16.3. Токовые защиты

Наиболее простой защитой является максимальная токовая защита (МТЗ). МТЗ отличает режим КЗ от рабочего режима по значению тока, проходящего в защищаемом объекте, а селективность защиты обеспечивается выбором времени её срабатывания. Максимальная токовая защита получила широкое распространение в радиальных электрических сетях с односторонним питанием напряжением до 110 кВ (рис. 16.2).

Трансформаторы тока (TA1,TA2,TA3), к которым подключены токовые измерительные органы защиты, установлены в начале защищаемой линии. При коротком замыкании в точке К ток КЗ проходит по линиям АБ, БВ и ВГ, что приводит к срабатыванию токовых измерительных органов защит. Для обеспечения отключения только повреждённой линии на последовательно расположенных защитах устанавливается время срабатывания защиты, возрастающее по мере приближения к источнику питания, т.е. t_сз1 >t_сз2 >t_сз3 >t_сз4 . Таким образом, при КЗ в точке К (рис. 16.2) сработает РЗ линии ВГ и отключит выключатель Q3.
Время срабатывания защит смежных участков сети отличается на ступень селективности Δ t (0,3 - 1с), учитывающую с некоторым запасом время отключения выключателя, т.е. t_сз3=t_сз4 +Δ t; t_сз2=t_сз3+ Δ t ; t_сз1=t_сз2+ Δ t .
Чувствительность защиты оценивается коэффициентом чувствительности (k_ч ) равным отношению минимального тока КЗ к току срабатывания защиты. Коэффициент чувствительности определяется при КЗ в конце защищаемой линии. Считается, что защита обладает достаточной чувствительностью, если k_ч ≥ 2. Максимальная токовая защита, как правило, имеет хорошую чувствительность; её недостатком является относительно большое время срабатывания.
Токовая отсечка, как и максимальная токовая защита, реагирует на увеличение тока в защищаемом объекте. Однако селективность токовой отсечки обеспечивается не выбором времени срабатывания защиты, а выбором тока срабатывания. Ток срабатывания токовой отсечки отстраивается от максимального значения тока внешнего короткого замыкания. На рис. 16.3 изображена зависимость тока короткого замыкания I_k от удалённости точки короткого замыкания К1 от шин питающей энергосистемы А (кривая спадания тока КЗ).

Токи срабатывания токовых отсечек линий АБ и БВ отстраиваются от токов КЗ на шинах приёмных подстанций. Чувствительность токовой отсечки оценивается длиной защищаемого участка линии, при коротком замыкании, на котором I_кз>I_сз , т.е. токовая отсечка защищает не всю длину линии.
Таким образом, достоинства и недостатки токовой отсечки и максимальной токовой защиты противоположны. Токовая отсечка не имеет выдержки времени, но не чувствительна к коротким замыканиям в конце линии, а максимальная токовая защита обладает хорошей чувствительностью, но имеет значительное время срабатывания. Поэтому их целесообразно использовать совместно.
Токовая направленная защита. В радиальной сети с несколькими источниками питания, а также в кольцевой сети с одним источником питания, максимальная токовая защита не может быть использована, так как обеспечить селективность этой защиты путём выбора времени срабатывания оказывается невозможным. При коротком замыкании на линии БВ (точка К1 на рис.16.4) время срабатывания защиты 2 должно быть больше времени срабатывания защиты 3, а при коротком замыкании на линии АБ (точка К2) для селективного отключения поврежденного объекта защита 2 должна срабатывать раньше защиты 3. Максимальная токовая защита в такой сети может быть селективной только при наличии, кроме измерительного органа тока, органа направления мощности, который разрешает защите срабатывать только при направлении мощности короткого замыкания от шин в линию (стрелки на рис. 16.4).

Наличие органа направления мощности подразделяет защиты сети на две группы - нечётную (1, 3, 5) и чётную (2, 4, 6). Селективность защиты будет обеспечена, если t_сз1 >t_сз3 >t_сз5 и t_сз6 >t_сз4 >t_сз2 .