Зависимые времятоковые характеристики защит. Часть 1

В данной серии статей мы рассмотрим виды зависимых защитных кривых, принципы их построения и область применения.

Большинство примеров будет выполнено в программе для построения карты селективности Гридис-КС (PRO), однако их можно и даже нужно повторить вручную, для лучшего понимания вопроса.

Рекомендуется для специалистов проектных организаций (сектор расчета уставок РЗА).

1. Виды зависимых времятоковых характеристик

Наиболее известными являются зависимые характеристики согласно ГОСТ МЭК 60255-151-2014. Зависимые характеристики в данном документе описываются формулой вида

Рис.1. Общая формула зависимых кривых согласно ГОСТ МЭК 60255-151-2014

Однако, в отечественной практике данную формулу принято представлять в следующем виде

Рис.2. Общая формула зависимых кривых в отечественной лит-ре

где K, α, β – определенные коэффициенты, а I*=I/Iс.з. – относительный ток срабатывания защиты.

Видно, что данные формулы практически идентичны, за исключением второго слагаемого TMS*c, которое отвечает за перемещение кривой вдоль оси времени. При задании кривой при помощи точки согласования защит, а не посредством коэффициента К формулы становятся полностью идентичными. Далее будет рассматривать построение зависимых кривых согласно формуле на Рис.2

Уставками (настраиваемыми величинами) в этой формуле являются параметры Iс.з. и K. Коэффициенты α и β, для определенного типа кривой, являются известными величинами

Наиболее известными и часто применяемыми зависимыми времятоковыми характеристиками у нас в стране являются нормально инверсная (INV), сильно инверсная (VERY), чрезвычайно инверсная (EXT) и зависимая с длительным временем (LONG)

Ниже приведены значения коэффициентов α, β для данных кривых:

нормально инверсная (INV): α = 0,02; β = 0,14

сильно инверсная (VERY): α = 1; β = 13,5

экстремально инверсная (EXT): α = 2; β = 80

зависимая с длительным временем (LONG): α = 1; β = 120

За счет разных коэффициентов получается разный наклон кривых проходящих через одну расчетную точку. Это свойство используется для обеспечения селективности защит.

Рис. 3. Основные зависимые характеристики 

На Рис. 3 все кривые начинаются от значения Iс.з. (в примере это 100 А). Также все кривые, кроме LONG, проходят через одну точку согласования (в примере это 300 А, 5 с). С кривой LONG есть одна особенность – о ней поговорим позже.

Пусть вас не смущает небольшая визуальная разница в наклоне кривых – просто график построен в логарифмическом масштабе по оси времени (Y). Так, например, разница во временах срабатывания между кривыми EXT и INV на токе 200 А составляет 5,4 с.

Рис. 4. Времена срабатывания защиты при применении различных кривых

Кроме того, вы можете изменять значение коэффициента К для того, чтобы перемещать кривую «вверх-вниз». Изменение К аналогично указанию другой точки (Iсогл., tсогл.), через которую пройдет ваша кривая, при сохранении начального тока срабатывания (Iс.з.).

Давайте покажем это для двух кривых INV с одинаковым током срабатывания Iс.з. = 100 А при значения К1 = 0,79 и К2 = 1,59

Рис. 5. Результаты изменения коэффициента К

Как видно из Рис. 5 изменение коэффициента К с 0,79 до 1,59 для нормально инверсной кривой дало изменение времени при токе согласования в 5 с.

Таким образом, имея один ток согласования с нижестоящей защитой (он вычисляется по известным формулам, которые мы здесь не приводим) можно получить различный наклон характеристик и различные времена срабатывания для конкретной защиты.

Также известна кривая RI, которая имитирует защитную характеристику одного из первых индукционных реле в мире, которое разработала фирма ASEA (ныне ABB). Ее график и примерная формула приведены ниже

Рис. 6. Характеристика реле индукционного RI (аппроксимация)

Кроме того, ввиду широкого распространения в России электромеханических реле РТ-80 и РТВ были попытки описать их кривые математическими формулами, для последующей имитации в микропроцессорных терминалах, а также для более удобного отображения на картах селективности. Вот один из примеров.

Рис.7. Характеристики реле РТ-80 и РТВ (аппроксимация)

Стоит отметить, что данные формулы дают большую погрешность и использовать их стоит только, если вы применяете микропроцессорный терминал РЗА, в котором они запрограммированы (указано в Руководстве по эксплуатации).

Если вы строите на карте селективности характеристику реального реле РТВ или РТ-80, то лучше выбирать характеристики реле из соответствующей базы данных. Подробнее почитать об этом можно здесь

В Гридис-КС (PRO) учтены оба варианта задания характеристик этих реле. Вам остается выбрать подходящий

 

2. Различие между зависимыми и независимой характеристикой защит

Важно понимать преимущества и недостатки зависимых кривых перед независимыми. Для этого отобразим эти характеристики при одинаковых расчетных условиях.

Такой график приведен на Рис. 6 (кривая LONG удалена)

Рис. 8. Зависимые и независимая характеристики при одинаковых уставках

У всех защит на Рис. 8 одинаковый ток срабатывания Iс.з. = 100 А. Стоит отметить, что независимая защита будет пускаться при таком токе, а зависимые нет потому, что 100 А — это асимптота для этих кривых (время отключения равно бесконечности). Обычно значение пуска таких защиты лежит в пределах (1,1,..1,3)*Iс.з. и определяется изготовителем реле.

Как видно при токе согласования (300 А) все защиты имеют одинаковое время срабатывания (5 с). При токах менее 300 А независимая характеристика имеет меньшие времена отключения, а при токе более 300 А – большие, чем у зависимых. Таким образом, зависимые кривые медленнее отключают малые токи КЗ.

Это означает, что зависимые характеристики защит следует применять с осторожностью и всегда оценивать допустимость их использования на том или ином присоединении.

Для примера рассмотрим защиту силового трансформатора ТМГ-1000/10/0,4 кВ в нескольких вариантах:

1. Независимая характеристика — красная линия

2. Нормально инверсная (INV) — фиолетовая

3. Экстремально инверсная (EXT) — голубая

Рис. 9. Применение зависимых кривых для защиты трансформатора

На токе согласования защит (960 А) все характеристики дают одинаковый результат, а правее этой точки зависимые характеристики отключают КЗ быстрее (как и описано в учебниках), но посмотрите на картину в целом:

  • При минимальном дуговом токе на низшей стороне трансформатора (280 А приведенных) время отключения кривой INV составляет примерно 4 с, что достаточно много, а кривой EXT —  20 с, что вообще недопустимо
  • Применяя токовую отсечку (см. вторую ступень красной кривой) совместно с независимой характеристикой МТЗ можно получить результат даже лучше, чем с зависимыми кривыми в части отключения больших токов КЗ. При этом токовая отсечка трансформаторов оказывается практически всегда эффективна, что позволяет применять ее по умолчанию

Очевидно, что в данном случае зависимые кривые лучше не использовать. Даже, если вы обеспечите селективность, например, с нижестоящими предохранителями 0,4 кВ, то оставите без защиты сам трансформатор.

Это, кстати, на заметку тем, кто любит защищать трансформаторы предохранителями 6-10 кВ (они также имеют зависимую характеристику, близкую к кривой EXT). Такая защита — по большей части фикция и может спасти только от КЗ в начале зоны (обмотка ВН трансформатора). Подробнее об этой проблеме написано здесь

Обычно зависимые характеристики могут давать преимущества в сети с большим количеством уровней распределения, особенно, если вышестоящая защита также выполнена с применением зависимой кривой (например, реле РТ-80), и в большей части для защит линий, где разница в минимальном и максимальном токах КЗ невелика. Примеры рассмотрим позднее.

В следующей статье мы разберемся с тем, как построить любую зависимую кривую, причем сделаем это двумя разными способами.

  • DRONOS

    Это все очень интерестно! Допустим есть одна защита на вышестоящем уровне мы проэктируем защиты ниже. Как понять какую точку согласованя кривых выбирать? Это должна быть одна точка для всех уровней? (допустим уровней 3)

    • https://www.facebook.com/app_scoped_user_id/131488400583096/ Дмитрий Василевский

      Эти вопросы я подробно разбирал в Курсе по построению карты селективности (идет вместе с Гридис-КС PRO), но также затрагивал их и здесь https://www.youtube.com/watch?v=0DVV98vICI8 Это первая из трех статей по зависимым кривым, возможно напишу о согласовании характеристик в следующих

  • алекс телл

    Заранее прошу сильно не пинать и поправить если не прав, есть вопрос по приблизительной теме. (КРУН), две отходящие ВЛ-10 кв, на одной микропроцессорное устройство ОРИОН (характеристика РТВ-1) 180/6 0,5″, на другой электромеханика РТ-40/10.(характеристика РТ-80) 210/7 0,6″. Частенько при КЗ на одной из линий, отключаются оба выключателя и оба от МТЗ. Соответственно определить на какой ВЛ было КЗ не получается. Видимо в этом случае происходит что то подобное о чем говорилось в данной статье ( рис.7.)?

    • https://www.facebook.com/app_scoped_user_id/131488400583096/ Дмитрий Василевский

      не очень понятно о чем идет речь без схемы