Руководство по защитам Компания Schneider Electric приступила к выпуску Технической коллекции Schneider Electric
 Скачать 1.9 Mb.
|
|
Недостатки Данная схема предполагает передачу логических сигналов между различными ступенями защиты, а, следовательно, для ее реализации требуются дополнительные цепи. В результате создается большая нагрузка, особенно, если используется удаленная защита, например, в длинных линиях (протяженностью в сотни метров). При этом можно избежать этой трудности, используя комбинированную защиту: применять логическую селективность на ближних распределительных щитах и временную селективность между удаленными зонами (см. раздел "Сочетание логической и временной селективности"). Применение Данная функция часто используется для организации защиты сетей среднего напряжения с радиальным распределением и многими порогами селективности. DE 552 47 Рис. 1. Принцип логической селективности DE 5524 8 Рис. 2. Принцип работы схемы логической селективности 51 Команда логического ожидания 51 51 51 Межфазное замыкание inst. TB IsA IsB inst. TA B A Команда логического ожидания TB + T3 (аварийный режим) 32 Schneider Electric Выпуск № 1 Селективность Селективность с помощью направленной защиты 0 Алгоритм работы В замкнутой сети, где ток повреждения идет по двум направлениям, необходимо использовать защиту, чувствительную к направлению тока короткого замыкания, чтобы по методу селективности локализовать и устранить повреждение. Эту функцию выполняет максимальная направленная токовая защита. Работа Порядок срабатывания защиты различается в зависимости от направления тока (рис. 1 и 2), то есть в соответствии со смещением по фазе тока относительно опорной точки, заданной вектором напряжения.Таким образом, на реле должны одновременно поступать данные о значении тока и напряжения. Условия работы, в частности, расположение зон отключения и не отключения должны быть адаптированы к защищаемой сети (рис. 3). Пример использования направленной защиты (рис. 4): В случае возникновения короткого замыкания в точке 1 только защита D1 определяет повреждение. Защита D2 не обнаруживает этого повреждения в силу того, что у этой защиты другое направление срабатывания. Выключатель D1 производит отключение. В случае возникновения короткого замыкания в точке 2 обе защиты ничего не обнаруживают и выключатели D1 и D2 не отключаются. Для сборных шин должны быть предусмотрены другие защиты. Преимущества Данное решение простое и используется во многих случаях. Недостатки Для организации данной схемы требуются трансформаторы напряжения, чтобы получить опорную фазу для определения направления тока. Применение Данная функция используется для защиты параллельных вводов, замкнутых сетей или, в некоторых случаях, для защиты от замыканий на землю. DE 552 49 Принцип направленной защиты Рис. 1. Защита активна DE 5 52 50 Принцип направленной защиты Рис. 2. Защита не активна DE 55 25 1 Принцип направленной защиты Рис. 3. Определение направления тока Кабель 67 Is, T Опорн. I Сборные шины Кабель Сборные шины 67 Is, T Опорн. I Vr éf Зона отключения Зона неотключения I сборные шины V кабель I кабель V сборные шины DE 552 52 Направленная защита Рис. 4. Пример с двумя параллельными вводами Кабель D1 D2 67 Опорн. Сборные шины Кабель 67 2 1 Выпуск № 1 Schneider Electric 33 Селективность Селективность с помощью дифференциальной защиты 0 Алгоритм работы Данная защита основана на сравнении значений токов на двух концах защищаемого участка сети (рис. 1). Работа Любое расхождение по амплитуде и фазе между этими значениями токов означает наличие повреждения: защита срабатывает только при внутренних повреждениях в защищаемой зоне и не чувствительна к внешним повреждениям. В организации защиты использован принцип селективности. Мгновенное отключение производится при IA?Id ≠ 0. Работа защиты возможна при условии использования трансформаторов тока с особыми характеристиками, когда защита становится неактивной в отношении других явлений и состояний. Устойчивость дифференциальной защиты обусловлена тем, что в случае отсутствия внутренних повреждений в защищаемой зоне защита остается нечувствительной, даже если имеется дифференциальный ток: b намагничивающий ток трансформатора; b емкостный ток линии; b ток ошибки, вызванный насыщением датчиков тока. Существуют два основных алгоритма работы защиты в зависимости от способа обеспечения устойчивости: b дифференциальная защита при большом полном сопротивлении: реле последовательно соединяется со стабилизирующим сопротивлением Rs в дифференциальной схеме (рис. 2 и 3); b дифференциальная защита с использованием процентной характеристики: реле подсоединяется независимо от цепей токов IA и IВ. Разность значений токов IA?IВ анализируется защитой, и устойчивость защиты обеспечивается путем подавления гармоник, соответствующего значению сквозного тока (рис. 4 и 5). Преимущества b Срабатывание защиты при значениях тока повреждения меньше номинального тока защищаемого участка сети. b Мгновенное отключение в защищаемой зоне. Недостатки b Значительная стоимость затрат на организацию такой защиты. b Тонкость и сложность использования. b Необходимость оборудования аварийной максимальной токовой защиты. Сравнение двух алгоритмов работы b Дифференциальная защита при большом полном сопротивлении: v для трансформаторов тока со стороны источника питания и со стороны потребителя должны быть установлены одинаковые значения токов (на первичной и вторичной обмотках); v необходимо рассчитать стабилизирующее напряжение, чтобы избежать отключения по внешнему повреждению при насыщении ТТ и чтобы ТТ пропускал ток на реле; v относительно простое реле, но для него необходимо использовать Rs. b Дифференциальная защита с процентной характеристикой: v защита должна быть адаптирована к типу защищаемого оборудования; v несколько более сложное по конструкции реле, но простое в использовании. Применение Данная функция используется для защиты всех основных элементов сети, имеющих большую мощность: двигателей, генераторов, трансформаторов, сборных шин, кабелей, линий. DE 552 53 Рис. 1. Принцип дифференциальной защиты 87 IA B A IB Защи? щаемая зона DE 5525 4 DE 55256 Рис. 2. Схема дифференциальной защиты с использованием большого полного сопротивления Рис. 3. Устойчивость за счет сопротивления DE 5525 5 DE 5525 7 Рис. 4. Схема дифференциальной защиты с использованием процентной характеристики Рис. 5. Устойчивость за счет подавления гармоник ∆I Rs IA IB Защи? щаемая зона Постоянная уставка Дифференциальный ток Сквозной ток Is IA IB Защи? щаемая зона ∆I/I Постоянная уставка % It Дифференциальный ток Сквозной ток Is 34 Schneider Electric Выпуск № 1 Селективность Комбинированная селективность 0 Смешанная селективность достигается комбинацией элементарных функций селективности и создает дополнительные преимущества при использовании простой селективности: b общая селективность; b резервирование или аварийный режим. Имеются несколько вариантов практического использования комбинированной селективности: b селективность по току + временная селективность; b логическая селективность + временная селективность; b временная селективность + селективность направленной защиты; b логическая селективность + селективность направленной защиты; b селективность направленной защиты + временная селективность. Селективность по току + временная селективность На примере показано, что одновременно осуществляется: b селективность по току между А1 и В; b временная селективность между А2 и В. Таким образом, достигается общая селективность и защита по А обеспечивает аварийное резервирование для защиты по В.. Логическая селективность + резервная временная селективность На примере показано, что одновременно осуществляется: b логическая селективность между А1 и В; b временная селективность между А2 и В. Таким образом, защита А2 обеспечивает аварийное резервирование для защиты А1, в случае если последняя выведена из строя вследствие сбоя в приеме сигнала логического ожидания (постоянная выдача команды ожидания). Смешанная селективность, логическая селективность + временная селективность На примере показано, что одновременно осуществляется: b логическая селективность щита (А и В, с одной стороны, С и D, с другой стороны); b временная селективность между обоими щитами – В и D при ТВ = ТD + ∆T. Нет необходимости устанавливать линию передачи логических сигналов между двумя удаленными щитами. Выдержка времени отключения снижается по сравнению с вариантом использования простой временной селективности (рис. 3); b кроме того, следует предусмотреть аварийную временную селективность защиты по А и С (см. пункт раздела выше). DE 55 25 8 Рис. 1. Селективность по току + временная селективность IsA1, TA1 51 IsA2, TA2 IsB, TB B A Защи? щаемая зона 51 51 DE 552 59 t I B A IccB IccA IsB IsA2 ∆T IsA1 TA2 TB TA1 DE 5 52 60 Рис. 2. Логическая селективность + временная аварийная селективность IsA, TA2 IsA, TA1 B A IsB 51 51 T=0 TB DE 5526 1 t I TA2 TB TA1 B A IscB IscA IsB IsA ∆T DE 552 62 Рис. 3. Сравнение значений времени отключения при смешанной селективности и при временной селективности A 51 Временная селективность Смешанная селективность C B D 51 51 51 0,1 c 0,7 c 0,1 c 0,4 c 1,3 c 1,0 c 0,7 c 0,4 c Выпуск № 1 Schneider Electric 35 Селективность Комбинированная селективность 0 Временная селективность + селективность направленной защиты Устройства D1 и D2 имеют направленную защиту с низкой выдержкой времени. Устройства Н1 и Н2 имеют максимальную токовую защиту с выдержкой времени. В случае возникновения короткого замыкания в точке 1 только защиты по D1 (направленная защита), Н1 и Н2 обнаруживают повреждение. Защита по D2 не реагирует, поскольку имеет другое направление срабатывания. Устройство D1 отключается. Защита по Н2 возвращается, Н1 размыкается и, таким образом, поврежденный участок Н1?D1 изолируется. TH1 = TH2 TD1 = TD2 TH = TD + ∆T Логическая селективность + селективность направленной защиты На примере показано, что направление команд логического ожидания зависит от направления тока. Этот принцип используется при соединении двух систем сборных шин и в замкнутых сетях. В случае повреждения со стороны D2: b производится отключение по D2 и В; b D1 блокируется В (выдается сигнал логического ожидания AL). В случае повреждения со стороны D1: b производится отключение по D1 и В; b D2 блокируется В (выдается сигнал логического ожидания AL). Селективность дифференциальной защиты + временная селективность На примере показано, что одновременно осуществляются: b мгновенная дифференциальная защита; b фазная токовая защита или защита от замыканий на землю по А, используемая как резервная функция для дифференциальной защиты; b токовая защита по В для защиты зоны со стороны потребителя; b временная селективность между защитами по А и В при ТА = ТВ + ∆Т. Таким образом, обеспечивается резервирование дифференциальной защиты, но для этого иногда требуются трансформаторы тока с двумя релейными кернами. Примечание: вместо временной селективности может использоваться логическая селективность. DE 552 63 Рис. 1. Временная селективность + селективность направленной защиты D1 D2 67 H1 H2 67 51 1 51 DE 5526 4 Рис. 2. Логическая селективность + селективность направленной защиты D1 D2 B B 51 AL AL 67 Опорн. Опорн. D1 D2 51 51 51 67 DE 55 26 5 Рис. 3. Селективность направленной защиты + временная селективность 87 B A Защи? щаемая зона 51 IsA, TA 51 IsB, TB 36 Schneider Electric Выпуск № 1 Защита сетей Сеть с одним вводом 0 Защиты сетей должны обеспечивать: b обнаружение повреждений; b отключение поврежденных участков сети при сохранении нормального режима работы на неповрежденных участках. Выбор защит осуществляется в соответствии с конфигурацией сети (параллельная работа генераторов или трансформаторов, замкнутая или радиальная сеть, режим заземления нейтрали и т.д.). Помимо этого предусматриваются: b защиты от межфазных замыканий; b защиты от замыканий на землю, связанные с режимом заземления нейтрали сети. В данном разделе последовательно представлены варианты защиты сети с одним вводом, сети с двумя вводами и сетей по схеме разомкнутой или замкнутой петли. Межфазные замыкания (рис. 1) Ввод и отходящие линии имеют максимальную токовую защиту в фазах (ANSI 51). Для выбора между защитой ввода А и защитами отходящих линий D используется временная селективность. Защита на уровне D обнаруживает замыкание 1 на отходящей линии и производит отключение выключателем D с выдержкой времени ТD. Защита на уровне А обнаруживает замыкания 2 на сборных шинах и производит отключение с выдержкой времени ТА. Эта защита срабатывает также как аварийная в случае отказа защиты D. Выбирают: IsA ≥ IsD и ТА ≥ ТD + ∆Т, где: ∆Т – ступень селективности (обычно 0,3 с). Должна осуществляться селективность между защитой по D и защитами, расположенными со стороны потребителя: если требуемая выдержка времени защиты А слишком большая, необходимо использовать логическую или комбинированную селективность (логическая селективность + временная селективность). Замыкания фазы на землю Нейтраль, заземленная через активное сопротивление на уровне трансформатора (рис. 2) Отходящие линии, ввод, а также заземление нейтрали – каждое из устройств – имеют максимальную токовую защиту от замыканий на землю (ANSI 51G). Используется временная селективность между различными защитами. Эти защиты обязательно отличаются от защит против межфазных замыканий, поскольку порядок величин токов повреждения другой. Защиты отходящих линий селективно регулируются по отношению к защите ввода, а эта защита, в свою очередь, регулируется с помощью селективности по отношению защите заземления (соблюдение ступеней селективности). Ток повреждения течет в емкостях неповрежденных отходящих линий и в сопротивлении заземления. Все датчики неповрежденных отходящих линий определяют емкостный ток. Во избежание несвоевременного отключения защита каждой отходящей линии имеет уставку больше собственного емкостного тока отходящей линии: b замыкание в точке 3 : выключатель D1 отключается связанной с ним защитой; замыкание в точке 4 : выключатель А отключается защитой ввода; замыкание в точке 5 : защита, расположенная на заземлении нейтрали, производит отключение выключателя Н на первичной обмотке трансформатора. Должна осуществляться селективность между защитой по D и защитами, расположенными со стороны потребителя: если требуемая выдержка времени защиты А слишком большая, необходимо использовать логическую селективность. Защита заземления нейтрали по Н срабатывает как аварийная в случае отказа защиты ввода по А. Защита ввода по А срабатывает как аварийная в случае отказа защиты отходящей линии по D. DE 5523 0 DE 552 31 Рис. 1. Защита от межфазного замыкания Рис. 2. Защита от замыкания фазы на землю (заземленная через активное сопротивление нейтраль трансформатора) 51 IsA, TA A D 1 2 51 IsD, TD D t I TA TD A IsD IsA ∆T A H D3 51G 51G 51G 51G 51G D2 D1 D t I TH TA TD Ток сопротивления Емкостный ток A H IsD IsA IsH I повреждения 4 5 3 DT DT Выпуск № 1 Schneider Electric 37 Защита сетей Сеть с одним вводом 0 Замыкания фазы на землю (продолжение) Нейтраль, заземленная через активное сопротивление на уровне сборных шин (рис. 1) Заземление через активное сопротивление осуществляется с помощью генератора постоянного тока. Отходящие линии, ввод и генератор постоянного тока – каждое из устройств имеет максимальную токовую защиту от замыканий на землю (ANSI 51G). Используется временная селективность между различными защитами. Защиты отходящих линий и защита ввода селективно регулируются по отношению к защите полного сопротивления заземления. Так же, как и в предыдущем случае, регулировка защиты каждой отходящей линии выполнена с уставкой больше значения собственного емкостного тока отходящей линии. В случае замыкания на отходящей линии 1 отключается только выключатель отходящей линии D1. В случае замыкания на сборных шинах 2 только защита заземления обнаруживает повреждение. Защита производит отключение выключателем А. Наконец, в случае замыкания во вторичной обмотке трансформатора 3 защита ввода обнаруживает повреждение. Защита производит отключение выключателем Н. Примечание: при отключенном выключателе А вторичная обмотка трансформатора имеет изолированную нейтраль; может потребоваться защита нейтрали путем ее смещения (ANSI 59N). Защита на генераторе постоянного тока срабатывает как аварийная в случае отказа защиты А ввода или защиты D отходящей линии. Если не представляется возможным проверить условие Isd > 1,3 Ic для отходящей линии, с помощью максимальной направленной токовой защиты от замыканий на землю можно различить ток повреждения и емкостный ток. Нейтраль, заземленная через реактивное сопротивление Применяются те же методы защиты, как и в случае с заземлением через активное сопротивление на уровне трансформатора или сборных шин. |