t=2.22сек.

ток 188А I/Iср =1,5 t=3.8сек

ток 150 I/Iср =1,2 t=8.4сек.

ток 1250А I/Iср =10 t=0.67сек.

Построим полученную характеристику:

4.3.4. Согласование с использованием зависимых характеристик защиты MICOM 121-124

Защита MICOM, кроме уже рассмотренных характеристик: независимой и зависимой по

стандарту МЭК (в защите MODULEX х-ка «А») она называется стандартной инверсной (SI)

имеет также электромеханическую (RI) характеристику. Эта характеристика ограниченно

зависимая, чем она приближается к характеристике электромеханических реле, с

которыми выполняется согласование. Рассмотрим возможности этой характеристики.

Характеристика соответствует выражению:

t = K/(0.339- 0.236*(I/Iср)),

(4.5)

И соответственно

K= t*(0.339- 0.236*(I/Iср)),

(4.6)

Для согласования возьмем те же защиты что и ранее.

Согласование с РТВ. Примем уставку защиты равной 150А. Согласование производим при

токе 1000А.

К= 1.4*(0.339-0.236/6.7)= 0.43. Принимаем ближайшее большее значение уставки на реле

К=0.45.

Рассчитаем несколько точек характеристики

I-600, I/Iср= 4 t = 0.45 / ( 0.339 – 0.236/4) = 1.61

I-450, I/Iср= 3 t = 1.72

I-300, I/Iср= 2 t =2.03

I-225, I/Iср= 1.5 t =2.47

I-180, I/Iср= 1.2 t =3.16

I-150, I/Iср= 1.0 t =4.36

Из рассмотрения характеристик видно, что в области малых токов характеристика защиты

недопустимо близко приближается к характеристике РТВ. Защиту следует загрубить по

току. Примем уставку MICOM, равной 200А и повторим расчет.

К= 1.4*(0.339-0.236/5)= 0.41. Принимаем ближайшее большее значение уставки на реле

К=0.45.

Рассчитаем несколько точек характеристики

I-800, I/Iср= 4 t = 0.45 / ( 0.339 – 0.236/4) = 1.61

I-600, I/Iср= 3 t = 1.72

I-400, I/Iср= 2 t =2.03

I-300, I/Iср= 1.5 t =2.47

I-240, I/Iср= 1.2 t =3.16

I-200, I/Iср= 1.0 t =4.36

Можно считать, что характеристики согласованы. См. рисунок ниже.

Если сопоставить результат с расчетами защиты MODULEX3, можно сделать вывод, что

использование характеристики электромагнитного реле RI дает уставку 200А,

промежуточную между характеристиками А MODULEX3 – 150А и независимой

характеристикой - 300А. Преимуществом характеристики RI является наличие независимой

части, что обле гчает согласование с защитой в большом диапазоне токов КЗ.

Выполним согласование с защитой ИТ-80, уставка по току 150А. Отсечка 600А.

К=1*(0.339 – 0.236/4) = 0.28. Принимаем К=0.3.

Точки характеристики:

I=450A (I/Iср = 3) t = 0.30/(0.339 –0.236/3) =1.15

I=300A (I/Iср = 2) t =1.35

I=225A (I/Iср = 1.5) t =1.65

I=180A (I/Iср = 1.2) t =2.1

I=150A (I/Iср = 1) t =2.91

Как и в предыдущем случае, в области малых токов согласование не обеспечивается. Для

согласования необходима уставка 180А.

К=1*(0.339 – 0.236/3.34) = 0.27. Принимаем К=0.3.

Точки характеристики:

I=600A (I/Iср = 3) t = 0.30/(0.339 –0.236/3) =1.15

I=400A (I/Iср = 2) t =1.35

I=300A (I/Iср = 1.5) t =1.65

I=240A (I/Iср = 1.2) t =2.1

I=200A (I/Iср = 1) t =2.91

Построим характеристику:

Получили результат аналогичный согласованию с защитой РТВ.

4.3.5. Согласование с защитами серии MODN производится такими же способами, как и с

защитами серии MICOM, она имеет подобный набор характеристик. Формула

электромеханической характеристики (R) несколько отличается, но результат получается

близкий к характеристике (RI) MICOM. Поэтому вопрос согласования с этими защитами

отдельно не рассматривается.

4.4. Учет нагрузки при согласовании

При удаленных коротких замыканиях напряжение на шинах, питающих нагрузку,

практически не снижается поэтому и сохраняется полностью нагрузка неповрежденных

фидеров, подключенная к этим шинам. При этом коротком замыкании защита работает в

области малых токов и нагрузка, которая имеет в распределительных сетях угол, близкий к

углу короткого замыкания, добавляется к току последующей защиты, что, при малых

запасах, влияет на согласование ее с предыдущей.

Iкз + Iнагр

ПС А З2 ПС ВЗ1 Iкз

Iнагр

На рисунке изображен пример схемы: короткое замыкание возникло на линии отходящей

от подстанции В, которая защищается защитой З1, по остальным линиям течет ток

нагрузки. В защите питающей линии З2 течет одновременно ток КЗ и ток нагрузки.

Для учета нагрузки характеристика последующей защиты (З1) суммируется с током

нагрузки, т.е. сдвигается вправо на величину тока нагрузки и предыдущая защита (З2)

согласовывается с этой суммарной характеристикой.

Iсз2 = Kот (Iсз2 + Iнагр.)

На рисунке характеристики ранее выбранных без учета нагрузки защит (см. предыдущий

рисунок) сдвинуты вправо на величину Кот* Iнагр =1.2*40=50А - тока нагрузки, равного 40А

и умноженного на коэффициент запаса. Аналогичного результата можно добиться, если

увеличить ток срабатывания защиты предшествующей защиты на эту величину. Поэтому

вместо ранее выбранной величины Iср З2 = 200А, необходимо установить Iср З2` = 250А.

4.5. Согласование характеристик микропроцессорных защит между собой

4.5.1. Защиты с независимой характеристикой

Ток срабатывания защиты.

а) Без учета нагрузки, используется при согласовании защит в цепочке, где отсутствует

промежуточная нагрузка.

Iсз2= Кн*Iсз1,

(4.7)

Кн- коэффициент надежности должен учесть погрешность 2 реле (2х3%) и погрешность

трансформаторов тока последующей защиты. Учитывая, что нагрузка реле на

трансформаторы тока невелика, а согласование ведется при малых токах можно принять

ее 3% . Таким образом

Кн =1+ 0.03+0.03+0.03=1.09. Принимаем

Кн=1.1.

Защиты MICOM имеют токовую погрешность 2%, однако уменьшение

Кн на 0.02 нецелесообразно.

в) С учетом нагрузки.

Iсз2= Кн*(Iсз1+Iн),

(4.8)

Согласование защиты по времени.

tсз2 = tсз1+Dt,

(4.9)

Dt = dt1+dt2 +tвыкл. + tвозвр.+tзап.,

(4.10)