Ступень селективности что это такое

	РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА СЕТЕЙ. СТУПЕНИ СЕЛЕКТИВНОСТИ ПО ВРЕМЕНИ Дискуссионные публикации «Микропроцессорные реле защиты. Новые перспективы или новые проблемы?» («Новости ЭлектроТехники» № 6(36) 2005, № 1(37) 2006, № 2(38) 2006) вызвали заметный резонанс в профессиональной среде. Примечательно, что в обсуждение современных проблем РЗА включились не только разработчики и производители этой техники, но и представители эксплуатации. В частности, по поводу такого качества микропроцессорных релейных защит, как снижение ступени селективности с 0,5 до 0,2 с, инженер ЭТЛ Вологодской ТЭЦ Виктор Леонидович Капченко замечает: «В технической литературе встречается даже цифра 0,15 с. Существуют ли нормативные документы по этому поводу? Как быть, если используются масляные выключатели с «тяжелым» приводом?» Внести ясность мы попросили Алексея Юрьевича Емельянцева. Алексей Емельянцев, главный специалист по РЗА, спецуправление «Леноргэнергогаз», г. Санкт-Петербург Снижение ступени селективности Применение микропроцессорных релейных защит подразумевает снижение ступеней селективности, однако нормативных документов, регламентирующих этот вопрос, не существует. Встречаются рекомендации о снижении ступени до 0,2 с и ниже, время срабатывания устройств резервирования при отказе выключателей (УРОВ) предлагается снижать до 0,15 с и ниже (аналогичные предложения высказывались после появления реле на полупроводниковой элементной базе). На рис. 1 показана ступень селективности D t между согласуемыми защитами А и Б, которая складывается из следующих составляющих: время отключения выключателя Б; суммарная положительная погрешность защиты Б и отрицательная погрешность защиты А; время инерции (возврата) защиты Б; время запаса. Время запаса Согласно [1] время запаса принимается равным 0,1 с. Время инерции Для защит на электромеханической элементной базе это время в большинстве случаев не превышает 30–40 мс. Оно складывается из времени возврата пускового (токового) реле (10–20 мс) и времени инерции реле времени. При наличии у реле времени искрогасительного контура в виде диодов время инерции достигает 0,18 с. Для микропроцессорных защит время инерции складывается из времени возврата пускового органа (определяется качеством фильтрации входных аналоговых сигналов и составляет 40 мс и более) и времени инерции быстродействующего выходного реле. Таким образом, время инерции у микропроцессорных и электромеханических защит оказывается соизмеримым и составляет для микропроцессорных защит 40–60 мс. Рис. 1. Ступень селективности между согласуемыми защитами А и Б Время отключения выключателя Этот показатель не зависит от типа применяемой защиты. Ниже приведены периоды отключения некоторых типов вакуумных выключателей 10 кВ: BB/TEL производства «Таврида Электрик» полное время отключения по паспортным данным составляет 25 мс; ВБЭ производства «Контакт» (г. Саратов) – 30–40 мс в зависимости от номинального тока отключения; ВВТЭ-М (г. Минусинск) – 40 мс. Время отключения распространенного масляного выключателя типа ВМПЭ – 120 мс (фактическое время отключения – 0,1 с). Таким образом, замена масляного выключателя ПС Б на вакуумный уменьшает ступень селективности примерно на 70 мс. Суммарная погрешность Суммарная отрицательная погрешность защиты А и положительная погрешность защиты Б складываются из основной погрешности (1/2 разброса) каждой защиты и дополнительных погрешностей, вызванных изменением температуры, напряжения оперативного питания, неточностью измерительных приборов (секундомеров) и др. Учитывая, что величины перечисленных составляющих носят случайный характер, в особенности это касается разбросов защит, для электромеханических реле принято считать полную погрешность как среднеквадратичную (т.е. квадратный корень из суммы квадратов составляющих). Из математики известно, что при нормальном законе распределения для составляющих вероятность превышения реальной полной погрешности над рассчитанной погрешностью практически равна нулю. Для примера рассчитаем суммарную погрешность в случае, если защиты А и Б выполнены на электромеханических реле типов РТ-40 и РСВ-13. По данным ОАО «ЧЭАЗ», для реле РСВ-13 основная погрешность при максимальной уставке диапазона 9,9 с рассчитывается по формуле: Таким образом, при Туставки = 1 с основная погрешность составляет 64,5 мс. Дополнительная погрешность от температуры вычисляется по формуле 0,03 • d • D Т, где D Т – отклонение температуры от 20 O С (данные ОАО «ЧЭАЗ»). При D Т = 40 O С дополнительная погрешность от температуры будет 77 мс (больше основной погрешности). Дополнительная погрешность от напряжения питания вычисляется по формуле 0,7 • d и составляет 45 мс. Суммарная погрешность защит А и Б, учитывающая указанные составляющие полной погрешности, будет около 0,14 с. В случае применения реле времени серии ВР-100 указанная погрешность возрастет до 0,2 с. Приведенные значения ориентировочны, поскольку в них не учтены некоторые дополнительные погрешности, например от применяемых средств измерения. Секундомер типа ПВ-53Щ, применяемый в проверочных устройствах типа У5053, имеет погрешность 30 мс при частоте питающего напряжения 50 Гц, что больше чем основная погрешность у микропроцессорных защит! Заметную часть в D t составляет температурная погрешность. В расчете предполагалось, что одно реле работает при +20 O С (т.е. не имеет температурной погрешности), другое – при –20 O С. В заводской документации сказано: «При изменении температуры окружающего воздуха от –20 O С до +40 O С происходит отклонение выдержек времени на 20%, разброс увеличивается на 50%». Величина времени срабатывания защиты в большей степени влияет на D t, чем диапазон (шкала) реле. У микропроцессорных реле основная погрешность (при применении независимых характеристик максимальной токовой защиты (МТЗ) составляет 1–4%. Данные о дополнительных погрешностях в информации фирм-изготовителей часто отсутствуют, однако примем следующие исходные данные (из документации на терминал SIPROTEC фирмы Siemens): основная погрешность – 1%; дополнительная погрешность от изменения напряжения питания – 1%; дополнительная погрешность от изменения температуры – 0,5% на каждые 10 градусов; дополнительная погрешность от изменения частоты – 1%. Другие дополнительные погрешности учитывать не будем (например, в некоторых защитах время срабатывания учитывает время работы выходного реле, в других не учитывает). Суммарная погрешность защит А и Б при этих данных составляет: что значительно ниже, чем у электромеханических реле (для большинства микропроцессорных защит погрешность будет больше). При Туставки = 1 с выигрыш составляет около 0,1 с. Именно на такую величину можно снизить ступень селективности D t. Согласование защит Ступень селективности при согласовании двух микропроцессорных защит при использовании вакуумных выключателей (время отключения выключателя – 50 мс; время инерции защиты – 50 мс; суммарная погрешность защит А и Б – 50 мс; время запаса – 100 мс) будет составлять 250 мс. Приведенные расчеты приблизительны, так как не учтен ряд факторов, влияющих на увеличение D t как для электромеханических, так и для микропроцессорных защит. Подробно этот вопрос должен решаться с учетом опыта эксплуатации. Зависимые характеристики многих микропроцессорных устройств выполнены в соответствии с британским стандартом BS 142 и стандартом МЭК 255. Согласно BS 142 рабочий диапазон токов для большинства характеристик определяется в пределах 2–20 крат от уставки. Многие устройства гарантированно пускаются не при Iс.з., а при несколько большем значении тока (SPAC-800 – при 1,3•Iс.з., БМРЗ – при 1,1•Iс.з.). При этом защиты, особенно в начальной части характеристики, имеют основную погрешность 10% и более. При применении зависимых характеристик МТЗ ступень селективности будет значительно больше 0,3 с. Не была учтена токовая погрешность трансформаторов тока (ТТ) и возможность искажения формы кривой вторичного тока при больших кратностях тока КЗ, которая сказывается на точности замера по току. Можно считать, что при правильно выбранных ТТ и вторичной схемы цепей ТТ из-за малого сопротивления микропроцессорных защит токовая погрешность практически отсутствует, а форма у вторичного тока синусоидальная. При этом при больших кратностях тока (10%-ная токовая погрешность вычисляется при КЗ в конце зоны действия защиты при меньших токах) погрешность в замере тока из-за искаженной формы вторичного тока не имеет значения для МТЗ с независимой характеристикой (хотя имеется незначительная зависимость времени срабатывания от кратности тока КЗ). При согласовании микропроцессорных защит с зависимыми характеристиками необходимо учитывать погрешность в замере тока (обычно не превышает 3%). Если ТТ работают с большой погрешностью, т.е. вторичные токи имеют несинусоидальный характер, необходимо учитывать, что большинство микропроцессорных защит реагируют на амплитудное значение тока, а, например, РТ-40 – на действующее. Уставки микропроцессорных защит с зависимыми характеристиками можно выбирать по известным методикам, применяемым для защит на электромеханической и микроэлектронной базе, но требуется иметь в виду особенности, отмеченные выше. Выводы 1. Ступень селективности по времени между согласуемыми микропроцессорными защитами не может быть менее 0,25 с, а при применении масляных выключателей – менее 0,3 с. Время УРОВ при этом составит 0,2–0,25 с. 2. Из приведенных примеров следует, что существенного снижения ступени селективности по времени можно достичь при согласовании микропроцессорных защит между собой. 3. Применение МТЗ с зависимой характеристикой может привести к увеличению Dt до 0,5 с и более. Литература 1. Документ 4.3 // Cборник распорядительных материалов по эксплуатации энергосистем. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: СПО ОРГРЭС, 2002.

© ЗАО «Новости Электротехники»
Использование материалов сайта возможно только с письменного разрешения редакции
При цитировании материалов гиперссылка на сайт с указанием автора обязательна

Источник

Что такое селективность защит в электроустановках

При эксплуатации и проектировании электрической схемы всегда уделяется внимание вопросам ее безопасного использования. С этой целью все электрические приборы защищаются специальными устройствами, которые подбирают и располагают строго по определенной, иерархической зависимости.

Например, когда мобильный телефон стоит на зарядке, то ее протекание контролирует встроенная в аккумулятор защита. Она отключает зарядный ток по окончании набора емкости. Когда же внутри АКБ возникнет короткое замыкание, то установленный в зарядное устройство предохранитель перегорает и обесточивает схему.

Если это по каким-либо причинам не произойдет, то возникшую неисправность в розетке контролирует автоматический выключатель квартирного щитка, а его работу страхует главный автомат. Эту последовательность поочередного срабатывания защит можно рассматривать и дальше.

Ее закономерности определяются принципом селективности, который еще называют избирательностью , подчеркивая функцию выбора или определения места возникновения повреждения, которое необходимо отключить.

Методы избирательности электрических защит формируется во время создания проекта и поддерживается при эксплуатации таким образом, чтобы своевременно выявить место возникновения неисправности в электрооборудовании и отделить его от действующей схемы с наименьшими потерями для нее.

При этом зону обхвата защит по селективности подразделяют на:

Первый тип защиты полностью контролирует свой рабочий участок и устраняет повреждения только в нем. По этой закономерности работают встроенные в электроприборы предохранители.

Устройства, созданные по относительному принципу, выполняют больше функций. Они отключают неисправности внутри своей зоны и соседних, но когда в них не отработали защиты абсолютного типа.

Качественно настроенная защита определяет:

1. место и вид повреждения;

2. отличие ненормального, но допустимого режима от ситуации, способной нанести весьма серьезные повреждения оборудованию электроустановки внутри контролируемой зоны.

Устройства, настроенные только по первому действию, работают обычно в неответственных сетях до 1000 вольт. Для высоковольтных электроустановок стараются внедрить оба этих принципа. С этой целью в состав защиты вводят:

схемы взаимных блокировок;

точные измерительные органы;

системы обмена информацией;

специальные логические алгоритмы.

Между двумя последовательно подключенными силовыми выключателями выполняется зашита от сверхтоков, превышающих номинальные значения нагрузки по любой причине. При этом ближний к потребителю с повреждением выключатель должен размыканием своих контактов обесточивать неисправность, а дальний — продолжать подачу напряжения на своем участке.

В этом случае рассматривается два вида селективности:

Если ближняя к неисправности защита способна полностью ликвидировать повреждения на всем диапазоне уставок без задействования удаленного выключателя, то ее считают полной.

Частичная избирательность присуща ближним защитам, настроенным на срабатывание до какого-то предельного тока селективности Is. Если он превышен, то вступает в работу удаленный выключатель.

Зоны перегрузки и короткого замыкания в селективных защитах

Пределы токов, назначенные для срабатывания автоматических выключателей защит, разделяют на две группы:

1. режим перегрузок;

2. зону коротких замыканий.

Для упрощения разъяснения применим этот принцип к токовым характеристикам автоматических выключателей.

Они настраиваются на работу в зоне перегруза номинальных токов на величину до 8÷10 крат.

На этом участке работают в основном тепловые или термомагнитные расцепители защит. Токи коротких замыканий в эту зону попадают очень редко.

Область возникновения КЗ обычно сопровождается токами, превышающими в 8÷10 раз номинальные нагрузки автоматических выключателей и характеризуется серьезными повреждениями в электрической схеме.

Для их отключения применяются электромагнитные или электронные расцепители.

Методы создания селективности

Для области перегрузок по току создаются защиты, работающие по принципу времятоковой селективности.

Зона коротких замыканий формируется на основе:

4. зонной избирательности.

Временна́я селективность создается за счет выбора разных выдержек времени для срабатывания защиты. Этот способ может быть применен даже к устройствам с одной уставкой тока, но разным временем, как показано на рисунке.

Например, ближайшая к оборудованию защита №1 налаживается на работу при коротком замыкании со временем, близким к 0,02 с, а ее работу страхует более отдаленная №2 с настройкой на 0,5 с.

Самая дальняя защита со временем отключения в одну секунду резервирует работу предыдущих устройств при их возможном отказе.

Токовая селективность налаживается для срабатывания по превышению допустимых нагрузок. Довольно грубо этот принцип можно пояснить следующим примером.

Три защиты последовательно контролируют ток КЗ и настроены на отключение со временем 0,02 с, но с разными токовыми уставками в 10, 15 и 20 ампер. За счет этого оборудование будет отключаться вначале от защитного устройства №1, а №2 и №3 будут избирательно его страховать.

Реализация временно́й или токовой селективности в чистом виде требует использования чувствительных датчиков или реле тока и времени. При этом создается довольно сложная электрическая схема, которая на практике обычно объединяет оба рассмотренных принципа, а не применяется в чистом виде.

Времятоковая селективность защит

Для защиты электроустановок с напряжением до 1000 вольт применяют автоматические выключатели, которые обладают объединенной времятоковой характеристикой. Рассмотрим этот принцип на примере двух последовательно включенных автоматов, разнесенных по концам линии со стороны нагрузки и питания.

Времятоковая избирательность определяет способ срабатывания выключателя, настроенного на более быстрое отключение при расположении около потребителя электроэнергии, а не на генераторном конце.

На левом графике показан случай наибольшего времени отключения верхней кривой защиты со стороны нагрузки, а на правом — наименьшего времени выключателя на конце подвода питания. Это позволяет более детально анализировать проявление селективности защит.

Выключатель «В», расположенный ближе к питаемому оборудованию, за счет применения времятоковой селективности работает раньше и быстрее, а выключатель «А» резервирует его в случае отказа.

Токовая селективность защит

При этом способе избирательность может формироваться за счет создания определенной конфигурации сети, например, включенной в схему кабельной или воздушной линии электропередач, обладающей электрическим сопротивлением. В этом случае значение тока короткого замыкания между генератором и потребителем зависит от места возникновения повреждения.

На кабельном конце со стороны питания оно будет иметь максимальное значение, например, 3 кА, а на противоположном — минимальное, допустим, 1кА.

При возникновении КЗ около выключателя А не должна работать защита конца В (I кз1кА), то он и должен снимать напряжение с оборудования. Для точной работы защит необходимо учесть величину реальных токов, проходящих через выключатели при аварийном режиме.

Следует понимать, что для обеспечения полной избирательности по этому методу необходимо иметь большое сопротивление между обоими выключателями, которое может образоваться за счет:

протяженной линии электропередачи;

вставкой обмотки трансформатора;

включением в разрыв кабеля уменьшенного сечения или другими способами.

Поэтому при таком способе селективность чаще всего бывает частичной.

Временна́я селективность защиты

Этот метод избирательности обычно дополняет предыдущий способ с учетом времен:

определения защитой места и начала развития неисправности;

срабатывания на отключение.

Формирование алгоритма работы защиты производится за счет постепенного приближения уставок по току и времени при перемещениях токов КЗ к источнику питания.

Избирательность по времени может создаваться автоматами одних номиналов по току, когда у них есть возможность регулировки задержки на срабатывание.

При этом способе защиты выключателя В отключают неисправность, а выключателя А — контролируют весь процесс и находятся в готовности к работе. Если за время, отведенное для срабатывания защит В короткое замыкание не устранилось, то повреждение ликвидируется работой защит стороны А.

Энергетическая селективность защит

Метод основан на использовании специальных новых видов автоматических выключателей, выполненных в литом корпусе и способных максимально быстро работать, когда токи коротких замыканий еще даже не успели достичь своих максимальных значений.

Подобные скоростные автоматы работают в течение нескольких миллисекунд, когда еще действуют апериодические составляющие переходных процессов. В таких условиях из-за высокой динамичности протекания нагрузок сложно согласовать реально действующие времятоковые характеристики защит.

Конечный пользователь практически не может отследить характеристики энергетической селективности. Их предоставляет производитель в виде графиков, программ расчета, таблиц.

При этом способе для расцепителей термомагнитного и электронного принципа, расположенных на стороне питания необходимо учесть специфические условия работы.

Зонная селективность защиты

Этот тип избирательности является разновидностью временно́й характеристики. Для его работы используются измерительные устройства тока на каждой стороне, между которыми постоянно происходит обмен информацией и сравнение векторов токов.

Зонная селективность может быть сформирована двумя способами:

1. в логическое устройство контроля защиты поступают одновременно сигналы с обоих концов контролируемого участка. Оно сравнивает значения поступивших токов и определяет выключатель, который должен быть отключен;

2. сведения о завышенных значениях векторов тока от обеих сторон поступают в виде блокировочного сигнала на логическую часть защиты более высокого уровня иерархии по стороне питания. Если на ней присутствует блокировочный сигнал снизу, то отключается нижерасположенный выключатель. Когда запрета на отключение снизу не поступило, то напряжение снимает вышерасположенная защита.

При этих способах отключение происходит намного быстрее, чем при временно́й избирательности. Это обеспечивает меньшие повреждения электрооборудования, снижение динамических и тепловых нагрузок внутри системы.

Однако, способ зонного разделения селективности требует создания дополнительных сложных технических систем измерения, логики и обмена информацией, что удорожает стоимость оборудования. По этим причинам такие методы, основанные на высокочастотной блокировке, применяются на высоковольтных линиях электропередач и подстанциях, передающих большие потоки мощности электроэнергии в непрерывном режиме.

Для этого используются быстродействующие воздушные, масляные или элегазовые выключатели, способные коммутировать огромные токовые нагрузки.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник