Максимальная токовая защита

Что такое МТЗ? Это максимальная токовая защита — вид релейной защиты, который широко используется в электрических сетях. Ее действие связано с увеличением силы тока в защищаемой цепи при возникновении короткого замыкания. Это наиболее распространенный вариант защиты электросетей. Ею оснащаются ЛЭП, силовые трансформаторы, кабельные линии и мощные двигатели.

Содержание:

Устройство и принцип действия максимальной токовой защиты

Принцип действия МТЗ основан на использовании реле. Оно устанавливается в начале линии, то есть со стороны генератора либо трансформатора питающей подстанции. Если возникает короткое замыкание, ток в сети увеличивается. При превышении установки на защищаемой линии сначала срабатывает датчик тока, а за ним с определенной задержкой срабатывает реле времени. При этом выключатель переводится в положение "выключено".

Важно, что:

• отключение происходит не на начальной стадии возрастания тока, а с небольшой задержкой – это необходимо для предотвращения ложных срабатываний, а длительность задержки определяется таким образом, чтобы возрастание тока не повредило защищаемой цепи;
• отключается только зона с поврежденным участком, а не вся сеть;
• после ликвидации причины, вызвавшей размыкание контактов, реле автоматически переводится в исходное положение.

Это простая и эффективная схема, которая предотвращает серьезные повреждения линий электропередач, жил кабелей и шин на подстанциях и устройствах-потребителях, например, на мощных электродвигателях и других электроустановках.

Важная характеристика токовой защиты – селективность, позволяющая избирательно реагировать на разные ситуации. Этим термином обозначают подбор устройств в одной системе, благодаря которому при возникновении короткого замыкания (КЗ) отключение выполняется одним автоматом, который расположен ближе всего к месту, где оно возникло. МТЗ участка, который находится ближе всего к источнику питания, действует с большей выдержкой времени. Величина, на которую отличается выдержка от того же параметра следующего устройства МТЗ, – это ступень селективности.

Отличие от токовой отсечки

Токовая отсечка – еще один метод защиты линий от коротких замыканий. Он выполняет ту же функция, что и токовая защита – отключает линию при перегрузке. Но у него есть важное отличие: в отличие от МТЗ, токовая отсечка при возникновении КЗ отключает напряжение практически мгновенно. Она не предусматривает задержки по времени.

Ключевые достоинства токовой отсечки – простота и надежность. Она позволяет мгновенно обесточить защищаемую цепь в критической ситуации и применяется, в частности, в бытовых электросетях: могут применяться плавкие предохранители или пакетные автоматы. Однако у этого типа защиты есть серьезный недостаток: она срабатывает даже при незначительном по времени превышении допустимых параметров. Чтобы возобновить подачу электроэнергии, нужно:

• устранить причину отключения;
• включить автомат или заменить предохранитель – для этого потребуется участие человека.

На этот минус можно не обращать внимания, если речь идет о бытовой электросети. Однако при защите разветвленных линий электропередач он будет критичным, поэтому применяется не токовая отсечка, а МТЗ.

Примеры использования защиты

МТЗ позволяет решать следующие задачи:

• защиту электросетей и кратковременных перегрузок;
• локализацию и обезвреживание межфазных коротких замыканий;
• обесточивание трансформаторов тока при возникновении аварийных ситуаций;
• дополнительную защиту при запуске мощного электрооборудования.

Один из бесспорных плюсов защиты максимальной токовой – эффективность при пуске двигателей. В этом случае особенно важна задержка по времени. Дело в том, что на старте происходит существенное увеличение пусковых токов, и защита может отреагировать на это как на аварийную ситуацию. Но принцип работы МТЗ, как говорилось выше, подразумевает некоторую задержку срабатывания. За счет этого защитное устройство игнорирует кратковременное превышение допустимых параметров тока, причиной которого является пуск или самозапуск электродвигателей. Показатели тока приближаются к норме, причины для аварийного отключения исчезают, поэтому ложного срабатывания не происходит.

Выбор тока срабатывания защиты

Надежность и стабильность работы МТЗ во многом зависят от того, насколько точно настроены параметры тока срабатывания. Реле должно обесточивать цепь в аварийной ситуации, но при этом важно, чтобы на него не влияли параметры тока нагрузки, а также кратковременные всплески, вызванные, например, пуском двигателей.

Среднее значение тока, на которое должно реагировать реле, определяется в соответствии со следующим принципом: минимальный первичный ток, при котором срабатывает защита, должен быть больше предельного значения тока нагрузки.

Ток возврата реле в исходное положение определяется таким образом, чтобы его было достаточно для повторного замыкания контактов. Для этого коэффициент надежности нужно умножить на коэффициент самозапуска и на величину максимального рабочего тока.

Также вводится коэффициент возврата, который рассчитывается следующим образом: ток возврата делится на минимальный первичный ток. Это нужно, чтобы максимально сблизить токи возврата и срабатывания. В идеале коэффициент возврата должен равняться 1. Но на практике добиться этого не получается, поэтому значение будет немного меньше единицы.

Чем выше коэффициент возврата, тем более чувствительной будет защита. Важно, чтобы она была достаточно эффективной, но при этом не вызывала частые неоправданные отключения.

Виды МТЗ

Есть несколько видов максимальной токовой защиты. Выбор между ними определяется условиями, которые необходимо создать для бесперебойной работы электрооборудования.

МТЗ с независимой от тока выдержкой времени. Вне зависимости от перегрузки выдержка времени не меняется, а при определении установки периода, достаточного для активации реле, учитывают ступени селективности.

МТЗ с зависимой от тока выдержкой времени. В этом случае длительность выдержки зависит от величины тока и нескольких других параметров, причем зависимость не является линейной. При расчете обычно ориентируются на принцип "чем больше сила тока, тем быстрее производится отключение". МТЗ этого типа обеспечивает гибкое реагирование на аварийные ситуации и используется в цепях, где возможны опасные перегрузки.

МТЗ с ограниченно зависимой от тока выдержкой времени. Такая защита предполагает две ступени защиты – зависимую и независимую. Она эффективно реагирует как на малое превышение, так и на большой критичный ток.

МТЗ с блокировкой минимального напряжения. Этот вид защиты оптимален, если нужно предотвратить отключение при пусковых токах. Уставка задается на падение напряжения, реле не будет реагировать на кратковременные резкие скачки тока в сети.

Примеры схем максимальной токовой защиты

Достоинства и недостатки максимальной токовой защиты заметно проявляются при использовании разных схем. В зависимости от того, какую задачу требуется решить, используют двух- и трехфазные схемы МТЗ.

Двухфазная схема может строиться на одном или двух реле. Она используется в тех случаях, когда необходимость в токовой защите есть только при межфазных коротких замыканиях.

Двухфазная схема МТЗ с одним реле

Ее основное достоинство – экономичность. Недостатками являются:

• низкая надежность – МТЗ не будет работать, если единственное реле выйдет из строя;
• меньшая чувствительность по сравнению с системами, в которых используются два реле.

Двухфазная схема МТЗ с двумя реле

Это более экономичный по сравнению с трехфазными схемами вариант. Он обеспечивает защиту от всех межфазных КЗ на линии. Основной минус – более низкая по сравнению с трехфазной схемой чувствительность. Ее можно повысить, если использовать не два, а три реле.

Трехфазная схема МТЗ

Такие системы особенно надежны. Они реагируют на однофазные и межфазные КЗ и могут использоваться в сетях с глухозаземленной нейтралью.

МТЗ – не единственный вид защиты электрических цепей. Бесперебойная работа электросетей обеспечивается за счет использования комплексной защиты, в состав которой также могут входить автоматическая частотная разгрузка, дифференциально-фазная защита и другие решения.