Релейная защита: разбираемся с токовыми защитами

Привет, друзья-электрики! Сегодня мы продолжаем говорить о релейной защите, и на повестке дня — токовые защиты. Это основа основ в нашей профессии, так что давайте разберем, что к чему, и попробуем сделать это так, чтобы всё было понятно даже тем, кто только начинает свой путь в релейке. Я, как человек, который не один год провёл в наладке и эксплуатации защит, постараюсь рассказать всё по-человечески, с примерами и без лишнего пафоса.

Что такое токовые защиты?

Токовые защиты — это механизмы, которые спасают наши сети и оборудование от аварий, таких как короткие замыкания или перегрузки. К ним относятся:

• Токовая отсечка (ТО);
• Максимальная токовая защита (МТЗ);
• Защита от перегрузки;
• Защита от замыканий на землю (в сетях с изолированной нейтралью — отдельная тема, сегодня её не трогаем).

Основная задача первых двух — ликвидировать межфазные короткие замыкания (КЗ). Но чем они отличаются друг от друга? Давайте по порядку.

Токовая отсечка: быстро и чётко

Токовая отсечка — это защита, которая срабатывает мгновенно, как только ток превышает заданную уставку. Её главная фишка — контроль только своего участка линии. Например, если у нас есть линия, идущая от подстанции ТП-1 к ТП-2, отсечка на выключателе ТП-1 будет защищать строго эту линию. Уставка отсечки рассчитывается по току КЗ в конце защищаемого участка.

Но тут есть нюанс. Если ток КЗ в конце линии почти такой же, как за шинами ТП-2, зоны действия отсечек на выключателях ТП-1 и ТП-2 могут пересечься. Что это значит? Если КЗ произойдёт где-то в этой зоне пересечения, отключатся оба выключателя — и ТП-2 останется без питания. Это называется неселективное отключение, и нам оно не нравится.

Чтобы этого избежать, иногда в токовую отсечку добавляют небольшую выдержку времени. Чем дальше от источника питания, тем меньше эта выдержка. Например, на ТП-2 защита сработает быстрее, чем на ТП-1, даже если токи срабатывания одинаковы. Это помогает локализовать аварию и не гасить всю подстанцию.

Ещё один момент: токовая отсечка должна отстраиваться от номинального режима работы. То есть она не должна срабатывать на пусковые токи электродвигателей или другие кратковременные броски тока, связанные с нормальной эксплуатацией. Иначе будем ловить ложные отключения, а это никому не нужно.

Неселективная токовая отсечка: экзотика или необходимость?

Есть ещё один вид отсечки, с которым я сталкивался нечасто, — неселективная токовая отсечка. Это когда отсечки на двух последовательных выключателях настроены на одинаковое время срабатывания (обычно минимальное, 0 секунд). Если КЗ происходит в зоне действия выключателя ТП-2, ток может захватить и выключатель ТП-1. Оба сработают одновременно, и ТП-2 обесточится.

Чтобы вернуть питание, используется автоматическое повторное включение (АПВ). Если КЗ было за выключателем ТП-2, АПВ на ТП-1 сработает успешно, и линия вернётся в работу. Но если КЗ в зоне ТП-1, АПВ будет неуспешным — выключатель снова отключится. Минус такого подхода очевиден: неселективное отключение гасит подстанцию, а это может остановить технологические процессы. Но иногда, в сложных схемах, без этого не обойтись.

Максимальная токовая защита (МТЗ): дальний резерв

Теперь переходим к МТЗ. Её принцип действия похож на токовую отсечку: она тоже реагирует на превышение тока. Но у МТЗ есть выдержка времени, и она настраивается на защиту не только своего участка, но и выполняет роль дальнего резерва. Например, если выключатель на ТП-2 отказал, МТЗ на ТП-1 должна сработать и спасти ситуацию.

Выдержка времени у МТЗ тем больше, чем ближе защита к источнику питания. На ТП-2 она будет меньше, чем на ТП-1. Уставка тока для МТЗ на ТП-1 рассчитывается по току КЗ в конце линии, защищаемой выключателем ТП-2. Это позволяет МТЗ быть резервом для нижестоящих защит.

МТЗ бывает двух типов:

1. С независимой выдержкой времени: время срабатывания фиксировано (например, 0,2 с на ТП-2 и 0,4 с на ТП-1).
2. С обратно зависимой выдержкой времени: чем больше ток, тем быстрее срабатывает защита. Такой тип часто используется и для защиты от перегрузки.

Защита от перегрузки: спасение оборудования

Защита от перегрузки — это не про КЗ, а про недопустимые режимы работы оборудования. Например, для электродвигателя перегрузка — это ток выше номинального, но с учётом времени пуска. Защита должна дать двигателю время раскрутиться, чтобы пусковой ток не вызвал ложное срабатывание. Для трансформатора перегрузка — это превышение номинального тока первичной обмотки, и время срабатывания защиты определяется по паспортным данным трансформатора.

МТЗ с пуском по напряжению

Есть ещё один интересный вид защиты — МТЗ с пуском по напряжению (или с блокировкой по напряжению). Она срабатывает, только если ток превысил уставку и напряжение в сети упало ниже заданного порога. Это помогает отличить КЗ от обычного тока нагрузки. Если напряжение не просело, защита считает, что всё в порядке, и не срабатывает.

Коэффициент возврата реле: мелочь, а важно

При расчёте уставок защит обязательно учитывается коэффициент возврата реле. Это отношение тока, при котором реле отпускает контакты, к току срабатывания. Для токовых реле он всегда меньше единицы. Почему это важно? Если после КЗ ток в линии вернулся к номинальному, но оказался ниже тока возврата реле, защита может остаться в “залипшем” состоянии и отключить линию неселективно. Поэтому при проектировании этот параметр всегда держат в голове.

МТЗ нулевой последовательности (МТЗ НП)

В сетях с эффективно заземлённой нейтралью (110 кВ и выше) используется МТЗ нулевой последовательности (МТЗ НП). Она реагирует на токи, возникающие при замыкании на землю. Такие токи появляются в нулевом проводе схемы соединения трансформаторов тока (например, в схеме “полная звезда”). МТЗ НП может быть многоступенчатой:

• Первая ступень — аналог токовой отсечки, защищает часть линии с нулевой выдержкой.
• Вторая ступень — отсечка с небольшой выдержкой, перекрывает зону следующей защиты.
• Третья ступень — аналог МТЗ, выполняет дальнее резервирование.

Чтобы обеспечить селективность в сетях с двусторонним питанием, МТЗ НП часто делают направленной. Для этого используют реле направления мощности, которые анализируют угол между напряжением и током нулевой последовательности. Если КЗ произошло за “спиной” защиты, она не сработает.

Заключение

Токовые защиты — это основа релейной защиты. Токовая отсечка и МТЗ решают разные задачи, но вместе обеспечивают надёжную защиту сетей и оборудования. Главное — грамотно рассчитать уставки и учесть все нюансы, такие как коэффициент возврата реле или выдержки времени. В следующих статьях разберём дистанционные защиты и практические схемы реализации. Если что-то непонятно — пишите в комментариях, разберёмся вместе!

До встречи на подстанции! 😉

---