К_ч = I_{k min}/I_{c з}

где

I_{k min} - минимальный ток КЗ;

I_{c з} — ток срабатывания защиты.

Устройства релейной защиты различаются по принципу действия, схемам включения и др. Они дополняются устройствами противоаварийной автоматики, которые быстро устраняют послеаварийные режимы и восстанавливают электроснабжение потребителей без вмешательства персонала.

Рассмотрим принципы действия наиболее распространенных устройств РЗиА на ПС, применяемых для защиты линий.

Одним из наиболее характерных и очевидных признаков возникновения КЗ, а также многих других нарушений нормального режима работы электрической сети является резкое увеличение тока, который в таких аварийных условиях становится значительно больше тока нагрузки.

Ток, возникающий в аварийных режимах (так называемый сверхток), является признаком возникновения аварии. На использовании этого признака основан принцип действия максимальной токовой защиты.

Максимальная токовая защита реагирует на возрастание тока в защищаемом элементе сети и применяется для защиты линий с односторонним питанием. Защита устанавливается со стороны источника питания и действует на отключение выключателя при повреждении на защищаемой линии или на шинах ПС, питающихся от этой линии.

Селективность защиты обеспечивается выдержками времени, ступенчато нарастающими в сторону источника питания со ступенью времени Δt = t₂ — t₁ ≈ 0,4–0,8 с.

Ток срабатывания пусковых токовых реле выбирается исходя из следующих условий:

защита не должна срабатывать при прохождении по защищаемому элементу сети максимального тока нагрузки;

защита должна надежно срабатывать при КЗ на защищаемом участке и иметь коэффициент чувствительности не менее 1,5;

защита должна действовать и при КЗ на смежном (резервируемом) участке и иметь коэффициент чувствительности в конце этого участка не менее 1,2.

Разновидностью максимальной токовой защиты является токовая отсечка, которая действует мгновенно и поэтому селективность ее действия обеспечивается не подбором выдержек времени ступеней, а выбором тока срабатывания.

Токовая отсечка применяется для защиты линии с односторонним и двухсторонним питанием, а также для защиты трансформаторов. В последнем случае токовая отсечка устанавливается с питающей стороны трансформатора и действует при повреждениях на вводах ВН и на некоторых участках первичной обмотки.

При повреждениях вторичной обмотки токовая отсечка не срабатывает.

Ток срабатывания отсечки I_c.з выбирается таким, чтобы она надежно срабатывала при КЗ на заранее определенном участке (например, на участке АВ, рис. 8.2) и не срабатывала при КЗ за пределами этого участка где I_КЗ < I_c.з (например, в точке С, рис. 8.2).

Максимальная направленная защита, показанная на рис. 8.3, применяется для защиты сетей с двухсторонним питанием, в основном в сетях напряжением до 35 кВ.

Она реагирует на определенные значения тока КЗ и его направление.

Орган направления защиты разрешает ей срабатывать на отключение выключателя, если ток КЗ направлен от шин в сторону защищаемой линии.

Селективность действия защиты достигается выбором выдержек времени по ступенчатому принципу.

Максимальные направленные защиты устанавливаются с обеих сторон защищаемых линий.

В комплект максимальной токовой направленной защиты обычно входят:

два реле максимального тока;

два реле направления мощности;

реле времени (состоящее из насыщающихся трансформаторов);

два промежуточных реле (состоящее из собственно промежуточных реле, насыщающихся трансформаторов, диодов и емкостей);

указательное реле.

Максимальная токовая защита с пуском от реле минимального напряжения служит для повышения чувствительности максимальных токовых реле, которые имеют недостаточную чувствительность при КЗ в разветвленных сетях с большим числом параллельных линий (рис. 8.4).

Повышение чувствительности и улучшение отстройки от токов нагрузки достигаются применением пуска защит от реле минимального напряжения. Из схемы рис. 8.4 видно, что защита может действовать только при срабатывании реле KV, уставка которого выбирается ниже минимально возможного рабочего напряжения.

При КЗ напряжение в сети понижается, что вызывает срабатывание реле минимального напряжения, вследствие чего токовый орган защиты действует на отключение.

Ток срабатывания токовых реле КА выбирается по длительному току нагрузки нормального режима, в результате чего чувствительность защиты при КЗ резко повышается.

При кратковременных перегрузках линий токовые реле замыкают свои контакты, но защита на отключение не сработает, поскольку этому препятствует реле минимального напряжения, контакты которого в нормальном режиме разомкнуты.

Наличие напряжения на зажимах реле минимального напряжения контролируется специальным устройством.

Любую несимметричную систему трех токов или напряжений можно представить в виде трех следующих систем:

система прямой последовательности, состоящая из трех вращающихся векторов (А₁ В₁ C₁), равных по величине и повернутых на 120° друг относительно друга;

система обратной последовательности, также состоящая из трех векторов, равных по величине и повернутых на 120° друг относительно друга, но при вращении в ту же сторону, что и векторы прямой последовательности, вектор В₂ опережает вектор А₂ на 120°;

система нулевой последовательности, состоящая из трех векторов А₀ = В₀ = С₀, совпадающих по фазе.

Сложение одноименных векторов этих трех систем создает несимметричную систему:

Для нахождения нулевой составляющей надо геометрически сложить три составляющих вектора и взять 1/3 от этой суммы, например:

А₀ = 1/3 (А + В + С). (8.3)

В сетях с эффективным заземлением нейтрали наибольшее число повреждений связано с замыканием на землю. Для защиты оборудования применяют устройства, реагирующие на составляющие нулевой последовательности.

Включение защит на составляющие нулевой последовательности, например по схеме рис. 8.5, имеет некоторые преимущества по сравнению с их включением на полные токи и напряжения фаз при замыкании на землю.

На рис. 8.5 показана схема соединения ТТ в фильтр токов нулевой последовательности.

Ток нулевой последовательности получают соединением вторичных обмоток ТТ в фильтр токов нулевой последовательности. Из схемы рис. 8.5 видно, что ток в реле КА равен геометрической сумме токов трех фаз, то есть I_р = I_a + I_b + I_c, и возникает только при однофазном или двухфазном КЗ на землю. При трехфазном КЗ I_р = 0.

Для получения напряжения нулевой последовательности вторичные обмотки ТН соединяют в разомкнутый треугольник по схеме рис. 8.6 и заземляют нейтраль его первичной обмотки.

При однофазных или двухфазных КЗ на землю на зажимах разомкнутого треугольника появляется напряжение 3U₀.