Максимальная токовая защита

Согласно требованиям нормативных документов, все конечные потребители должны подключаться к линии электропитания посредством отдельного силового выключателя (проще говоря, автомата). В случаях, когда конкретная линия функционирует в нормальном токовом режиме (то есть нагрузка не превышает заданной величины), причин для срабатывания её защиты не существует.

Автомат защита по току

Вследствие этого устройство ТЗ продолжает работать в режиме сканирования линии на предмет возможных нарушений и отклонений (короткого замыкания в цепи, например).

Таким образом, максимальная токовая защита представляет собой особый механизм, обеспечивающий отключение той или иной цепи электропитания при увеличении однофазного тока сверх определенного номинала.

Условия срабатывания

Причин для срабатывания автоматического выключателя (или максимальной защиты, что, в принципе, одно и тоже) существует множество. Однако в реальных условиях эксплуатации особо выделяются следующие ситуации:

• Величина нагрузки по причине возникновения короткого замыкания резко возрастает и начинает заметно превышать предельно допустимое значение. В результате КЗ или перегрузки в цепи начинают течь токи, способные нанести вред, как самой линии, так и подключённому к ней оборудованию. Максимальная токовая защита в этом случае должна срабатывать предельно быстро и надёжно;
• К линии подключаются дополнительные потребители, в результате чего возникает перегрузка по питающему току. Вследствие этого величина последнего заметно превышает допустимое значение (уставку), что приводит к нарушению установившегося ранее баланса. Прямым следствием этого может стать нагрев токоведущих проводников и элементов рабочего оборудования. В подобной ситуации целесообразнее будет настроить срабатывание токовой защиты с небольшой задержкой во времени в расчёте на то, что нарушившие баланс нагрузки могут отключиться самостоятельно;
• Параметры тока в результате нарушения характера нагрузки резко поменяли свои текущие значения (наблюдался резкий скачок по фазе, например).

Дополнительная информация. Последнее явление чаще всего наблюдается при изменении реактивности нагрузки вследствие отклонения индуктивных или емкостных характеристик от оптимального значения.

Для того чтобы учесть все возможные варианты срабатывания защиты по току, были разработаны подходящие для каждого случая образцы устройств.

Виды приборов токовой защиты

В соответствии с обозначенными ранее видами возможных угроз, приводящих к нарушению нормальной работы линии, различают следующие виды устройств токовой защиты:

• Приборы, срабатывающие по принципу отсечки тока;
• Устройства, в которых используется так называемая «максимальная» защита;
• Защитные системы, работающие по дифференциально-фазовому принципу.

Схема ТЗ

Особенности состава и устройство каждой из перечисленных разновидностей защитного оборудования зависят от тех условий, в которых осуществляется их эксплуатация (отдельный бытовой автомат или линейные сети). При их включении в трёхфазные цепи необходима предварительная подготовка специального измерительного оборудования, состоящего из следующих устройств и приборов:

• Измерительный трансформатор (ТТ), посредством которого осуществляется преобразование первичного токового сигнала во вторичный (с учётом метрологической погрешности, выражаемой в процентах);
• Специальное токовое реле, настроенное на фиксированное значение тока срабатывания;
• Электронная схема, обеспечивающая передачу полученного с ТТ тока к отключающему линию реле (последнее должно происходить с минимально возможными потерями).

После того, как измерительная система собрана и включена в схему, можно сказать, что данная цепь надёжно защищена от любых аварийных ситуаций. Далее все перечисленные ранее системы токовой защиты будут рассмотрены более детально.

Что значит токовая отсечка (ТО)

Под током отсечки одиночного автоматического выключателя понимается такое его значение в короткозамкнутой линии (в тысячах Ампер), при котором данное защитное устройство ещё сохраняет свою работоспособность. Таким образом, с увеличением этого показателя надёжность защитного автомата (точнее, его запас по диапазону реагирования на «перегруз») также возрастает.

Основное назначение этого устройства состоит в максимально быстрой реакции на возникшее в линии замыкание и в немедленном её отключении от цепей питания.

Отсечка по току в автомате

В комплект устройства токовой защиты, установленного в трёхфазной цепи, входят:

• Измерительный орган, состоящий из токового реле с уставленным на минимальное значение чувствительным (обычно тепловым) элементом, который срабатывает при замыкании нагрузочной линии на защищаемом объекте;
• Промежуточное реле, на исполнительную обмотку которого поступает напряжение с измерительного реле. Через его замкнутый контакт потенциал подаётся на соленоид, отключающий цепи трёхфазного питания.

Как правило, такой двухступенчатой схемы вполне достаточно для надёжного срабатывания системы защиты линейных цепей. Иногда в состав оборудования токовой отсечки вводится специальная схема, включаемая между двумя релейными элементами и обеспечивающая задержку по времени срабатывания последнего из них.

Один из важнейших показателей защитных устройств – коэффициент чувствительности комплекта оборудования, определяемый как отношение токов трёхфазного замыкания к их номинальному значению. Для большинства действующих линий питания этот коэффициент выбирается порядка 1,2 или чуть более.

Принцип действия и состав максимальной защиты

Принцип действия максимальной токовой защиты (МТЗ) в релейных линиях состоит в следующем:

• При превышении током заданной величины уставки в линейной цепи инициируется сигнал, обеспечивающий срабатывание реле временной задержки;
• После замыкания его контактов действующее напряжение поступает на промежуточное реле, практически мгновенно отключающее схему от линии питания.

Считается, что зависимые защитные схемы легче согласуются с другими элементами релейных цепей. Помимо этого, с их помощью удаётся более эффективно бороться с ложными срабатываниями аппаратуры, функционирующей в нормальном режиме.

В соответствии с рассмотренным выше принципом, в состав защиты (МТЗ) должны входить те же приборы и устройства, что устанавливаются в аппаратуре обычной токовой отсечки. При этом в схему обязательно включается релейный элемент, обеспечивающий некоторую задержку по времени срабатывания отключающего реле.

Схема МТЗ

Его необходимость объясняется требованиями соблюдения принципа селективности, предполагающего наличие нескольких ступеней отключения в релейных цепях.

Коэффициент чувствительности устройств максимальной защиты, вводимый точно таким же образом, как и для токовой отсечки, обычно выбирается ≥1,5 для удалённых зон и равным или более 1,2 для местных цепей.

В заключительной части обзора различных вариантов защит нужно отметить, что в настоящее время для реализации их функций используются современные цифровые системы (терминалы) как российского, так и зарубежного производства. Все расчёты и оценки уставок, задержек и параметров срабатывания для цифровых систем МТЗ и ТО ведутся точно таким же образом, как это делалось для релейных элементов.

Цифровые терминалы относятся к категории многофункциональных защитных систем, рассчитанных на работу в автоматическом режиме и имеющих расширенные функциональные возможности. С их помощью разработчики токовых защит могут выбирать любые подходящие для данной цепи параметры из ряда, предлагаемого изготовителем.

Видео