защита+максимальной+мощности

7.5. Защита от короткого замыкания и прочность при коротком замыкании

Примечание. В настоящее время требования этого пункта применимы главным образом к устройствам переменного тока. Требования к устройствам постоянного тока находятся в стадии рассмотрения.

7.5.1. Общие положения

НКУ должны иметь конструкцию, способную выдерживать тепловые и электродинамические нагрузки, возникающие при значениях токов короткого замыкания, не превышающих установленных.

Примечание. Нагрузки, возникающие вследствие короткого замыкания, могут быть уменьшены при помощи токоограничивающих устройств (индуктивностей, токоограничивающих плавких предохранителей или других токоограничивающих коммутационных устройств).

НКУ должны быть защищены от токов короткого замыкания, например, автоматическими выключателями, плавкими предохранителями или тем и другим вместе, которые могут быть частью НКУ или располагаться за его пределами.

Примечание. Если НКУ предназначены для использования в системах IT*, то аппарат защиты в каждой фазе должен иметь достаточную отключающую способность относительно междуфазного напряжения при двухфазном замыкании на землю.

* См title="Электроустановки зданий. Часть 3. Основные характеристики".

Потребитель, заказывая НКУ, должен определить условия короткого замыкания на месте его установки.

Примечание. Желательно, чтобы в случае повреждения, ведущего к образованию дуги внутри НКУ, обеспечивалась максимально возможная степень защиты персонала, хотя главной целью является предупреждение образования такой дуги принятием соответствующих мер при проектировании или ограничение длительности горения дуги.

Для ЧИ НКУ рекомендуется использовать устройства, прошедшие типовые испытания, например, системы сборных шин, если на них не распространяются исключения пп. 8.2.3.1.1 - 8.2.3.1.3. В случаях, когда применение устройств, прошедших типовые испытания, не представляется возможным, прочность этих частей при коротком замыкании проверяют путем экстраполяции, исходя из устройств, испытанных в соответствии с типовыми испытаниями.

7.5.2. Сведения, касающиеся прочности при коротком замыкании

7.5.2.1. Для НКУ, в котором имеется только один блок ввода, изготовитель обязан представлять сведения о прочности при коротком замыкании следующим образом:

7.5.2.1.1. Для НКУ с устройством защиты от короткого замыкания, включенным в блок ввода, указанием максимально допустимого значения ожидаемого тока короткого замыкания на зажимах блока ввода. Эта величина не должна превышать номинальные значения (см. пп. 4.3 - 4.7). Коэффициент мощности и пиковые значения должны соответствовать указанным в п. 7.5.3.

Если устройством защиты от короткого замыкания является плавкий предохранитель, то изготовитель обязан указать характеристики плавкой вставки (номинальный ток, отключающую способность, ток отключения, I²t и т.д.).

Если используют автоматический выключатель с расцепителем, имеющим выдержку времени, то может потребоваться указание максимальной выдержки времени и значения тока уставки, соответствующих ожидаемому току короткого замыкания.

7.5.2.1.2. Для НКУ, в которых защитное устройство от короткого замыкания не входит в блок ввода, прочность при коротком замыкании указывают с помощью следующих способов (одного или нескольких):

а) номинальный кратковременно выдерживаемый ток (п. 4.3) и номинальный ударный ток (п. 4.4) вместе с соответствующим временем, если оно отличается от 1 с. Отношение пикового значения к действующему должно соответствовать указанному в табл. 5.

Примечание. Для периодов времени с максимальным значением до 3 с соотношение между кратковременно выдерживаемым током и соответствующим временем представляется формулой

i²t = const

при условии, что пиковое значение не превышает значение номинального ударного тока;

b) номинальный ожидаемый ток короткого замыкания на зажимах блока ввода НКУ, а также соответствующее время, если оно отличается от 1 с. Соотношение между пиковым и действующим значением должно быть таким, как указано в табл. 5;

с) номинальный условный ток короткого замыкания (п. 4.6);

d) номинальный ток короткого замыкания, отключаемый плавким предохранителем (п. 4.7).

Для подпунктов с) и d) изготовитель обязан указывать характеристики (номинальный ток, отключающая способность, ток отключения, I²t и т.д.) токоограничивающих коммутационных устройств (например, автоматических выключателей или плавких предохранителей), необходимых для защиты НКУ.

Примечание. При замене плавких вставок должны использоваться вставки с такими же характеристиками.

7.5.2.2. Для НКУ с несколькими блоками ввода, одновременная работа которых маловероятна, прочность при коротком замыкании может указываться для каждого из блоков в соответствии с п. 7.5.2.1.

7.5.2.3. Для НКУ с несколькими блоками ввода, которые могут работать одновременно, а также для НКУ с одним блоком ввода и одним или несколькими блоками вывода для вращающихся машин большой мощности, могущих повлиять на величину тока короткого замыкания, должно быть заключено специальное соглашение о величинах ожидаемого тока короткого замыкания в каждом блоке ввода или вывода и на шинах.

7.5.3. Зависимость между пиковыми и действующим и значениями тока короткого замыкания

Пиковое значение тока короткого замыкания (пиковое значение первой волны тока короткого замыкания, включая постоянную составляющую) для определения электродинамических усилий, получается умножением действующего значения тока короткого замыкания на коэффициент п. Стандартные значения коэффициента n и соответствующего коэффициента мощности даны в табл. 5.

Таблица 5

Примечание. Значения, приведенные в табл. 5, соответствуют большинству случаев применения. В специальных местах, например, вблизи трансформаторов или генераторов, коэффициент мощности может иметь более низкие значения; таким образом, максимальное пиковое значение ожидаемого тока станет предельным значением вместо действующего значения тока короткого замыкания.

7.5.4. Координация устройств защиты от короткого замыкания

7.5.4.1. Координация устройств защиты должна являться предметом согласования между потребителем и изготовителем. Вместо такого соглашения можно использовать сведения, приводимые в каталоге предприятия-изготовителя.

7.5.4.2. Если по условиям эксплуатации необходима непрерывность питания, то уставки или выбор устройств защиты от короткого замыкания внутри НКУ должны производиться таким образом, чтобы короткое замыкание, возникающее в любой отходящей цепи ответвления, могло быть устранено с помощью отключающего устройства, установленного в поврежденной цепи ответвления без какого-либо воздействия на другие отходящие ответвления, чем гарантируется селективность системы защиты.

7.5.5. Внутренние цепи НКУ

7.5.5.1. Главные цепи

7.5.5.1.1. Шины (оголенные или с изоляцией) должны располагаться таким образом, чтобы при нормальных условиях эксплуатации исключалась возможность внутреннего короткого замыкания. При отсутствии других указаний их выбирают согласно сведениям о прочности при коротком замыкании (п. 7.5.2) и должны выдерживать по крайней мере воздействия коротких замыканий, ограниченных устройствами защиты на стороне подачи питания на шины.

7.5.5.1.2. Проводники между главными шинами и стороной питания отдельного функционального блока, также как и комплектующие, входящие в этот блок, могут быть выбраны, исходя из уменьшенных воздействий короткого замыкания со стороны присоединения нагрузки к устройству защиты от короткого замыкания в этом блоке, при условии такого расположения этих проводников, при котором в нормальных рабочих условиях внутреннее короткое замыкание между фазами и/или между фазами и землей является маловероятным, например, если проводники имеют соответствующую изоляцию или оболочку. Это также относится к проводникам со стороны питания отдельных функциональных блоков внутри НКУ, не содержащих главных шин.

7.5.5.2. Вспомогательные цепи

Обычно вспомогательные цепи должны быть защищены от воздействия коротких замыканий. Однако защитное устройство, предохраняющее от короткого замыкания, не следует применять в случае, если его срабатывание может иметь опасные последствия. В этом случае проводники вспомогательных цепей должны располагаться таким образом, чтобы в нормальных условиях работы исключалась возможность возникновения короткого замыкания.

Источник: ГОСТ 28668-90 Э: Низковольтные комплектные устройства распределения и управления. Часть 1. Требования к устройствам, испытанным полностью или частично оригинал документа

направленная токовая защита нулевой последовательности
—
[В.А.Семенов. Англо-русский словарь по релейной защите]

Нулевая последовательность фаз.
Согласно теории симметричных составляющих любую несимметричную систему трех токов или напряжений - обозначим их А, В, С - можно представить в виде трех систем прямой, обратной и нулевой последовательностей фаз (рис. 7.9, а-в). Первые две системы симметричны и уравновешены, последняя симметрична, но не уравновешена.
Система прямой последовательности (рис. 7.9, а) состоит из трех вращающихся векторов A 1, B 1, C 1, равных по значению и повернутых на 120° относительно друг друга, причем вектор B1 следует за вектором А 1.

Рис. 7.8. Принципиальная схема максимальной токовой защиты с пуском от реле минимального напряжения:
КА - реле тока (токовый пусковой орган); КV - реле минимального напряжения (пусковой орган по напряжению); КТ - реле времени
Система обратной последовательности (рис. 7.9, б) состоит также из трех векторов A 2, B 2, C 2, равных по значению и повернутых на 120° относительно друг друга, но при вращении в ту же сторону, что и векторы прямой последовательности, вектор B 2 опережает вектор A 2 на 120°.
Система нулевой последовательности (рис. 7.9, в) состоит из трех векторов A 0, B 0, C 0, совпадающих по фазе.
Очевидно, что сложение одноименных векторов этих трех систем дает ту несимметричную систему, которая была разложена на, ее составляющие:

В качестве примера сложение векторов фазы С выполнено на рис. 7.9, г.
Существует и метод расчета симметричных составляющих, согласно которому составляющая нулевой последовательности

Рис. 7.9. Симметричные составляющие:
а, б, в - прямой, обратной и нулевой последовательности соответственно; г - сложение векторов трех последовательностей фазы С

Рис. 7.10. Однофазное КЗ на землю на ненагруженной линии с односторонним питанием:
а - схема линии; б - векторная диаграмма напряжения и тока для точки К ; в, г - векторные диаграммы напряжения и токов, построенные с помощью симметричных составляющих

Таким образом, для нахождения A 0 надо геометрически сложить три составляющие вектора и взять одну треть от суммы.
Целесообразность представления несимметричных систем тремя симметричными составляющими состоит в том, что анализ и расчеты напряжений и токов для системы нулевой последовательности могут выполняться независимо от систем прямой и обратной последовательностей, что во многих случаях упрощает расчеты.
Включение же защит на составляющие нулевой последовательности дает ряд преимуществ по сравнению с включением их на полные токи и напряжения фаз для действия при КЗ на землю.
Практическое использование составляющих нулевой последовательности. Рассмотрим металлическое замыкание фазы А на землю в сети с эффективно заземленной нейтралью (рис. 7.10, а). Этот вид повреждения относится к несимметричным КЗ и характеризуется тем, что в замкнутом контуре действует ЭДС E A, под действием которой в поврежденной фазе А проходит ток IA=Ik отстающий от E A на 90°; напряжение фазы А относительно земли в месте повреждения (точка К) UAк =0, так как эта точка непосредственно соединена с землей; токи в неповрежденных фазах IB и IC отсутствуют. С учетом сказанного на рис. 7.10, б построена векторная диаграмма для точки К.
На рис. 7.10, в и г приведены векторные диаграммы напряжений и токов, построенные с помощью симметричных составляющих для того же случая однофазного КЗ.
Сравнение диаграммы, представленной на рис. 7.10, б, с диаграммами рис. 7.10, в и г показывает, что вектор I к равен вектору 3I0, а –ЕА =U B к + U C к = 3U0к. Значит, полный ток фазы в месте повреждения может быть представлен утроенным значением тока нулевой последовательности, а ЭДС - ЕА - утроенным значением напряжения нулевой последовательности.
Практически ток нулевой последовательности получают соединением вторичных обмоток трансформаторов тока в фильтр токов нулевой последовательности (рис. 7.11). Из схемы видно, что ток в реле КА равен геометрической сумме токов трех фаз:

Ток в реле появляется только при однофазном или двухфазном КЗ на землю. Короткие замыкания между фазами являются симметричными системами, и соответственно этому ток в реле Iр=0.
Для получения напряжения нулевой последовательности вторичные обмотки трансформатора напряжения соединяют в разомкнутый треугольник (рис. 7.12) и обязательно заземляют нейтраль его первичной обмотки. В этом случае


Рис. 7.11. Соединение трансформаторов тока в фильтр токов нулевой последовательности
В нормальном режиме работы и КЗ между фазами (без земли) геометрическая сумма напряжений вторичных обмоток, соединенных в разомкнутый треугольник, равна нулю, и поэтому Up также равно нулю (рис. 7.12, б). И только при однофазных (или двухфазных) КЗ на землю на зажимах разомкнутого треугольника появляется напряжение Up=3U0 (рис. 7.12, в).
Фазные напряжения систем прямой и обратной последовательностей образуют симметричные звезды, и поэтому суммы их векторов в схеме разомкнутого треугольника всегда равны нулю.

Рис. 7.12. Соединение однофазных трансформаторов напряжении в фильтр напряжения нулевой последовательности:
а - общая схема трансформатора напряжения; б - векторные диаграммы в нормальном режиме работы; с - то же при замыкании фазы А на землю в сети с заземленной нейтралью; PV - вольтметр контроля исправности цепей вторичной обмотки

В сетях с эффективным заземлением нейтрали около 80% повреждений связано с замыканиями на землю. Для защиты оборудования применяют устройства, реагирующие на составляющие нулевой последовательности.
Схема и некоторые вопросы эксплуатации токовой направленной защиты нулевой последовательности. Принципиальная схема защиты показана на рис. 7.13. Пусковое токовое реле КА, включенное на фильтр токов нулевой последовательности, реагирует на появление КЗ на землю, когда в нулевом проводе проходит ток 3I0.
Реле мощности KW фиксирует направление мощности КЗ, обеспечивая селективность действия: защита работает при направлении мощности КЗ от шин подстанции в защищаемую линию. Напряжение 3U0 подводится к реле мощности от обмотки разомкнутого треугольника трансформатора напряжения (шинки EV, H, KV, K).
Реле времени КТ создает выдержку времени, необходимую по условию селективности.
На рис. 7.14 показано размещение токовых направленных защит нулевой последовательности в сети, работающей с заземленными нейтралями с обеих сторон рассматриваемого участка. График характеристик выдержек времени построен по встречно-ступенчатому принципу. Из графика видно, что каждая защита отстраивается от защиты смежного участка ступенью времени Δt =t1-t3.
Значение тока срабатывания пускового токового реле выбирается по условию надежного действия реле при КЗ в конце следующего (второго) участка сети, а также по условию отстройки от тока небаланса.
Появление тока небаланса в реле связано с погрешностью трансформаторов тока, неидентичностью трансформаторов тока, неидентичностью их характеристик намагничивания и имеет решающее значение. Чтобы не допустить действия пускового токового реле от тока небаланса, ток срабатывания реле принимают больше тока небаланса. Ток небаланса определяется для нормального рабочего режима или для режима трехфазного КЗ в зависимости от выдержки времени защиты.
При наличии в защищаемой сети автотрансформаторов, электрически связывающих сети двух напряжений, однофазное или двухфазное замыкание на землю к сети среднего напряжения приводит к появлению тока I0 в линиях высшего напряжения. Чтобы избежать ложных срабатываний защит линий высшего напряжения, уставки их защит по току срабатывания и выдержкам времени согласуют с уставками защит в сети среднего напряжения. По указанной причине избегают, как правило, заземления нейтралей обмоток звезд высшего и среднего напряжений у одного трансформатора. Заметим также, что у трансформатора со схемой соединения звезда-треугольник замыкание на землю на стороне треугольника не вызывает появления тока I0 на стороне звезды.
Ток I0 появляется в линиях при неполнофазных режимах работы участков сетей. Такие режимы могут быть кратковременными и длительными. От кратковременных неполнофазных режимов, возникающих, например, в цикле ОАПВ линии, а также АПВ при неодновременном включении трех фаз выключателя защиты отстраиваются по току срабатывания или выдержки времени защит принимаются больше, чем время t ОАПВ. При возможных неполнофазных режимах работы линий (например, при пофазном ремонте под напряжением) токовые направленные защиты нулевой последовательности ремонтируемой линии и смежных участков должны проверяться и отстраиваться от несимметрии или выводиться из работы, так как они мало приспособлены для работы в таких условиях.
В процессе эксплуатации токовых защит нулевой последовательности должны строго учитываться все заземленные нейтрали автотрансформаторов и трансформаторов, являющиеся как бы источниками токов нулевой последовательности. Распределение тока I0 в сети определяется исключительно расположением заземленных нейтралей, а не генераторов электростанций.
Контроль исправности цепей напряжения разомкнутого треугольника осуществляется с помощью вольтметра, периодически подключаемого с помощью кнопки SB (см. рис. 7.12). Вольтметр измеряет напряжение небаланса, имеющего значение 1-3 В. При нарушении цепей показание вольтметра пропадает.
Наряду с рассмотренной токовой направленной защитой нулевой последовательности широкое распространение в сетях 110 кВ и выше получили направленные отсечки и ступенчатые защиты пулевой последовательности. Наиболее совершенными являются четырехступенчатые защиты, первая ступень которых обычно выполняется без выдержки времени. Первая и вторая ступени защиты предназначены для действий при замыканиях на землю в пределах защищаемой линии и на шинах противоположной подстанции. Последние ступени выполняют в основном роль резервирования.

Рис. 7.13. Схема токовой направленной защиты нулевой последовательности
[ http://leg.co.ua/knigi/raznoe/obsluzhivanie-ustroystv-releynoy-zaschity-i-avtomatiki-3.html]

Тематики

• релейная защита

EN

• directional neutral current relay

максимальная токовая защита с пуском по напряжению
—
[В.А.Семенов. Англо-русский словарь по релейной защите]

Максимальная токовая защита с пуском от реле минимального напряжения

Максимальная токовая защита реагирует на увеличение тока в защищаемом элементе сети. Она применяется для защиты линий, имеющих одностороннее питание, на линиях устанавливается со стороны источника питания и воздействует на отключение выключателя в случае повреждения на защищаемой линии или на шинах подстанций, питающихся от этой линии. Селективность защит обеспечивается подбором выдержек времени, нарастающих ступенями в сторону источника питания (рис. 7.5). Ступень времени Δt =t2-t1≈0,4÷0,8 с. Так, при повреждении в точке K1 по реле защит на подстанциях 1 и 2 будет проходить один и тот же ток Iк. Однако защита на подстанции 1 сработает быстрее и отключит поврежденную линию. Защита на подстанции 2 в этом случае не успеет сработать на отключение и вернется в исходное положение.
Токовая отсечка - это максимальная токовая защита, селективность действия которой обеспечивается не ступенчатым подбором выдержек времени в подавляющем большинстве случаев отсечка действует мгновенно, а выбором тока срабатывания. Известно, что ток КЗ уменьшается по мере удаления места КЗ от источника питания. Ток срабатывания отсечки Iсз по значению выбирается таким, чтобы отсечка надежно срабатывала при КЗ на заранее определенном участке линии (например, на участке АВ, рис. 7.6) и не приходила в действие при КЗ за пределами этого участка, где Iк< I сз, например в точке С. Таким образом, токовая отсечка защищает часть линии, а не всю линию.

Рис. 7.2. Нормальный (а) и утяжеленный (б) режимы работы электрической сети с изолированной нейтралью

Рис. 7.3. Замыкание двух фаз на землю в сети с изолированной нейтралью приводит к КЗ. Штриховой линией показан путь тока КЗ

Токовая отсечка применяется для защиты линий с односторонним и двухсторонним питанием и, кроме того, для защиты трансформаторов. В последнем случае отсечка устанавливается с питающей стороны трансформатора и действует при повреждениях на вводах ВН и в некоторой части первичной обмотки. При повреждениях вторичной обмотки отсечка не срабатывает.
Максимальная направленная защита (рис. 7.7) применяется для защиты сетей с двухсторонним питанием. Она реагирует на определенные значения тока КЗ и его направление. Орган направления в схеме защиты разрешает ей срабатывать на отключение выключателя, если ток КЗ направлен от шин в сторону защищаемой линии. Селективность действия пускового органа защиты достигается выбором выдержек времени по указанному выше ступенчатому принципу.
Максимальные направленные защиты устанавливаются с обеих сторон защищаемых линий. В качестве основных защит их применяют в сетях напряжением до 35 кВ.
Максимальная токовая защита с пуском от реле минимального напряжения. Одним из недостатков максимальных токовых защит является недостаточная чувствительность при КЗ в разветвленных (с большим числом параллельных линий) сильно загруженных сетях. Повышение чувствительности и улучшение отстройки от токов нагрузки достигаются применением пуска защит от реле минимального напряжения (рис. 7.8). Из схемы видно, что защита может действовать только при срабатывании реле KV, уставка которого выбирается ниже минимально возможного уровня рабочего напряжения. При КЗ напряжение в сети существенно понижается, реле напряжения срабатывает, предоставляя возможность токовому органу защиты действовать на отключение.
Ток срабатывания токовых реле КА выбирается по значению длительного тока нагрузки нормального режима, в результате чего чувствительность защиты при КЗ резко повышается. При кратковременных перегрузках линий токовые реле могут замыкать свои контакты, что, однако, не приводит к срабатыванию защиты на отключение: этому препятствуют реле минимального напряжения, контакты которых в нормальном рабочем режиме разомкнуты.

Рис. 7.4. Участки схемы, отключаемые при КЗ: К1-К4 - точки КЗ. Выключатели, отключившиеся при КЗ, зачернены

Рис. 7.5. Применение максимальных токовых защит в сети с односторонним питанием

Рис. 7.6. Зона действия отсечки на линии с односторонним питанием

Наличие напряжения на зажимах реле минимального напряжения постоянно контролируется специальным устройством (на рис. 7.8 не показано), подающим сигнал и выводящим защиту из действия при обрывах и повреждениях вторичных цепей трансформаторов напряжения.

Рис. 7.7. Принципиальная схема максимальной направленной защиты линии:
КA - токовое реле (пусковой орган); KW - реле мощности (орган направления мощности КЗ); КТ - реле времени (орган выдержки времени)

[ http://leg.co.ua/knigi/raznoe/obsluzhivanie-ustroystv-releynoy-zaschity-i-avtomatiki-2.html]

Тематики

• релейная защита

EN

• voltage controlled overcurrent relay