Направленные токовые защиты: назначение, принцип действия и последовательность
Направленные токовые защиты играют важнейшую роль в обеспечении надежности и безопасности электрических сетей. Они позволяют быстро и селективно отключать поврежденные участки, не нарушая работу остальной части сети. Давайте подробно разберем их назначение, принцип действия и последовательность работы.
Общая характеристика направленных токовых защит
Направленные токовые защиты - это разновидность максимальных токовых защит, которые кроме величины тока учитывают и его направление. Они подразделяются на:
- Направленные максимальные токовые защиты
- Направленные токовые отсечки
- Направленные защиты нулевой последовательности
Главное преимущество направленных защит в том, что они обеспечивают селективное отключение поврежденных участков в сетях как с односторонним, так и с двусторонним питанием. В отличие от простых токовых защит, направленные защиты не срабатывают при прохождении по защищаемому элементу больших токов в сторону, противоположную их направленности.
Направленные токовые защиты применяются на линиях электропередачи и распределительных устройствах напряжением 0,4-220 кВ. Они могут использоваться как основные или резервные защиты в зависимости от особенностей сети.
Принцип действия направленных токовых защит
Направленные токовые защиты состоят из двух основных элементов:
- Измерительного органа тока
- Органа направления мощности
Измерительный орган тока реагирует на превышение заданной уставки и пускает защиту. Орган направления мощности анализирует соотношение между током и напряжением и определяет направление мощности. Только при совпадении направления мощности с заданным при настройке, защита в целом разрешает отключение.
Для органа направления мощности используют реле мощности или фазочувствительные реле. В цифровых защитах это реализуется программно.
Направленные защиты выполняют по одной из следующих схем:
- С независимой выдержкой времени
- С зависимой выдержкой времени
- С характеристикой срабатывания, зависящей от тока
Каждая схема имеет свои преимущества и недостатки.
Последовательность работы направленных токовых защит
Рассмотрим последовательность работы трехступенчатой направленной максимальной токовой защиты.
Первая ступень защиты
Первая ступень чаще всего выполняется в виде токовой отсечки без выдержки времени. Ее задача - мгновенно отключить близкие короткие замыкания. Ток срабатывания выбирается из условия отстройки от максимальных токов нагрузки и самозапуска двигателей.
Вторая ступень защиты
Вторая ступень имеет выдержку времени около 0,5 с. Она должна срабатывать при КЗ в конце зоны действия первой ступени. Ток срабатывания выбирается с учетом коэффициентов токораспределения.
Третья ступень защиты
Третья ступень - полноценная направленная максимальная токовая защита. Она охватывает всю защищаемую линию и действует с выдержкой времени до 1-2 с. Ток и время срабатывания выбираются по условиям селективности.
При наличии нескольких источников питания последовательность работы направленных защит усложняется. Необходимо учитывать направления мощности в различных возможных режимах.
Выбор параметров срабатывания направленных защит
Правильный выбор параметров срабатывания - залог надежной и селективной работы направленных токовых защит. Рассмотрим основные принципы выбора этих параметров.
Выбор тока срабатывания
Ток срабатывания направленной защиты выбирают из условий:
- Отстройки от максимальных токов нагрузки
- Надежного действия при КЗ в конце защищаемой зоны
- Несрабатывания при замыканиях на землю (для защит нулевой последовательности)
При этом берется наибольшее из полученных значений тока.
Выбор выдержки времени
Для обеспечения селективности выдержка времени направленных защит должна увеличиваться при приближении к источнику питания. На ответвлениях от магистрали применяется ступенчатый принцип нарастания времени.
В кольцевых сетях и сетях с несколькими источниками питания используется встречно-ступенчатый принцип выбора выдержек времени направленных защит.
Такой подход обеспечивает селективное действие защиты при различных вариантах повреждений.
Обеспечение селективности
Для обеспечения селективности направленных защит необходимо учитывать величину тока срабатывания и выдержки времени на всех присоединениях, влияющих на работу рассматриваемой защиты.
Учет особенностей сети
При выборе параметров срабатывания следует анализировать все возможные режимы работы сети и направления мощности в них. Это позволит избежать излишних срабатываний и обеспечит надежную защиту.
Таким образом, выбор параметров направленных защит - комплексный процесс, требующий учета многих факторов.
Направленные защиты нулевой последовательности
Направленные защиты нулевой последовательности предназначены для обнаружения и отключения однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной или компенсированной нейтралью. В отличие от обычных защит нулевой последовательности, направленные защиты учитывают направление мощности нулевой последовательности и благодаря этому действуют селективно.
Такие защиты применяются в сетях 6-35 кВ с компенсированной нейтралью, где необходимо отключать даже однофазные замыкания на землю. Направленность обеспечивается с помощью реле сопротивления или реактанса нулевой последовательности.
При выборе параметров срабатывания направленных защит нулевой последовательности особое внимание уделяют отстройке от низкоомных замыканий на землю, при которых направление мощности может измениться.
Направленные защиты шин
Направленные защиты шин предназначены для селективного отключения коротких замыканий в распределительных устройствах. Они реагируют на токи и направление мощности таким образом, чтобы отключить только поврежденный участок или присоединение.
Существует несколько вариантов структурных схем направленных защит шин:
- С применением отдельных измерительных органов для каждого присоединения
- С общим измерительным органом и индивидуальными органами направления мощности
- Комбинированная схема
Главная сложность при настройке таких защит - учет взаимного влияния присоединений и обеспечение устойчивой работы при больших сквозных токах КЗ.
Микропроцессорные направленные защиты
Современные микропроцессорные защиты обладают целым рядом преимуществ по сравнению с традиционными электромеханическими и микроэлектронными:
- Высокая точность измерений и скорость обработки данных
- Широкие функциональные возможности
- Регистрация аварийных событий и осциллограмм
- Удобство настройки и проверки
Микропроцессорные направленные защиты позволяют реализовывать сложные алгоритмы отключения, учитывающие многочисленные параметры режима. Однако требуют осторожности при настройке, вводе в работу и комплексной проверке.
Практические рекомендации по применению направленных защит
Для успешного применения направленных токовых защит можно дать следующие практические рекомендации:
- Тщательно проанализировать особенности схемы сети и возможные режимы
- Определить оптимальный вид и места установки направленных защит
- Правильно выбрать параметры срабатывания на всех ступенях
- Провести имитационное моделирование для проверки селективности
- Периодически контролировать состояние измерительных цепей напряжения
Грамотное применение направленных защит позволяет существенно повысить надежность электроснабжения, поэтому они должны найти еще более широкое использование в будущем.