ТОКИ В СЕТИ
Вход

Забыли пароль?

Регистрация

Пояснения к расчёту токов КЗ и релейной защиты

В этом разделе объясняется, как читать результаты автоматического расчёта МТЗ вводов, секционного выключателя (СВ) и дифференциальной защиты трансформатора.

Важно: расчёт на сайте является инженерным расчётом по введённым исходным данным. Выбор окончательных уставок релейной защиты должен выполняться с учётом схемы сети, характеристик оборудования, требований энергоснабжающей организации и действующих нормативных документов.
МТЗ вводов и СВ Как формируются токи Коэффициент чувствительности Выдержка времени Дифференциальная защита Как читать результат
1. Что такое МТЗ и зачем она нужна

МТЗ — максимальная токовая защита. Она предназначена для отключения повреждённого участка сети при возникновении токов короткого замыкания или недопустимой перегрузки, если выбранная ступень защиты это предусматривает.

⚡
Контроль тока Защита сравнивает измеренный ток с установленным током срабатывания.
⏱
Выдержка времени При необходимости отключение выполняется с заданной задержкой для обеспечения селективности.
🛡
Селективность Ближайшая к месту повреждения защита должна отключить повреждённый участок раньше вышестоящей защиты.

В расчёте сайта МТЗ может рассчитываться для:

  • ввода высокого напряжения;
  • ввода низкого напряжения;
  • секционного выключателя (СВ);
  • других присоединений — в зависимости от выбранной схемы.
2. Откуда берутся токи короткого замыкания

Первым этапом расчёта является определение токов короткого замыкания в характерных точках электрической сети.

Для трансформатора в расчёте учитываются, в частности:

  • номинальная мощность трансформатора;
  • номинальные напряжения обмоток;
  • напряжение короткого замыкания Uк;
  • схема соединения обмоток;
  • сопротивления элементов сети;
  • режим работы сети.

Максимальный и минимальный ток КЗ

Величина Для чего используется
Iк.max Используется для проверки отключающей способности, термической и динамической стойкости оборудования, а также отдельных условий работы защиты.
Iк.min Особенно важен для проверки чувствительности защиты. Даже при минимальном токе повреждения защита должна надёжно определить КЗ в своей зоне.
Практический смысл: максимальный ток показывает, насколько «тяжёлым» может быть КЗ для оборудования, а минимальный — сможет ли защита гарантированно почувствовать повреждение.
3. Почему в расчёте появляются первичные и вторичные токи

Реле защиты обычно не подключается непосредственно к силовой цепи. Ток в реле поступает от трансформатора тока (ТТ).

Поэтому в расчёте необходимо перейти от первичного тока сети к току во вторичной цепи ТТ.

I2 = I1 / KТТ

где I1 — первичный ток, I2 — вторичный ток, KТТ — коэффициент трансформации ТТ.

Например, для ТТ с коэффициентом трансформации 100/5 первичный ток 100 А соответствует вторичному току 5 А.

Поэтому значения уставки в амперах необходимо всегда рассматривать вместе с тем, к какой стороне трансформатора и к какому ТТ они относятся.
4. Что такое коэффициент чувствительности Кч

Коэффициент чувствительности Кч показывает, насколько ток повреждения превышает ток, при котором должна сработать защита.

Kч = IКЗ,min / Iс.р.

В зависимости от схемы защиты и места КЗ в расчёте могут использоваться дополнительные коэффициенты схемы, трансформации и другие поправочные коэффициенты.

Как понимать результат

Чем больше Кч, тем увереннее защита реагирует на минимальный ток короткого замыкания в рассматриваемой точке.

Результат Смысл
Кч достаточен Защита имеет необходимую чувствительность по принятому критерию расчёта.
На границе Чувствительность требует дополнительного внимания и проверки исходных данных.
Кч недостаточен При минимальном КЗ ток может оказаться недостаточным для надёжного срабатывания защиты.
Важно: проверка чувствительности — одна из ключевых частей расчёта МТЗ. Просто выбрать ток срабатывания ниже рабочего тока недостаточно.
5. Что означает «ток срабатывания»

Iс.р. — ток, при достижении которого измерительный орган защиты должен начать работу в соответствии с принятой характеристикой.

В расчёте он выбирается не произвольно. Уставка должна одновременно удовлетворять нескольким условиям:

  1. Не срабатывать от нормальной нагрузки.
    Рабочий ток оборудования должен быть меньше принятой уставки с необходимым запасом.
  2. Иметь необходимую чувствительность.
    При минимальном КЗ ток должен обеспечивать требуемое значение коэффициента чувствительности.
  3. Обеспечивать селективность.
    Защита должна согласовываться с нижестоящими и вышестоящими ступенями.
  4. Соответствовать диапазону реле.
    Полученная расчётная величина должна быть реализуема выбранным устройством защиты.
6. Что означает выдержка времени

Выдержка времени t определяет задержку отключения после достижения током порога срабатывания.

Основная задача выдержки времени в МТЗ — обеспечить селективность.

Принцип селективности

Нижестоящая защита

Должна отключить повреждение первой, если КЗ находится в её зоне.

Вышестоящая защита

Получает дополнительную выдержку времени и действует как резервная.

СВ

Настройки секционного выключателя согласуются с защитами вводов и отходящих присоединений.

Поэтому в итоговом расчёте можно увидеть несколько ступеней защиты с разными выдержками времени.

Чем ближе защита находится к месту повреждения, тем раньше она, как правило, должна отключить аварийный участок.
7. Расчёт МТЗ секционного выключателя (СВ)

Секционный выключатель соединяет две секции шин. Его защита должна быть согласована с защитами обоих вводов и с защитами присоединений секций.

При расчёте МТЗ СВ учитываются:

  • рабочий ток секции;
  • токи КЗ в соответствующих режимах;
  • токи срабатывания защит вводов;
  • требования селективности;
  • коэффициент чувствительности;
  • выбранная выдержка времени.

Почему у СВ может получиться другая уставка?

СВ работает в другой точке схемы и «видит» токи иначе, чем вводной выключатель. Поэтому нельзя просто скопировать уставку ввода на секционный выключатель.

Итоговая уставка СВ должна рассматриваться как часть общей системы селективности подстанции, а не как самостоятельная величина.
8. Как работает дифференциальная защита трансформатора

Дифференциальная защита трансформатора предназначена прежде всего для быстрого отключения повреждений внутри зоны, ограниченной трансформаторами тока, установленными по сторонам трансформатора.

Основной принцип основан на сравнении токов по сторонам защищаемого трансформатора.

Iдиф ≈ |I1 − I2|

В реальном расчёте токи предварительно приводятся к сопоставимому виду с учётом коэффициентов трансформации, группы соединения обмоток и схемы соединения ТТ.

Почему токи сторон трансформатора нельзя просто сравнить?

У силового трансформатора токи на стороне высокого и низкого напряжения различаются. Кроме того, группа соединения обмоток создаёт фазовый сдвиг.

Поэтому в расчёте учитываются:

  • коэффициенты трансформации ТТ;
  • номинальные токи сторон трансформатора;
  • схемы соединения ТТ;
  • группа соединения силового трансформатора;
  • токи небаланса;
  • требования чувствительности дифференциальной защиты.
9. Что происходит в расчёте дифзащиты на реле РНТ-565

В представленных расчётах используется реле РНТ-565. Для него важно правильно определить токи в реле после приведения токов сторон трансформатора к принятой схеме.

В расчёте последовательно определяются:

  1. Номинальные токи трансформатора по сторонам.
  2. Коэффициенты трансформации трансформаторов тока.
  3. Вторичные токи, поступающие в схему защиты.
  4. Схема соединения ТТ и соответствующие коэффициенты схемы.
  5. Ток небаланса и расчётный ток срабатывания.
  6. Проверка чувствительности дифференциальной защиты.
  7. Выбор ближайшей реализуемой уставки реле.
Значение, которое появляется после строки вроде «расчёт повторяется для нового значения...», означает, что после выбора реальной ступени уставки расчёт необходимо выполнить повторно и проверить полученный результат.
10. Что такое ток небаланса в дифференциальной защите

Даже при отсутствии повреждения внутри трансформатора токи, приведённые к схеме дифференциальной защиты, не всегда полностью компенсируют друг друга.

Причинами могут быть:

  • погрешность трансформаторов тока;
  • различие коэффициентов трансформации;
  • переключение ответвлений трансформатора;
  • переходные процессы;
  • неточность приведения токов;
  • особенности схемы соединения ТТ.

Возникающий при этом ток называется током небаланса.

Уставка дифференциальной защиты должна быть выше возможного небаланса, иначе защита может сработать при внешнем КЗ или нормальном режиме.
11. Как читать итоговую таблицу расчёта

В таблицах расчёта на сайте рядом с вычисленным значением могут отображаться дополнительные контрольные значения и признаки выполнения условия.

Обозначение Что означает
Iк Ток короткого замыкания.
Iс.р. Ток срабатывания защиты.
Кч Коэффициент чувствительности.
tс.з. Выдержка времени срабатывания защиты.
Kсх Коэффициент схемы, учитывающий способ включения измерительных трансформаторов и реле.
ТТ Трансформатор тока.
СВ Секционный выключатель.

Зелёное выделение

Обычно означает, что соответствующее расчётное условие выполнено и выбранная величина проходит проверку.

Красное или предупреждающее выделение

Означает, что выбранная уставка или условие требует дополнительной проверки либо не выполняется.

Не следует автоматически принимать любую подсвеченную величину как окончательную уставку. Необходимо проверить всю цепочку расчёта: нагрузку, КЗ, чувствительность, селективность, диапазон реле и реальные коэффициенты ТТ.
12. Пример чтения результата расчёта

Допустим, расчёт показывает:

Iс.р. = 75 А     Kч = 2,71     t = 6,24 с

Пользователю следует понимать это следующим образом:

  • 75 А — выбранный ток срабатывания соответствующей ступени защиты;
  • 2,71 — рассчитанная чувствительность в рассматриваемом режиме;
  • 6,24 с — принятая выдержка времени;
  • эти значения необходимо оценивать совместно с другими защитами схемы.
Если после выбора стандартной уставки расчёт показывает другое значение Кч, это нормально: проверяется уже реально выбранная ступень защиты, а не только первоначально рассчитанное значение.
13. Общая последовательность расчёта на сайте
  1. Ввод исходных данных.
    Мощность, напряжение, параметры трансформатора, коэффициенты ТТ и другие параметры схемы.
  2. Расчёт токов короткого замыкания.
    Определяются максимальные и минимальные токи КЗ в необходимых точках.
  3. Пересчёт токов через ТТ.
    Первичные токи переводятся во вторичные токи, которые «видит» реле.
  4. Определение тока срабатывания.
    Учитываются рабочая нагрузка, чувствительность и условия селективности.
  5. Выбор выдержки времени.
    Уставка согласуется с соседними защитами.
  6. Проверка чувствительности.
    Проверяется работа защиты при минимальном КЗ.
  7. Проверка выбранной стандартной уставки.
    После округления до реально доступной ступени расчёт выполняется повторно.
  8. Для дифзащиты — дополнительный расчёт небаланса и токов в реле.
14. Что проверить перед применением расчёта

Перед использованием полученных уставок в реальной релейной защите необходимо проверить:

  • правильность однолинейной схемы;
  • мощность и напряжения трансформаторов;
  • коэффициенты трансформаторов тока;
  • схему соединения ТТ;
  • группу соединения силового трансформатора;
  • максимальные и минимальные режимы сети;
  • рабочие токи нагрузки;
  • чувствительность всех ступеней защиты;
  • селективность между защитами;
  • реальный диапазон и дискретность уставок применяемого реле или терминала;
  • требования эксплуатирующей организации.
Расчётная программа не заменяет проверку проектировщиком. Если исходные данные введены неправильно, математически корректный расчёт также даст неправильный результат.
Tokikz.ru — расчёт токов короткого замыкания и параметров релейной защиты.
Пояснения предназначены для понимания результатов расчёта. Для рабочего проекта необходимо руководствоваться действующими нормативными документами, паспортными данными оборудования и проектными требованиями конкретного объекта.