Файл: Курсовой проект должен включать в себя введение, основную часть и заключение, а также список использованной литературы.pdf

Рисунок1.9 - Пример согласования обратнозависимых (инверсных) характеристик 1, 3, 5
Как видно из рис.1.9, это достигается выбором разных значений токов срабатывания защит соседних элементов: у защиты 3 большего значения, чем у защиты 1, а у защиты 5 – большего, чем у защиты 3. При приближении точки КЗ к источнику питания значения токов КЗ увеличиваются и, например, при КЗ линии Л3 ее защита 5 сработает также быстро, как защита
1 при КЗ на своей линии Л1 (наиболее удаленной от источника питания).
Использование обратнозависимых времятоковых характеристик реле, по сравнению с независимыми, также позволяет значительно лучше согласовать время действия последующей релейной защиты SEPAM с предыдущим защитным устройством, выполненным плавкими предохранителями, поскольку у них однотипные зависимости времени срабатывания от значения тока КЗ. Эти и другие преимущества обратнозависимых времятоковых характеристик максимальных токовых защит объясняют столь долгое существование этих характеристик и необходимость их реализации и в электромеханических, и в микропроцессорных реле, в том числе SEPAM.
При использовании любых токовых защит с обратнозависимыми времятоковыми характеристиками их согласование традиционно производится с помощью графиков. Характеристики защит строятся в осях координат «ток-время», причем ординаты представляют время, а абсциссы – ток. Могут быть графики с логарифмическими шкалами тока и времени
(например, при согласовании характеристик устройств релейной защиты и плавких предохранителей) или с пропорциональными шкалами. Может быть и так, что одна из шкал логарифмическая, а другая пропорциональная.
На шкале токов должны быть указаны первичные токи, причем соответствующие какой-то одной ступени напряжения.
Согласование характеристик зависимых защит по времени начинается с определения расчетной точки повреждения и соответствующего ей

расчетного тока КЗ, что зависит от типов и уставок защит последующего и предыдущего элементов.
Как правило, токовые защиты реагируют на одни и те же величины: на токи в фазах защищаемых линий. В редких случаях одна из защит может иметь другое исполнение, например, использовать разность двух фазных токов (так называемая «восьмерка»).
Рисунок1.10- Времятоковые характеристики цифровых реле SEPAM по стандарту МЭК:
SIT, VIT, EIT и RI-характеристика, построенные для точки: I
*
= 2; t с.з
=1,5 с
Далее в примерах показано согласование времятоковых характеристик для нескольких пар защитных устройств: защиты и плавкого предохранителя, зависимых защит при отсутствии и при наличии токовой отсечки, независимой и зависимой характеристик при одиночной и параллельных предыдущих линиях. В этих примерах учитываются и токи нагрузки неповрежденных элементов, которые проходят через последующую защиту в сумме (арифметической) с током короткого замыкания поврежденного предыдущего элемента. В ряде случаев пренебрежение токами нагрузки может привести к неправильному выбору уставок защиты последующего элемента и, как следствие, к ее неселективному срабатыванию при КЗ на предыдущем элементе.
Времятоковые характеристики разных типов имеют различную степень крутизны. Для семейства характеристик SEPAM по стандарту МЭК время срабатывания вычисляется по формуле:






T
1
I
k
)
I
(
t
*
*
з с
, где постоянные коэффициенты , , k определяют крутизну зависимых времятоковых характеристик и имеют следующие значения:
Характеристические кривые k


Стандартная обратнозависимая выдержка времени SIT /А
0.14 0.02 2.97
Очень обратнозависимая выдержка времени VIT или LTI /В
13.5 1
1.5
Чрезвычайно обратнозависимая выдержка времени EIT /С
80 2
0.808
Коэффициент T позволяет выбрать кривую, проходящую через определенную точку (I
*
, t с.з
). Значение T равно времени срабатывания защиты t
с.з при токе КЗ, превышающем уставку в 10 раз: при I
*
= 10 время срабатывания t с.з
= T.
При выборе наиболее подходящей характеристики в России следует начинать со стандартной обратнозависимой характеристики по стандарту
МЭК (рис.1.11). Далее следует определить относительное значение расчетного тока (кратность) I
*
= I
к
/ I
с.з
. Имеется в виду, что ток срабатывания защиты I
с.з ранее уже выбран по условиям (1.1), (1.2) и (1.4).
Необходимое время срабатывания защиты t с.з выбирается по условию
(1.5). Для вычисления «временного» коэффициента T используется выражение (1.7):
T = k
)
1
I
(
)
I
(
t
*
*
з с





(1.7)
В момент КЗ время срабатывания защиты при выбранном типе характеристики, известном I
с.з и выбранном по выражению (1.7) коэффициенте T определяется автоматически по выражению (1.8):





T
1
I
k t
*
(1.8)
Вместо коэффициента T можно использовать так называемый
«коэффициент усиления»TMS, равный отношению T/. Тогда формулы (1.7) и (1.8) примут вид:
TMS = k
)
1
I
(
)
I
(
t
*
*
з с



(1.9)

TMS
1
I
k t
*




(1.10)
Для построения конкретной характеристики t = f(I
к
) следует задаться несколькими значениями тока КЗ (см. примеры).
Специальная характеристика семейства типа RI математически выражается формулой:
 
1706
,
3
T
I
236
,
0 339
,
0 1
t
1
*





,
(1.11) где обозначения такие же, как в выражении (1.8).
Это семейство не входит в стандарт МЭК и используется в тех странах, где еще могут находиться в эксплуатации аналоговые индукционные реле типа RI фирмы ASEA-ABB. В России, как правило, нецелесообразно использовать характеристики этого семейства (см. примеры).
Рисунок 1.11 - Стандартная ("нормальная") обратнозависимая характеристика SEPAM по МЭК (SIT/A) при разных значениях TMS
Терминалы SEPAM позволяют выбрать одну из 16 обратнозависимых времятоковых характеристик:

- 6 кривых, совместимых с предыдущими сериями Sepam 15,
Sepam 1000 и Sepam 2000.
 Standard inverse time (SIT)
 Long time inverse (LTI)
 Very inverse time (VIT)
 Extremely inverse time (EIT)
 Ultra inverse time (UIT)
 RI curve
Для кривых SIT, LTI, VIT, EIT, UIT приняты формулы МЭК (IEC 60255-3), но при токе менее 1,2 I
с.з защита не работает.
- 7 кривых по стандартам МЭК (IEC 60255-3) и IEEE:
 IEC SIT/A
 IEC LTI/B
 IEC VIT/B
 IEC EIT/C
 IEEE Moderately inverse/D
 IEEE very inverse/E
 IEEE extremely inverse/F
Для этих кривых защита начинает срабатывать при токе равном I
с.з
- 3 кривые по стандарту IAC:
 IAC inverse (IAC IT)
 IAC very inverse (IAC VIT)
 IAC extremely inverse (IAC EIT)
Вычисляемые по разным формулам для различных стандартов (IEC,
IEEE, IAC) кривые одного типа очень близки между собой, хотя и не совпадают полностью.
Для упрощения расчетов в сетях, использующих цифровые реле различных фирм, рекомендуется использовать формулы, соответствующие стандарту МЭК (IEC 60255-3).
Ниже приводятся формулы времятоковых характеристик SEPAM по стандартам IEEE и IAC [6].
IEEE





T
)
B
1
I
A
(
)
I
(
t
P
*
*
Характеристические кривые
A
B
P

Умеренно обратнозависимая выдержка времени SIT
0.01 0.023 0.02 0.241
Очень обратнозависимая выдержка времени VIT или
LTI
3.922 0.098 2
0.138
Чрезвычайно обратнозависимая выдержка времени EIT
5.64 0.0243 2
0.081

IAC









T
)
)
C
I
(
E
)
C
I
(
D
C
I
B
A
(
)
I
(
t
3
*
2
*
*
*
Характеристические кривые
A
B
C
D
E

Обратнозависимая выдержка времени SIT
0.208 0.863 0.8
-0.418 0.195 0.297
Очень обратнозависимая выдержка времени VIT или
LTI
0.09 0.795 0.1
-1.288 7.958 0.165
Чрезвычайно обратнозависимая выдержка времени EIT
0.004 0.638 0.62 1.787 0.246 0.092
Выбор тех или иных характеристик зависит от типа и характеристики защитного устройства как на предыдущем (нижестоящем), так и на последующем (вышестоящем) элементах, а также от существующих или заданных уставок на одном из этих элементов. Надо отметить, что в цифровых защитах разных фирм-изготовителей могут быть записаны и другие характеристики защит от междуфазных КЗ, но, как правило, во всех известных цифровых реле имеется также и «стандартная» характеристика
МЭК (в АББ именуемая "нормальной"). Эту характеристику и рекомендуется принимать в начале расчетов уставок SEPAM в России (см. выше). Далее рассматриваются численные примеры.
1.6 Примеры расчета рабочих уставок ступенчатых токовых
защит линий от междуфазных КЗ с цифровыми и аналоговыми
реле
В примерах рассматривается несколько характерных случаев выбора рабочих характеристик и уставок для разных типов защитной аппаратуры в сетях 10 и 6 кВ.
Сначала рассматривается согласование РЗ SEPAM линии 10 кВ и плавкого предохранителя трансформатора (рис.1.12).
Случай 1, когда предыдущим элементом является трансформатор
10/0,4 кВ, защита которого выполнена отечественными плавкими предохранителями (кварцевыми) типа ПКТ, а последующим элементом является линия 10 кВ с защитой на цифровом реле SEPAM (рис.1.12, а).
Необходимо выбрать характеристику МТЗ на реле SEPAM, которая обеспечивала бы селективную работу этих защитных устройств. В России селективным считается опережающее отключение трансформатора с ПКТ.

Рисунок
1.12. Пример согласования различных характеристик цифрового реле серии SEPAM и плавкого предохранителя ПКТ.
Главной задачей расчета является обеспечение селективности работы защиты линии на реле SEPAM при устойчивом КЗ на выводах 10 кВ рассматриваемого трансформатора. Здесь междуфазные КЗ более вероятны, чем внутри бака трансформатора. При КЗ на выводах низшего напряжения защиты питающих линий часто вообще нечувствительны, что допускается
«Правилами устройства электроустановок» [2].
Расчет рекомендуется начать с ближайшего наиболее мощного трансформатора 10/0,4 кВ. Номинальный ток плавких предохранителей типа
ПКТ на стороне 10 кВ I
пр в амперах должен соответствовать номинальной мощности трансформатора S
ном
, МВА:
S
ном
, МВА
0,063 0,1 0,16 0,25 0,4 0,63
I
пр
, A
10 16 20 31,5 50 80
Времятоковые характеристики плавких предохранителей типа ПКТ, как и предохранителей других типов, приводятся в информационных материалах заводов-изготовителей и в справочниках. Времятоковая характеристика предохранителя ПКТ с I
пр
=20А показана на рис.1.12,

При известном значении тока I
(2)
к следует определить время плавления t
пл плавкой вставки (fuse link), соответствующее расчетному току I
расч
= 0,8
I
(2)
к
. Уменьшение тока КЗ производится для учета допускаемого для предохранителей разброса времятоковых характеристик на
20%.
При этом расчётном токе время срабатывания последующей
(вышестоящей) релейной защиты 2 с реле SEPAM должно быть выбрано по выражению (1.5): t
с.з 2
= t пл
+ t
, где
t - ступень селективности; при отсутствии на питающей линии АПВ
(autoreclosing). Ступень селективности должна учитывать время гашения электрической дуги в патроне плавкого предохранителя, но при наличии
АПВ это время можно не учитывать, так как дуга погаснет во время безтоковой паузы перед АПВ.
Для выбранного по условиям (1.1), (1.2) и (1.4) тока срабатывания защиты 2 определяется кратность тока I
*
= 0,8 
)
2
(
мин к
I
/I
с.з 2
, и затем подбирается времятоковая характеристика реле SEPAM защиты 2.
Рекомендуется начать выбор со стандартной зависимой характеристики
SEPAM. Для этой характеристики SEPAM определяем коэффициент TMS по выражению (1.10 а), где  = 0,02; k = 0,14.
Далее для построения этой времятоковой характеристики реле SEPAM защиты 2 рассчитываются значения t с.з.2
при нескольких произвольных значениях кратности тока I
*
, например, 1,5; 2; 2,5 и 3 при выбранном TMS по выражению (1.7).
Построенные времятоковые характеристики 1 и 2 покажут, удалось ли обеспечить селективность во всем диапазоне возможных токов КЗ или только при больших значениях этих токов. Сделаем два числовых примера к этому случаю.
Пример 1. Трансформатор
0,16
МВА
,
I
пр
= 20 А
. Ток срабатывания защиты 2
I
с.з.2
= 75 А
(первичных). Ток
)
2
(
мин к
I
= 150 A
. Определяется расчётный ток:
I
расч
= 0,8 
)
2
(
мин к
I
= 0,8  150 = 120 A
. При этом токе определяется время плавления плавкого предохранителя: t
пл
= 0,4 с
(рис.1.12). Принимаем ступень селективности
t =
0,3 с и определяем t
с.з.2
= t пл
+ t = 0,4 + 0,3 = 0,7 с
Кратность тока
I
*
= 0,8 
)
2
(
к.мин
I
/ I
с.з.2
= 120 / 75 = 1,6
. Для "стандартной" характеристики SEPAM по выражению (1.9) определяется коэффициент
TMS
:
TMS =
14
,
0
)
1 6
,
1
(
7
,
0 02
,
0


= 0,047
Принимается уставка коэффициента
TMS = 0,05
(рис.1.11).
Для построения времятоковой характеристики реле
SEPAM защиты
2 рассчитывается несколько значений t
с.з.2
по выражению (1.8):

При
I
*
= 1,3 (100 А) t с.з.2
=
1 3
,
1 14
,
0 05
,
0 02
,
0


= 1,9 с
1,5 (112 А) .............…………… 0,86 с
2,0 (150 А) .............…………… 0,5 с
2,5 (187 А) .............…………… 0,4 с
Построенные характеристики 1 и 2 показывают, что селективность обеспечивается при всех значениях токов КЗ (рис.1.12).
Пример 2. При тех же данных, что и в предыдущем примере, но при меньшем токе срабатывания защиты 2, например,
I
с.з.2
=50 А
(первичных), кратность тока
I
*
= =120/50
= 2,4
, а коэффициент
TMS
по выражению (1.9):
TMS =
0 7 2 40 02 1
014
,
( ,
,
)
,


= 0,09
, принимаем
TMS = 0,1
По выражению (1.12) для "стандартной" (
SIT
) времятоковой характеристики определяем t
с.з.2 при разных кратностях тока
I
*
:
I
*
= 1,3 (65 А) t
с.з.2
= 2,6 с
1,5 (75 А) ..........………………. 1,7 с
2,0 (100 А)..........……………… 1,0 с
2,5 (125 А)..........……………… 0,7 с
3,0 (150 А)..........……………… 0,6 с
Построенная на рис.1.12,б штрих-пунктирная кривая 2' пересекается с характеристикой предохранителя
1, что указывает на отсутствие селективности при малых значениях токов КЗ, т.е. при маловероятных междуфазных КЗ внутри трансформатора. Если защита 2 чувствительна к КЗ за трансформатором, то рекомендуется согласовать характеристики этой линейной защиты 2 и автоматических выключателей на линиях низшего напряжения (0,4 кВ).
В этом же случае можно попробовать использовать другую времятоковую характеристику SEPAM, а именно “очень зависимую” (VIT - very inverse time) характеристику, для которой значения коэффициентов  =
1, k =13,5. Для этой характеристики определяем коэффициент TMS по выражению (1.9):
TMS = k
)
1
I
(
t
*
з с



=
5
,
13
)
1
I
(
t
1
*
2
з с


; при t с.з.2
= 0,7 с и I
*
=120 / 50 =2,4 TMS = 0,07. Определяется по выражению
(1.10) время срабатывания реле SEPAM при разных кратностях тока: 1,3; 1,5;
2,0; 2,5 и 3. При I
*
= 1,3 (I = 65 А): t
с.з
=
1
I
5
,
13 07
,
0
*


=
1 3
,
1 5
,
13 07
,
0


= 4 с. при
I
*
= 1,5 (75 А) t
с.з
= 1,9 с
1,8 (90 А) ..........………………. 1,2 с