Спосіб швидкодіючого максимального струмового захисту з високою чутливістю до струмів віддалених коротких замикань

Реферат: В способі максимального струмового захисту трифазних електричних кіл від струмів короткого замикання (КЗ), зокрема в способі захисту від струмів віддалених КЗ, значення яких можуть бути сумірні і навіть менші за пускові струми підключених до цього електричного кола електродвигунів або струмів перевантаження за рахунок ідентифікації виду струму збурення електричного кола (струм віддаленого КЗ або пусковий струм) збільшено швидкодію захисту. Критерієм спрацьовування запропонованого струмового захисту вибрана така сукупність параметрів електричного кола (вид струму збурення - дво- або трифазний, величина cos  і значення Іф , яка забезпечує найбільш надійну ідентифікацію виду струму збурення електричного кола (КЗ, пуск електродвигуна і ін.). А надійність ї швидкість ідентифікації параметрів електричного кола забезпечується за рахунок того, що для цього використовується аналіз інтегралів суми квадратів миттєвих значень струмів приросту усіх трьох фаз Sм  і2  i2  i2 . Це дозволяє "відстроїтись" від такого випадкового параметра, як фаза ja jb jc   виникнення КЗ -  і завдяки цьому швидко і точно визначити значення параметрів електричного кола - cos  та Іф . UA 101084 C2 (12) UA 101084 C2 UA 101084 C2 5 10 15 20 25 Винахід належить до способів максимального струмового захисту трифазних електричних кіл від струмів короткого замикання (КЗ), зокрема до способів захисту від струмів віддалених КЗ, значення яких можуть бути сумірні і навіть меншими за пускові струми підключених до цього електричного кола електродвигунів або струмів перевантаження. Під швидкодією захисту мається на увазі швидке, протягом 20 мс після виникнення струму збурення, тобто до загасання аперіодичної складової цього струму, визначення як коефіцієнта потужності електричного кола із струмом збурення, так і діючого значення періодичної складової струму збурення. Швидке визначення коефіцієнта потужності електричного кола зі струмом збурення і симетричною складовою цього струму дозволяють, як буде наведено нижче, реалізувати такі нові захисти, як швидкодіючий інтегральний селективний захист, захист від віддалених КЗ, а також забезпечити режим резервування. Відомі способи, в яких максимальний струмовий захист електричних кіл від струмів КЗ здійснюють за допомогою мікропроцесорної техніки, що дозволяє для швидкого визначення діючого значення симетричної складової струму КЗ кола, що захищається, здійснювати досить складні розрахунки, неможливі у разі використання аналогових розчеплювачів [1]. Вказані розрахунки дозволяють швидко, не чекаючи закінчення перехідного процесу, коли існує ще аперіодична складова струму, визначити діюче значення симетричної складової струму збурення електричного кола. Коли електричне коло знаходиться під навантаженням, струмом збурення є не повне I Іф значення струму у фазі ф , а приріст струму , який визначається як різниця значення І I повного струму ф , що фіксується датчиками, і струму передісторії р - струму навантаження, який протікав в електричному колі до виникнення струму збурення електричного кола. Через те, що характер зміни струму збурення електричного кола в кожній з фаз і його і миттєве значення j істотно залежать від випадкового параметра - моменту часу виникнення струму збурення (що характеризується фазою ЕРС -  ), то за миттєвим значенням струму Іф збурення в кожній з фаз визначити величину симетричної складової струму збурення І неможливо. Тому розрахунок величини ф в даному способі струмового захисту здійснюють, використовуючи "силову" функцію електричного кола - аналітичну залежність суми квадратів значень струмів збурення в усіх фазах в часі:   S ia,b,c  t  30 35 40 45 2 t   2  T  3Iф 1  2е   cost   e   2t  T     (1)  S ia,b,c t  2 Характер зміни і значення функції не залежать від фази виникнення струму збурення  , але істотно залежать від коефіцієнта потужності електричного кола cos  і Іф значення симетричної складової струму збурення . Тому в цьому способі струмового S захисту, підставляючи в ліву частину рівняння миттєві значення функції j , досить швидко І I визначають величину симетричної складової струму ф і величину повного струму у фазі ф , Iф  Іф  Ір Іф І як суми величин струмів передісторії р і збурення . Критерієм спрацьовування захисту є порівняння з величиною струмової уставки саме повного струму фази Iф . Іф При визначенні величини симетричної складової струму збурення в даному способі струмового захисту [1] значення коефіцієнта потужності cos  електричного кола вважається заданим. Через те, що основним призначенням даного швидкодіючого струмового захисту є швидке (миттєве) спрацьовування захисту при максимальному значенні струму електричного кола, тобто при КЗ на відвідних затискачах вимикача, то значення cos  електричного кола в   місці установки вимикача, дійсно, відомо і може бути занесено в пам'ять мікропроцесора. Таким чином, в даному способі струмового захисту [1] забезпечується швидке і точне спрацьовування захисту "відсічка" (захисту І) за рахунок відносно швидкого визначення I величини симетричної складової струму КЗ ф і порівняння її зі значенням струмової уставки 1 UA 101084 C2 5 10 "відсічки" Ii . Слід зазначити, що при реалізації даного захисту ("відсічки") селективність роботи з апаратами, що стоять нижче, забезпечувати не вимагається. Реалізація селективного захисту цього способу струмового захисту [1] забезпечується за рахунок того, що спрацьовування захисту в даному випадку відбувається від інтегральної уставки Qsd . При цьому розрахунок інтеграла струму збурення здійснюють з моменту I визначення величини повного струму фази ф . Недоліком розглянутого способу швидкодіючого струмового захисту є те, що цей спосіб не забезпечує високу чутливість до струмів КЗ, необхідну для реалізації захисту від віддалених КЗ. Для забезпечення високої чутливості до струмів віддалених КЗ необхідно "відстроюватись" від пускових струмів потужних електродвигунів, значення яких (пускових струмів) можуть бути більшими за значення струмів віддалених КЗ. Відоме технічне рішення з реалізації захисту від віддалених КЗ [2], у якому для "відстроєння" від пускових струмів також використовується залежність суми квадратів значень струмів Sia,b,c  t  збурення в усіх фазах в часі . Суть зазначеного технічного рішення полягає в тому, що за відношенням максимального 2 15 20 25   S  K s  max   Smin  , здійснюється ідентифікація виду  значення Smax до мінімального значення Smin :  струму збурення електричного кола - чи являється він струмом віддаленого КЗ або пусковим струмом. Критерієм спрацьовування захисту в даному технічному рішенні [2], як і в I розглянутому раніше [1], є величина повного струму у фазі ф . Недолік цього технічного рішення полягає в тому, що при використанні як критерію I спрацьовування захисту повного струму у фазі ф неможливо "відстроїтись" від короткочасних струмів перевантажень в електричному колі, що захищається, а це означає, що висока чутливість до струмів КЗ не може бути забезпечена в усіх випадках. При використанні обох технічних рішень можна реалізувати інтегральний селективний захист електричних кіл навіть у тому випадку, якщо навіть заздалегідь невідоме значення коефіцієнта потужності електричного кола - cos  . Проте, при цьому використовувати можливість підвищення швидкодії такого селективного захисту повною мірою не можна, через те, що розрахунок інтегралу струму збурення, згідн з [1], здійснюється тільки після визначення діючого значення повного струму фази 30 35 40 45 Iф . А оскільки мінімальне значення функції  , S I2 t  j   S  K s  max   Smin  і відповідного значення cos  , у  необхідне для визначення коефіцієнта  відповідності з [2], досягається лише через (12÷18) мс після виникнення струму збурення, то мінімальний час спрацьовування інтегрального селективного захисту не може бути реалізованим за час менший одного періоду зміни струму (20 мс). Проте, у ряді випадків фактичний час спрацьовування від інтегральної уставки Qsd може бути значно меншим. Крім того, використання як критерію спрацьовування струмового захисту, величини повного I струму у фазі ф не дозволяє "відстроїтись" від струмів перевантаження, а значить, не повною мірою може бути використана можливість підвищення чутливості до струмів віддалених КЗ. Таким чином, ані кожне з розглянутих технічних рішень окремо, ані їх сукупність, не дозволяють забезпечити найбільш оптимальну захисну характеристику захисту, а саме, вищу чутливість до струмів віддалених КЗ і більшу швидкодію захисту при реалізації інтегрального селективного захисту. Слід також зазначати, що використання двох незалежних технічних рішень, одне з яких [1] дозволяє ще до закінчення перехідного процесу в електричному колі I визначити величину симетричної складової струму ф , а інше рішення [2] дає можливість визначити величину cos  , не дозволяє повною мірою спростити алгоритм роботи мікропроцесорного пристрою при формуванні оптимальної захисної характеристики. Доцільніше знайти технічне рішення з визначення комплексного критерію спрацьовування захисту, що характеризує ту або іншу аварійну ситуацію в електричному колі, що захищається. В основу винаходу поставлена задача розробити такий спосіб максимального струмового захисту з підвищеною чутливістю до струмів віддалених КЗ, який завдяки використанню 2 UA 101084 C2 5 10 15 комплексного критерію спрацьовування захисту, що включає декілька параметрів електричного кола, що захищається, у тому числі і значення струму збурення електричного кола дозволив би: - за рахунок можливості "відстроїтись" від струмів перевантаження, суттєво підвищити чутливість захисту до струмів віддалених КЗ, а також за рахунок швидшої ідентифікації виду струму збурення електричного кола (струм віддаленого КЗ або пусковий струм) збільшити швидкодію захисту. Поставлено також задачу за рахунок застосування комплексних критеріїв спрацьовування спростити алгоритм спрацьовування захисту. Така задача вирішується в способі швидкодіючого максимального струмового захисту з високою чутливістю до струмів віддалених КЗ, відповідно до якого, здійснюють вимір миттєвих і значень струму в кожній з трьох фаз j та їх аналого-цифрове перетворення, при цьому і визначення миттєвих значень струму j здійснюють через однакові проміжки часу t безперервно із зрушенням часового інтервалу t на величину чергового відліку значення і і j струму j , здійснюють вимір миттєвого значення струму збурення електричного кола , як і jT1 прирости миттєвої величини струму в кожній фазі електричного кола . протягом першого і jTp поточного періоду зміни струму T1 і аналогічних значень струму в попередній період зміни i j  i jT1  i jTp Tp струму - струму передісторії , визначають діюче значення струму передісторії Ір , здійснюють розрахунок величин інтеграла квадрата миттєвих значень приросту струму в   t , які порівнюють зі значенням інтегральної уставки Qsd , при Qa,b,c   Qsd цьому момент часу, що відповідає рівності значень , використовують для t Q , за рахунок того, що формування часу спрацьовування інтегрального селективного захисту розрахунок величин інтегралів квадрата миттєвих значень приросту струму в кожній фазі кожній фазі 20 Qa,b,c    i2a,b,c dt j 0 t Qa,b,c    i2 a,b,c dt j 0 25 проводять у момент часу, коли миттєве значення струму збурення в одній з ' ' i фаз a,b,c j стане більшим за величину 2Isd , де Isd - значення струмової уставки, вибраної з урахуванням захисту від віддалених КЗ, проводять також аналіз виду струму збурення - є він двофазним або трифазним і у разі, якщо струм збурення трифазний, то підсумовують значення інтегралів квадратів миттєвих значень струму приросту усіх трьох фаз за час періоду зміни T струму 30 T  Q3   Qa,b,c j 0 визначають максимальне значення суми квадратів миттєвих значень   S  і2  i2  i2 jb jc , потім шляхом ділення величини струмів приросту усіх трьох фаз м  ja сумарного для усіх трьох фаз інтеграла квадратів миттєвих значень струму приросту усіх трьох фаз Q3 на максимальне значення суми квадратів миттєвих значень струмів приросту Sм Q t sм  3 Sм , після чого за величиною t sм визначають величину коефіцієнта визначають час потужності електричного кола зі струмом збурення cos , яка пов'язана зі значенням коефіцієнта потужності cos наступною табличною залежністю cos   f t sм  : 10,4 0,1 t sм cos 11,1 0,2 12,05 0,3 13,2 0,4 14,1 0,5 15,0 0,6 17,2 0,7 17,8 0,8 18,8 0,9 20 1,0, 35 потім обчислюють значення симетричної складової струму приросту 3 Iф  Sм Ку , де Ку Іф за виразом - коефіцієнт ударності струму в електричному колі, значення якого 3 UA 101084 C2 визначають з відомої залежності 5 10 K y  f cos  , після чого, виходячи з поєднання знайдених І значень наступної сукупності параметрів електричного кола, що захищається - ф , cos і виду струму збурення, виробляють один з наступних керуючих сигналів на спрацьовування захисту: - якщо струм збурення двофазний виробляють керуючий сигнал на формування часів спрацьовування селективного захисту t Q і t sd ; - якщо струм збурення трифазний, значення струму збурення більше за величину уставки миттєвого спрацьовування ("відсічки") Ii , то при будь-якому значенні cos ( cos   0  1 ) виробляють керуючий сигнал на миттєве спрацьовування захисту; Іф - якщо струм трифазний, значення струму збурення більше за величину струмової Isd , що вибрана з урахуванням забезпечення нормального запуску електродвигунів, уставки включених в електричне коло, що захищається, то при будь-якому значенні cos ( cos   0  1 ) виробляють керуючий сигнал, на формування часів спрацьовування селективного захисту t Q і t sd . - якщо струм збурення трифазний, значення струму Іф більше за величину струмової I'sd , 15 уставки що вибрана з урахуванням захисту від віддалених коротких замикань, а значення cos тотожне або більше за задану величину Kм ( cos   Kм ), то виробляють керуючий сигнал 20 на формування часів спрацьовування селективного захисту t Q і t sd ; - якщо за час, що дорівнює двом періодам зміни струму 2Т (при частоті мережі 50 Гц-2Т=40 мс), не сталося спрацьовування захисту, визначають величину діючого значення струму І збурення електричного кола у фазах ф , як різницю діючого значення повного струму у фазі за І третій період зміни струму T3 після виникнення струму збурення ф і діючого значення струму I Iф  Іф  Ір І передісторії p і у випадку, якщо значення ф виявиться меншим за величину  25  ' уставки Isd , то виробляють керуючий сигнал на блокування формування часів спрацьовування селективного захисту t Q і t sd . Саме завдяки тому, що розрахунок величин інтегралів квадрата миттєвих значень приросту t струму в кожній фазі Qa,b,c    i2 a,b,c dt j 0 проводять у момент часу, коли миттєве значення ia,b,c j 30 ' ' струму збурення в одній з фаз стане більшим за величину 2Isd , де Isd - значення струмової уставки, вибраної з урахуванням захисту від віддалених КЗ, проводять також аналіз виду струму збурення - є він двофазним або трифазним і у разі, якщо струм збурення трифазний, то підсумовують значення інтегралів квадратів миттєвих значень струму приросту T T  Q3   Qa,b,c j усіх трьох фаз за час періоду зміни струму значення суми квадратів миттєвих значень  Sм   і2  i2  i2 ja jb jc 35 , 0 струмів , визначають максимальне приросту усіх трьох фаз потім шляхом ділення величини сумарного для усіх трьох фаз інтеграла квадратів миттєвих значень струму приросту усіх трьох фаз Q3 на максимальне Q t sм  3 Sм , значення суми квадратів миттєвих значень струмів приросту Sм визначають час після чого за величиною t sм визначають величину коефіцієнта потужності електричного кола зі струмом збурення cos , яка пов'язана зі значенням коефіцієнта потужності cos наступною табличною залежністю cos   f t sм  : 4 UA 101084 C2 t sм cos  10,4 0,1 11,1 0,2 12,05 0,3 13,2 0,4 14,1 0,5 15,0 0,6 17,2 0,7 17,8 0,8 потім обчислюють значення симетричної складової струму приросту 3 Iф  5 Sм Ку , де Ку 18,8 0,9 Іф 20 1,0, за виразом - коефіцієнт ударності струму в електричному колі, значення якого визначають з відомої залежності K y  f cos  , після чого, виходячи з поєднання знайдених І значень наступної сукупності параметрів електричного кола, що захищається - ф , cos  і виду струму збурення, виробляють один з наступних керуючих сигналів на спрацьовування захисту: - якщо струм збурення двофазний виробляють керуючий сигнал на формування часів 10 спрацьовування селективного захисту t Q і t sd ; - якщо струм збурення трифазний, значення струму збурення більше за величину уставки миттєвого спрацьовування ("відсічки") Іі, то при будь-якому значенні cos (соs=0÷1) виробляють керуючий сигнал на миттєве спрацьовування захисту; І 15 ф - якщо струм трифазний, значення струму збурення більше за величину струмової уставки Isd, що вибрана з урахуванням забезпечення нормального запуску електродвигунів, включених в електричне коло, що захищається, то при будь-якому значенні cos (cos=0÷1) виробляють керуючий сигнал, на формування часів спрацьовування селективного захисту t Q і t sd . - якщо струм збурення трифазний, значення струму Іф більше за величину струмової I'sd , 20 уставки що вибрана з урахуванням захисту від віддалених коротких замикань, а значення cos тотожне або більше за задану величину Км (cos>KM), то виробляють керуючий сигнал на формування часів спрацьовування селективного захисту t Q і t sd ; - якщо за час, що дорівнює двом періодам зміни струму 2Т (при частоті мережі 50 Гц-2T=40 мс), не сталося спрацьовування захисту, визначають величину діючого значення струму І 25 збурення електричного кола у фазах ф , як різницю діючого значення повного струму у фазі за третій період зміни струму T3 після виникнення струму збурення Iф і діючого значення струму передісторії Ір (Iф=Iф-Ip) і у випадку, якщо значення I'sd , Іф виявиться меншим за величину уставки то виробляють керуючий сигнал на блокування формування часів спрацьовування 30 селективного захисту t Q і t sd ; і забезпечується істотне підвищення чутливості захисту до струмів віддалених КЗ; швидкодії захисту, а також спрощення алгоритму спрацьовування захисту. Підвищення чутливості до струмів КЗ забезпечується за рахунок того, що при реалізації захисту від віддаленого КЗ критерієм спрацьовування запропонованого струмового захисту є така сукупність параметрів електричного кола (вид струму збурення: дво-, або трифазний, 35 величина cos  і значення ф , яка забезпечує найбільш надійну ідентифікацію виду струму збурення електричного кола. Зокрема, підвищена чутливість захисту досягається за рахунок того що для ідентифікації І типу струму збурення, використовують не значення повного струму у фазі Іф 40 45 Іф , а величину струму збурення . А в цьому випадку завдяки тому, що безперервний моніторинг величини струму збурення здійснюється протягом дуже незначного проміжку часу - протягом одного періоду, забезпечується "відстройка" від струмів перевантаження. Дійсно, адже використання як одного з критеріїв спрацьовування захисту струму збурення, за визначенням виключає негативний вплив на точність захисту до струмів віддалених КЗ заздалегідь існуючих струмів навантаження або перевантаження. А швидкий, протягом одного півперіоду, моніторинг струму збурення, після чого в пам'яті мікропроцесора його значення "обнулюються", фактично виключає можливість у вказаний короткий відрізок часу підключення до довгої лінії, що захищається, одночасно декількох споживачів. 5 UA 101084 C2 І У запропонованому технічному рішенні визначення величини cos  , a потім і значення ф здійснюється на підставі аналізу величин інтегралів струму збурення у фазах. Тому і розрахунок І вказаних інтегралів здійснюють не після визначення величини ф , а раніше, саме у момент часу, коли миттєве значення струму збурення в одній з фаз i(а, b,с)j стає більшим за величину 5 2I'sd I' , де sd - значення струмової уставки. Це дозволяє забезпечити час спрацьовування інтегрального селективного захисту за час менший, ніж 20 мс, тобто підвищити швидкодію захисту в порівнянні з технічним рішенням, прийнятим в [1]. Використання комплексного критерію спрацьовування захисту, що включає декілька І 10 параметрів ( ф , cos  та вид струму збурення) кола, що захищається, дозволяє помітно спростити алгоритм роботи мікропроцесорного пристрою при реалізації швидкодіючого струмового захисту з високою чутливістю до струмів віддалених КЗ. Цьому сприяє і Іф запропонований спосіб визначення значень та cos  на основі аналізу інтегралів квадратів t Q a,b,c    i2a,b,c dt j 15 0 струмів збурення у фазах . Дійсно, адже розрахунок вказаних інтегралів одночасно використовується як для реалізації інтегрального захисту, так і для реалізації захисту від віддалених КЗ. Суть способу струмового захисту, що заявляється, пояснюється кресленнями (фіг. 1-4).  20 25  S ia,b,c t  2 На фіг. 1 наведені графіки залежностей при двох значеннях cos , там же проілюстрована фізична суть часу, що використовується для ідентифікації струмів віддалених КЗ. На фіг. 2 наведена залежність коефіцієнта потужності електричного кола cos  від часу tSM. На фіг. 3 наведена блок-схема, що ілюструє алгоритм роботи мікропроцесорного пристрою при реалізації запропонованого струмового захисту. На фіг. 4 наведена часострумова захисна характеристика, що формується мікропроцесорним пристроєм, при реалізації запропонованого струмового захисту. Для того, щоб зрозуміти суть способу швидкодіючого струмового захисту, що заявляється, передусім, слід розглянути фізичну суть часу tSM, використовуваного для визначення cos  одного з параметрів комплексного критерію ідентифікації виду струму збурення. t 2t     На фіг. 1 наведені залежності функції S i a,b,c  t  2  3I2 1  2е T cost   e T  для двох  ф      30 значень коефіцієнта потужності електричного кола, характерних для запуску електродвигунів (cos=0,3) і віддаленого КЗ (cos=0,7). Як витікає з фіг. 1, час tSM - це час, протягом якого термічна дія струмів збурення, сума квадратів величин яких дорівнює максимальному значенню  t 2 S i 35 a,b,c  функції , тобто SM, дорівнюватиме фактичній термічній дії струмів збурення за час, що дорівнює періоду зміни струму. По суті, це час еквівалентної термічної дії на мережу максимальної суми квадратів струмів усіх трьох фаз, яка залежить від величини коефіцієнта потужності електричного кола - cos. Математично цей еквівалентний час tSM визначається рівністю: T 45   2  S i a,b,c  t   0 40  t SM  SM , a графічна ілюстрація суті вказаного часу показана на фіг. 1. 0 Як видно з фіг. 1, при cos=0,3 і cos=0,7 значення tSM досить істотно відрізняються один від одного (12,05 і 17,2 мс відповідно), що свідчить про вагомість значень t SM для надійного визначення величини cos. На фіг. 2 наведена графічна залежність коефіцієнта потужності електричного кола cos від еквівалентного часу tSM. Табличну залежність вказаних параметрів в запропонованому способі струмового захисту використовують для визначення величини cos  і "відстройки" від пускових струмів при реалізації захисту від віддалених КЗ. Що стосується "відстройки" від струмів перевантаження при реалізації запропонованого струмового захисту, то її здійснюють за рахунок того, що, по-перше, критерієм спрацьовування захисту від струмів КЗ є не значення повного струму фази I ф, а тільки та його частина, яка обумовлена збуренням електричного кола, тобто значення струму збурення вказаного кола 6 UA 101084 C2 Іф 5 10 І . По-друге, визначення параметрів струму збурення ( ф та cos  ) здійснюється дуже швидко (протягом одного періоду зміни струму), після чого значення струму збурення в пам'яті мікропроцесора "обнулюють". Оскільки значення струму навантаження кожного з підключених до лінії, що захищається, споживачів не може бути більшим за значення робочого струму І r лінії, що захищається, струм збурення електричного кола, обумовлений підключенням одного споживача, не може бути більше робочого струму лінії Іr. А оскільки вірогідність одночасного підключення до цієї лінії декількох споживачів в короткий проміжок часу 20 мс надзвичайно мала, то запропонований струмовий захист в зоні струмів КЗ, фактично, не реагує на струми перевантаження. Залежність коефіцієнта потужності електричного кола cos від часу tSM використовують також для визначення і іншого параметра електричного кола, що входить до комплексного критерію спрацьовування запропонованого струмового захисту - величини симетричної І 15 20 І ф ф складової струму збурення . Вказану величину визначають виходячи з виразу, що зв'язує максимальне значення суми квадратів струмів збурення у фазах S M зі значеннями 2 струму збурення електричного кола і коефіцієнта ударності струму Ку-SM=3I ф·Ку. Значення коефіцієнта ударності Ку, що зв'язує величину максимального значення струму в електричному колі (ударного значення струму) з величиною cos є в довідковій і нормативній літературі. Реалізація підвищеної чутливості захисту до струмів КЗ в запропонованому технічному рішенні передбачає, що в зоні КЗ захист має не одну, а дві струмові уставки. При цьому значення однієї із струмових уставок I sd вибирається з умови, щоб захист не спрацював у разі I' 25 30 35 запуску електродвигуна, а друга струмова уставка sd вибирається з умови, щоб захист спрацював у разі виникнення віддаленого КЗ, величина струму при якому може бути меншою за значення пускового струму або струму перевантаження. Блок-схема, що ілюструє роботу мікропроцесорного розчеплювача (чи іншого пристрою захисту) при реалізації запропонованого способу швидкодіючого максимального струмового захисту з підвищеною чутливістю до струмів віддалених КЗ, наведена на фіг. 3. Окремі обчислювальні і логічні операції, які виробляє мікропроцесорний пристрій, на фіг. 3 умовно представлені у вигляді модулів. Фізично вказані модулі не існують, їх зображення потрібне для зручності викладу функціонування мікропроцесорного пристрою при реалізації запропонованого способу струмового захисту. Функціонує мікропроцесорний пристрій при реалізації запропонованого способу струмового захисту наступним чином. 1. У модулі 1 сигнали від датчиків струму у фазах а, b, с після їх аналого-цифрового перетворення заносять в оперативну пам'ять мікропроцесора, де безперервно, в ковзаючому режимі, шляхом заміни старих миттєвих значень струму у фазах новими, знаходять миттєві i значення струмів ja,b,c  за проміжок часу, що дорівнює двом періодам зміни струму (Т і Т ), р 1 i ja,b,c  визначають миттєві значення струмів збурення електричного кола , а також значення Іp та Iф. 2. У модулі 2 роблять порівняння миттєвих значень струмів збурення електричного кола ia,b,c j  2I'sd 40 ia,b,c j 45 параметрів струму збурення - виду (дво- або трифазний), значень cos та ф . i 3. У модулі 3 за знайденими значеннями струму збурення у фазах a,b,c j проводять аналіз виду струму збурення (дво- або трифазний). У разі, якщо струм двофазний, виробляють керуючий сигнал на формування часів спрацьовування селективного захисту t Q і tsd. i 4. У модулі 4, виходячи з миттєвих значень струмів збурення у фазах ja,b,c  визначають з величиною 2I'sd і у випадку виробляють сигнал на визначення І інтеграли квадратів вказаних миттєвих значень струму Q(a, b,c)j за період часу Т1, їх суму T Q3   Qa,b,c j І і еквівалентний час tsм, а потім і відповідні значення cos та ф . 5. У логічному модулі 5 виробляють сигнал на спрацьовування захисту І ("відсічка") у 0 І 50 випадку, якщо значення струму збурення ф більше за струмову уставку "відсічка" Іі і вид струму збурення - трифазний. Час спрацьовування захисту ti визначається часом визначення І величини ф і залежить від того, задане значення cos для електричного кола із струмом Iф=Ii або ні. Якщо вказане значення задане, то час спрацьовування захисту t i дорівнюватиме 7 UA 101084 C2 моменту 5 10 часу, коли сума квадратів величин  S   і 2  i 2  i 2 ja jb jc  досягне свого максимального значення SM. 6. У логічному модулі 6 виробляють сигнал на формування часів спрацьовування селективного захисту tQ і tsd. Сигнал "Так" виробляється у випадку, якщо вид струму - трифазний і значення струму збурення Iф більше за струмову уставку Isd, вибрану з урахуванням забезпечення нормального запуску електродвигунів, включених в електричне коло, що захищається, при цьому значення cos може набувати будь-якого значення в діапазоні (cos=0÷1). 7. У логічному модулі 7 виробляють сигнал на формування часів спрацьовування селективного захисту tQ і tsd. Сигнал "Так" виробляється у разі, якщо вид струму - трифазний і I' 15 20 значення струму збурення Iф більше величини струмової уставки sd , вибраної з урахуванням захисту від віддалених коротких замикань, а значення cos тотожне або більше за задану величину Км (cos>Км). 8. У модулі 8 формують сигнал на спрацьовування захисту з часом спрацювання селективного захисту tsd і tQ. Сигнал "Так" визначається моментом часу, що відповідає рівності значення інтеграла квадрата величини струму збурення в одній з фаз величині інтегральної уставки (Q(a, b,с)=Qsd). 9. У модулі 9, якщо через 40 мс після виникнення струму збурення (часу двох періодів зміни струму частоти 50 Гц) не сталося спрацьовування захисту від інтегральної уставки tQ>40 мс, визначають значення струму збурення як різницю значень повного струму у фазі I ф і струму передісторії Іp. При цьому значення струму I ф визначають методом інтегрування миттєвих значень струму у фазах за третій період Т 3. 10. У модулі 10 порівнюють значення струму збурення Iф, визначеного методом інтегрування миттєвих значень з величиною струмової уставки 25 30 35 40 I I'sd , вибраної з урахуванням  I' ф sd захисту від віддалених коротких замикань, і у випадку, якщо виробляють керуючий сигнал "Ні" в модуль 8 формування часів селективного захисту t Q і tsd. Тим самим блокують формування часів спрацьовування селективного захисту, розпочате раніше керуючими сигналами з модулів 6, 7 і 8. Мікропроцесорний розчеплювач вимикача (чи іншого мікропроцесорного пристрою) при роботі за наведеним вище алгоритмом формує нову захисну, досконалішу в порівнянні з існуючими, часострумову характеристику струмового захисту, яка наведена на фіг. 4. Ділянка 1-2 часострумової характеристики захисту формується так само, як і існуючі захисти від струмів перевантаження - час спрацьовування tC залежить від величини повного струму у фазі. Перехід від часострумової характеристики зони перевантаження (L) до часострумової характеристики зони КЗ (S), залежно від типу струму збурення, може відбуватися або по лінії 23, коли величина струму збурення Iф більша за величину струмової уставки Isd, вибраної з урахуванням забезпечення пуску електродвигуна, або по ламаній лінії 2-7-8 у разі віддаленого КЗ (чи реалізації режиму резервування). Якщо струм збурення електричного кола Iф ідентифікований як пусковий струм електродвигуна, то струмова уставка захисту, по суті, I' збільшується від величини уставки віддаленого КЗ sd до величини уставки Іsd, вибраної з умови можливості запуску електродвигуна, що і відображене на фіг. 4. Відрізок часострумової характеристики від струму, що дорівнює уставці віддаленого КЗ (чи I 45 50 55  I' резервування) ф sd , до струму, що дорівнює уставці "відсічення" Iф=Ii, формується часовим і інтегральним модулями (див. фіг. 3). Обидва вказані модулі паралельно формують час спрацьовування селективного захисту по двох різних залежностях. Час спрацьовування, що формується часовим модулем, не залежить від значення струму електричного кола tc=tsd=const, а час спрацьовування tQ, що формується інтегральним модулем, визначається величиною інтеграла квадрата струму, що протікає у фазі, тобто знаходиться в зворотній залежності від квадрата величини діючого значення струму. Завдяки такому паралельному формуванню часів спрацьовування і забезпечується оптимальна захисна характеристика селективного захисту. При порівняно невеликих струмах час спрацьовування обмежується значенням фіксованої витримки часу tc=tsd=const (ділянки 8-4, або 9-4). При значних значеннях струму Iф (ділянка 9-10), часи спрацьовування захисту tc виявляються невеликими внаслідок того, що інтегральна уставка Qsd, забезпечуючи селективність, враховує особливості роботи 8 UA 101084 C2 5 10 15 20 25 вимикача, що стоїть нижче, при великих струмах КЗ - зменшення часу відключення (з 40-50 мс при невеликих струмах до 5-7 мс при великих), а також і обмеження струму КЗ. В результаті цього інтеграл відключення вимикача, що стоїть нижче, електричного кола з великим струмом КЗ виявляється значно меншим інтеграла відключення цього ж електричного кола вимикачем, що стоїть вище, з фіксованою витримкою часу на відключення. Тому за наявності у вимикача інтегральної уставки Qsd, величина якої вибирається в два рази більшою, ніж значення інтеграла відключення електричного кола апаратом, що стоїть нижче, час спрацьовування селективного захисту виходить значно меншим за умисну затримку спрацьовування (часової уставки tsd). На фіг. 4 таке зниження часу спрацьовування селективного захисту характеризується ділянкою 4-10. У разі перевищення струмом збурення Iф значення уставки "відсічки" Ii захист спрацьовує без умисної затримки спрацьовування - ділянка 10-5-6. Таким чином, спосіб струмового захисту, що пропонується, формує більш досконалі часострумові характеристики захисту і тим самим реалізує поставлене у основу винаходу задачу - забезпечує, як високу чутливість до струмів віддалених КЗ, так і, обумовлений вказаною високою чутливістю до струмів КЗ режим резервування, а також забезпечує швидкодію селективного захисту. Джерела інформації: 1. Пат. 73195 України МПК Н 02 Н 3/08 Спосіб максимального струмового захисту електроустановок / Г.М. Гапоненко, Ю.М. Агафонов, С.Г. Рассомахін, В.М. Шлокін. - № 2003010807. Заявлено 30.01.2003; Опубл. 15.06.2005, Бюл. № 6. 2. Пат. 81981 України МПК Н 02 Н 7/00, Н 01 Н 73/00 Система захисту розгалужених трифазних електричних кіл від струмів віддалених коротких замикань / Г.М. Гапоненко, В.В. Омельченко, О.С. Кобозев. - № а200604596. Заявлено 25.04.2006; Опубл. 25.02.2008, Бюл. № 4. 3. Венцель Е.С. Теория вероятности и еѐ инженерные приложения. - М., Академия, 2003.455 с. 30 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 Спосіб швидкодіючого максимального струмового захисту з високою чутливістю до струмів віддалених коротких замикань, відповідно до якого здійснюють вимір миттєвих значень струму в кожній з трьох фаз і їх аналого-цифрове перетворення, при цьому визначення миттєвих значень струму і j здійснюють через однакові проміжки часу t безперервно із зрушенням часового інтервалу t u на величину чергового відліку значення струму і j , здійснюють вимір миттєвого значення струму збурення електричного кола і j , як приросту миттєвої величини струму в кожній фазі електричного кола і jT1 , протягом першого поточного періоду зміни струму T1 та 40 аналогічних значень струму і jTp в попередній період зміни струму Tp - струму передісторії i j   i jT1  i jTp , визначають діюче значення струму передісторії Ір , здійснюють розрахунок t  величин інтеграла квадрата миттєвих значень приросту струму в кожній фазі Qa,b,c   i2a,b,c dt , j 0 45 які порівнюють зі значенням інтегральної уставки Qsd , при цьому момент часу, що відповідає рівності значень - Qa,b,c   Qsd , використовують для формування часу спрацьовування інтегрального селективного захисту t Q , який відрізняється тим, що розрахунок величин t  інтегралів квадрата миттєвих значень приросту струму в кожній фазі Qa,b,c   i2a,b,c dt j 0 проводять у момент часу, коли миттєве значення струму збурення в одній з фаз ia,b,c j стане 50 більшим за величину 2I'sd , де I I'sd - значення струмової уставки, вибраної з урахуванням захисту від віддалених КЗ, проводять також аналіз виду струму збурення - є він двофазним або трифазним і у разі, якщо струм збурення трифазний, то підсумовують значення інтегралів квадратів миттєвих значень струму приросту усіх трьох фаз за час періоду зміни струму 9 UA 101084 C2 T T  Q3   Q a,b,c j , визначають максимальне значення суми квадратів миттєвих значень струмів 0 приросту усіх трьох фаз Sм  і 2 ja   i2  i2 , потім шляхом ділення величини сумарного для jb jc усіх трьох фаз інтеграла квадратів миттєвих значень струму приросту усіх трьох фаз Q 3 на максимальне значення суми квадратів миттєвих значень струмів приросту Sм визначають час 5 t sм  Q3 , Sм після чого за величиною t sм визначають величину коефіцієнта потужності електричного кола зі струмом збурення cos  , яка пов'язана зі значенням коефіцієнта потужності cos  наступною табличною залежністю cos   f t sм  : t sм cos  10 10,4 0,1 11,1 0,2 12,05 0,3 13,2 0,4 14,1 0,5 15,0 0,6 17,2 0,7 17,8 0,8 потім обчислюють значення симетричної складової струму приросту 3Iф  18,8 0,9 Іф 20 1,0, за виразом Sм , де К у - коефіцієнт ударності струму в електричному у колі, значення якого Ку визначають з відомої залежності K y  f cos  , після чого, виходячи з поєднання знайдених значень наступної сукупності параметрів електричного кола, що захищається - Іф , cos  і виду 15 20 струму збурення, виробляють один з наступних керуючих сигналів на спрацьовування захисту: якщо струм збурення двофазний, виробляють керуючий сигнал на формування часів спрацьовування селективного захисту t Q та t sd ; якщо струм збурення трифазний, значення струму збурення більше за величину уставки миттєвого спрацьовування ("відсічки") Ii , то при будь-якому значенні cos  ( cos   0  1) виробляють керуючий сигнал на миттєве спрацьовування захисту; якщо струм трифазний, значення струму збурення Іф більше за величину струмової уставки Isd , що вибрана з урахуванням забезпечення нормального запуску електродвигунів, включених в електричне коло, що захищається, то при будь-якому значенні cos  ( cos   0  1) виробляють керуючий сигнал, на формування часів спрацьовування селективного захисту t Q та t sd .; якщо струм збурення трифазний, значення струму Іф більше за величину струмової уставки 25 I'sd , що вибрана з урахуванням захисту від віддалених коротких замикань, а значення cos  30 тотожне або більше за задану величину K м ( cos   K м ), то виробляють керуючий сигнал на формування часів спрацьовування селективного захисту t Q і t sd ; якщо за час, що дорівнює двом періодам зміни струму 2Т (при частоті мережі 50 Гц-2Т=40 мс), не сталося спрацьовування захисту, визначають величину діючого значення струму збурення електричного кола у фазах Іф , як різницю діючого значення повного струму у фазі за третій період зміни струму T3 після виникнення струму збурення Іф і діючого значення струму передісторії Ip Iф  Іф  Ір  і у випадку, якщо значення Іф виявиться меншим за величину уставки I'sd , то виробляють керуючий сигнал на блокування формування часів спрацьовування селективного захисту t Q і t sd . 10 UA 101084 C2 11 UA 101084 C2 12 UA 101084 C2 13 UA 101084 C2 Комп’ютерна верстка Л. Купенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 14