Система логічного енергетичного селективного захисту розгалужених електричних кіл

Система логічного енергетичного селективного захисту розгалужених електричних кіл з числом ступенів захисту К, при відліку від джерела струму, у якій на останньому К-тому ступені встановлені вимикачі з розчеплювачами максимального струму без затримки часу на відключення, а на ступенях з першого по (К-1)-ий встановлені селективні вимикачі, що мають розчеплювачі максимального струму, які у зоні струмів короткого замикання мають уставки по струму I y1 і I y2, що регулюються, при цьому в діапазоні значень струмів КЗ від Iy1 до Iy2 термін спрацьовування розчеплювачів максимального струму спеціально затримується з можливістю забезпечення ряду фіксованих термінів затримки спрацьовування (tкзв=const), а при величинах струму КЗ, більших за уставку стр уму відсікання Iy2 , спеціальна затримка терміну спрацьовування розчеплювача максимального струму 2 (19) 1 3 82495 4 Відомі системи селективного захисту розгалудопомогою вимикачів типу NS серії "Compact" [3]. жених електричних кіл від стр умів короткого замиЗазначені вимикачі, як і апарати серії А3700С, макання (КЗ) [1], у яких використано вимикачі з виють розчеплювачі максимального струму з двома тримкою часу на відключення. Селективність значеннями уставок. Одна уставка (І у1) визначає захисту забезпечується завдяки різній по величині, мінімальну величину струму КЗ, при якій спрацьоале фіксованій затримці спрацьовування селективує розчеплювач і починається відлік витримки вних вимикачів різних ступенів захисту. При цьому часу на відключення вимикача, а друга уставка по величина затримки часу спрацьовування вищесструму (І у2) визначає мінімальний струм КЗ, при тоячого апарату свідомо вибирається достатньо якому вимикач спрацьовує без витримки часу великою. Це необхідно для того, щоб термін спра(уставка по струму "відсікання"). Крім розчеплювацьовування будь-якого нижчестоячого апарату при ча максимального струму, вимикачі "Compact NS" відключенні ним будь-яких значень струму КЗ, додатково забезпечені розчеплювачами, що реавключаючи мінімальний струм КЗ (при якому тергують на величину надмірного тиску (р) у корпусі мін відключення кола може бути достатньо веливимикача. Через те, що зазначений тиск у корпусі ким), виявився меншим за термін затримки спразумовлений виділенням енергії дуги відключення цьовування вищестоячого вимикача. Такий захист, (Wд), селективність, що реалізується на даному у якому критерієм селективності відключення є принципі роботи апаратів захисту, має назву енертермін затримки спрацьовування, називається гетичної. При цьому розчеплювачі тиску не мають терміновою селективністю. Так, згідно [2], вимикачі визначеної уставки по величині тиску в корпусі: А3790С селективного виконання, в залежності від зазначений розчешповач спрацьовує завжди, коли місця розташування їх в розгалуженій системі, відбувається відключення струму КЗ і виділяється можуть мати витримку часу на відключення від 0,1 енергія відключення (Wд). Саме тому таке відклюдо 0,4с. При цьому вказані вимикачі мають дві чення струму КЗ за допомогою розчеплювачів тисуставки по струму в зоні струмів КЗ: одна уставка ку названо "рефлексним". (Іу1) визначає мінімальну величину струму КЗ, при Система селективного захисту розгалужених якій спрацьовує розчеплювач максимального кіл з використанням "рефлексного" відключення струму і починається відлік витримки часу на відпри реалізації енергетичного принципу селективключення вимикача, а друга уставка по струму (І у2) ного захисту [3] є найближчою по технічній суті до визначає мінімальний струм КЗ, при якому вимисистеми логічного енергетичного селективного кач спрацьовує без витримки часу (уставка по захисту розгалужених електричних кіл, що заявляструму "відсікання"). Щоб уникнути зварювання ється. контактів, верхня межа уставки максимального Для кращого розуміння функціонування енерструму І у2 вибирається трохи меншою за величину гетичної системи селективного захисту на основі струму стійкості контактної системи вимикача до вимикачів з вузлом "рефлексного" відключення наскрізних струмів КЗ. Нижня межа уставки струму струмів КЗ, доцільно попередньо розглянути фунІу2 може регулюватися відповідно до вимог умов кціонування такого вимикача в процесі відключенексплуатації. ня ним струму КЗ. Зазначений терміновий принцип побудови сиПри значенні струмів КЗ, менших за уставк у стеми селективного захисту широко використовуІу1, вимикач спрацьовує з заданою витримкою чається в електроустановках різного призначення су. Через те, що електрична дуга відключення в для живлення вторинних кіл (0,4кВ) електростанданому випадку з'являється вже після розчепленцій, для живлення та захисту технологічного устатня вимикача під дією розчеплювача максимальнокування металургійного виробництва, у міських і го струм у, енергетичний розчеплювач тиску спрасільських електросистемах розподілу електроенецьовує як би "навздогін", а значить ніякого ргії тощо. "рефлексного" прискореного відключення вимикаТерміновий принцип побудови селективності ча в даному випадку немає. захисту має цілий ряд серйозних недоліків. НаПри значенні струмів КЗ, більших за уставк у самперед слід відзначити, що необхідність збільІу2, розчеплювач максимального струму спрацьошення затримки часу відключення саме тих вимивує без витримки часу. У цьому випадку можливі качів, що розташовані ближче до джерела струшу, наступні варіанти черговості спрацьовування розформує неправильну з технічної точки зору часосчеплювачів максимального струму та енергетичнотрумову характеристику захисту всієї електроустаго розчеплювача тиску: новки в цілому і джерела струму зокрема. - якщо струм КЗ дорівнює або близький до Крім того, при великих значеннях струму КЗ, а струму уставки Іу2, то спочатку спрацьовує розчепсаме вищих за уставку по струм у "відсікання", вилювач максимального струму, а потім енергетичщестоячий селективний вимикач спрацьовує вже ний розчеплювач тиску; без витримки часу. У даному випадку не забезпе- якщо струм КЗ істотно більший за струм чується абсолютна селективність, тобто селективуставки Іу2 , а отже, більший за струм стійкості конність у всьому діапазоні струмів КЗ, що можуть тактів до стр умів КЗ, то розмикання контактів під виникати в електричному колі та які повинні і здатдією електродинамічних сил відбудеться раніше, ні відключати вимикачі. ніж відбулось би розходження контактів під дією В меншій мірі зазначені недоліки властиві розчеплювачів максимального струму. У цьому принципу енергетичної швидкодіючої селективносвипадку електрична дуга, що виникла при електті, в якому використано так зване "рефлексне" відродинамічному відкиданню контактів, а точніше ключення струмів КЗ. Зазначений принцип енергетиск р, зумовлений виділенням енергії в дузі Wд, тичної селективності реалізується, наприклад, за буде діяти (через поршень) на механізм вільного 5 82495 6 розчеплення вимикача швидше, ніж діє розчеплюнях. І хоч термін затримки спрацьовування вимивач максимального струму. кача ВА1 на першому ступені захисту ви ходить В другому випадку, власне кажучи, реалізуєтьістотно меншим, ніж при терміновій селективності ся "рефлексне" відключення струму КЗ, при якому (0,1с замість 0,2с), проте навіть така затримка значно збільшується швидкодія вимикача, а отже і спрацьовування захисту негативно позначається ефективність струмообмеження. на захисних характеристиках енергетичної селекПісля розгляду принципу роботи вимикача з тивності, що розглядається. вузлом „рефлексного" відключення розглянемо По-перше, термічний вплив струму КЗ на кафункціонування всієї системи швидкодіючого енебелі головної магістралі МІ ви ходить помітно біргетичного селективного захисту на основі викорильшим, ніж для випадку відключення такого ж стання "рефлексного" відключення і вкажемо властруму КЗ вимикачем без витримки часу на відстиві їй переваги та недоліки. ключення. В каталозі фірми «Merlin Germ» [4] наведена По-друге, протягом усього часу існування КЗ мережа низької напруги з характерною структурою на магістралі М1 (0,1с) на підвідних затискачах її побудови. вимикачів ВА2-ВА7, підключених до вказаної магіНа першому ступені захисту (рахуючи від джестралі, напруга, власне кажучи, виявляється блирела струму - трансформатора) встановлено гозькою до нуля. Як наслідок цього можливе спраловний вимикач ВА1 (C1251DN на струм 1250А), цьовування так званого мінімального захисту (по що захищає головну магістраль М1. На другому напрузі) на фідерах, підключених до даної магістступені встановлено ряд фідерних вимикачів ВА2ралі, а виходить, селективність не забезпечується. ВА6, що за хищають кабельні лінії Л2-Л6, і ввідний Таким чином, одним з недоліків розглянутого вимикач ВА7, який захищає магістральну лінію М2 принципу енергетичної селективності з викорисз підключеними до неї вимикачами третього стутанням "рефлексного" відключення є неможлипеня захисту ВА8-ВА11. Як вимикачі другого стувість забезпечення на всіх ступенях захисту найпеня захисту застосовані вимикачі типу NS серії більш оптимальних захисних характеристик, а "Compact" з енергетичними розчеплювачами (витакож можливе порушення селективності захисту конання NS100N, NS160N, NS250N на струми 100, за рахунок спрацьовування мінімального захисту. 160 та 250А відповідно). На третьому ступені Слід зазначити, що селективність захисту при встановлені вимикачі типу С60 на струми 25 і 50А, використанні "рефлексного" відключення може не а також вимикач NS100N (номінальний струм забезпечуватися і з інших причин. Так, для забез100А). печення абсолютної селективності (у всьому діаВ наведеному розгалуженому колі величина пазоні очікуваних значень струмів КЗ) вимикачі струму КЗ у місці установки вимикачів усі х ступенів вищи х ступенів селективного захисту повинні обозахисту приблизно однакова (приблизно 22кА) і в'язково мати номінальний струм більший, ніж вимало відрізняється від граничного струму КЗ микачі нижчого ступеня захисту. Згідно даних ка(23,6кА) на затискачах трансформатора (потужталога [3] у випадку використання на вищому ність 800кВА). ступені вимикачів NS630 (на номінальний струм Для забезпечення селективності захисту ме630А) абсолютна селективність забезпечується режі, що розглядається, необхідно, щоб усі вимитільки при використанні на нижчому ступені захискачі третього ступеня обмежували струм КЗ до ту вимикачів на номінальний струм 250А та менше величини, яка менша, ніж уставка стр уму відсікан(NS250, NS160, NS125 та NS100). Вимикачі NS400 ня ввідного вимикача другого ступеня ВА7, а об(номінальний струм 400А) можуть селективно прамежений вимикачами другого ступеня з найбільцювати тільки з вимикачами на струми 160А та шим номінальним струмом 250А (ВА3 і ВА7) струм менше і т. д. був меншим за уставку струму відсікання вимикача Таким чином, другим недоліком енергетичної ВА1. селективності з "рефлексним" відключенням є неНа третьому ступені ця селективність забезможливість забезпечення абсолютної селективнопечується саме за рахунок істотного збільшення сті при використанні на різних ступенях захисту ефективності струмообмеження нижчестоячого вимикачів суміжних типовиконань по номінальному вимикача на найбільший номінальний струм струму, тим більше вимикачів однакового типовиNS100N, який має вузол "рефлексного" відклюконання. чення. У вимикачах С60 на менші номінальні В основу винаходу поставлена задача побуструми (25 і 50А) селективність забезпечується і дови такої системи енергетичного селективного без допомоги вузла "рефлексного" відключення. захисту розгалужених електричних кіл, у якій за На другому ступені захисту селективність зарахунок забезпечення можливості повторного себезпечується за рахунок того, що у всі х вимикачах лективного включення вимикача на основі аналізу цього ступеня, включаючи і вимикачі NS250N, вивеличини енергії дуги відключення забезпечується користовується вузол "рефлексного" відключення. мінімальний термін відключення струмів КЗ на всіх У випадку, якщо КЗ виникло на головній магісступенях захисту і у всіх випадках забезпечується тралі М1, коло відключає вимикач першого ступеабсолютна селективність, у тому числі і при виконя захисту ВА1 з мінімальною для нього витримристанні на різних ступенях захисту вимикачів одкою часу (0,1с). ного типовиконання. Таким чином, у системі селективного захисту, Ця задача вирішується у відомій системі захищо розглядається, селективність забезпечується сту розгалужених електричних кіл з числом ступена всіх трьох ступенях захисту, а швидкодія захиснів захисту К, починаючи відлік від джерела струту забезпечується тільки на двох останніх ступему, у якій на останньому К-тому ступені 7 82495 8 встановлені вимикачі з розчешповачами максима(тиску р в) при комутуванні даним вимикачем струльного струму без затримки часу на відключення, му КЗ, що дорівнює уставці стр уму "відсікання" а на ступенях з першого по (К-1)-й встановлені його розчеплювача, тобто (1,5¸3,0) селективні вимикачі, що мають розчеплювачі макWдмс£Wу£(0,9¸1,0) Wдв ((1,5¸3,0)рмс£ру£0,9¸1,0)рв), симального струму, які у зоні струмів КЗ мають і забезпечується мінімальний термін відключення уставки по струму І у1 і І у2, що регулюються, при струмів КЗ на всі х ступенях захисту і у всі х випадцьому в діапазоні значень струмів КЗ від Іу1 до Іу2 ках забезпечується абсолютна селективність, у час спрацьовування розчеплювачів максимальнотому числі і при використанні на різних ступенях го струму спеціально затримується з можливістю захисту вимикачів одного типовиконання. забезпечення ряду фіксованих часів затримки Дійсно, величина енергії дуги відключення (тиспрацьовування (tкзв=const), а при величинах ску) є найкращим критерієм оцінки місця виникструму КЗ, більших за уставку струм у "відсікання" нення КЗ у електросистемі, а швидке повторне Іу2, спеціальна затримка часу спрацьовування розвключення вимикача на основі аналізу місця виничеплювача максимального струму відсутня (tкзв=0), кнення КЗ по величині енергії дуги відключення при цьому у вимикачах зазначеної системи захисзабезпечує безперебійність живлення неушкоджету, крім розчеплювачів максимального струму, що них гілок електричного кола, тобто забезпечує реагують на величину струму і діють на механізм селективність захисту. вільного розчеплення, є також розчеплювачі макРозглянемо докладніше, чому саме величина симальної енергії дуги відключення (або максимаенергії дуги відключення Wд є найбільш придатним льного тиску, зумовленого виділенням енергії дуги критерієм оцінки місця виникнення КЗ у розгалувідключення), що також діють на механізм розчепженій електросистемі і яким чином використовулення вимикача, за рахунок того, що селективні ється цей критерій для реалізації енергетичного вимикачі системи обладнані швидкодіючим привоселективного захисту. дом, виконаним з можливістю повторного вклюЗ цією метою розглянемо залежність таких пачення ним вимикача при спрацьовуванні без вираметрів процесу відключення, як максимальне тримки часу тільки розчеплювача максимального значення струму і м , що пропускається через апаструму і неможливістю повторного включення вират, середнє значення напруги на електричній дузі микача при одночасному спрацьовуванні обох Uд, час відключення tв та енергія дуги відключення розчеплювачів - розчеплювача максимального Wд, від величини струм у КЗ кола (Ікз). Зазначені струму і розчеплювача максимальної енергії дуги залежності базуються, в основному, на результавідключення (тиску), при цьому уставка максиматах дослідів вимикачів серії А3700. льної енергії дуги відключення Wу (тиску ру) кожноЦілком очевидно, що зі збільшенням значень го вищестоячого селективного вимикача вибираочікуваного струму КЗ величина струму і м , що проється в діапазоні величин від (1,5¸3,0) величини пускається, також зростає. Величина напруги на максимальної енергії дуги відключення Wдмс (тиску дузі Uд залежить в основному від числа пластин рмс), що виділяється в даному вимикачі при виникдеіонної ґратки дугогасних камер і мало залежить ненні короткого замикання на відвідних затискачах від величини струму ім . Тому значення Uд прийманижчестоячих вимикачів і спільному відключенні ється однаковим для різних струмів КЗ. Термін цього короткозамкнутого кола вищестоячим селеквідключення tв зі збільшенням струму КЗ знижутивним вимикачем і одним з нижчестоячих апарається. тів, до (0,9¸4,0) величини енергії дуги відключення Що ж до величини енергії дуги відключення, Wдв (тиску рв) при комутуванні даним вимикачем яка визначається виразом W д = ò і(t ) × Uд (t )dt , то, з струму КЗ, що дорівнює уставці стр уму "відсікання" урахуванням протилежного характеру зміни парайого розчеплювача, тобто (1,5¸3,0) метрів tв (діапазон інтегрування) та ім , зрозуміло, Wдмс£Wу£(0,9¸1,0) Wдв ((1,5¸3,0)рмс£ру£0,9¸1,0)рв). що значення Wд зі збільшенням очікуваного струму КЗ може залишатися незмінним, як це і має Саме за рахунок того, що селективні вимикачі місце, наприклад, для апаратів серії А3700Б. системи обладнані швидкодіючим приводом, виМала залежність величини енергії дуги відконаним з можливістю повторного включення ним ключення Wд від струму КЗ кола є однією з перевимикача при спрацьовуванні без витримки часу ваг даного параметра процесу відключення перед тільки розчеплювача максимального струму і неіншими (ім та tв) для використання його як критерія можливістю повторного включення вимикача при для оцінки місця виникнення КЗ. одночасному спрацьовуванні обох розчеплювачів Іншою, навіть більш важливою, перевагою верозчеплювача максимального струму і розчеплюличини Wд є істотна залежність енергії дуги відвача максимальної енергії дуги відключення (тисключення від числа каскадно з'єднаних вимикачів, ку), при цьому уставка максимальної енергії дуги що беруть участь у відключенні струму КЗ. відключення Wy (тиску ру) кожного вищестоячого При відключенні струму КЗ двома апаратами селективного вимикача вибирається в діапазоні значно збільшується збурюючий вплив на коло величин від (1,5¸3,0) величини максимальної ененапруги на дузі, що виникає одночасно в обох ргії дуги відключення Wдмс (тиску рмс), що виділяапаратах. Як наслідок цього, помітно змінюються і ється в даному вимикачі при виникненні короткого параметри процесу відключення кола двома апазамикання на відвідних затискачах нижчестоячих ратами: вимикачів і спільному відключенні цього коротко- збільшується ефективність струмообмежензамкнутого кола вищестоячим селективним виминя, а значить, знижується величина струму, що качем і одним з нижчестоячих апаратів, до пропускається (ім2