В настоящее время идет широкое внедрение устройств РЗА на микропроцессорной основе. В отличие от электромеханических реле (РТ, РТВ и др.), имеющих одну характеристику зависимости времени срабатывания от тока, устройства релейной защиты на микропроцессорной основе имеют семейство характеристик, что упрощает согласование с другими типами устройств смежных присоединений. Например, для реле с зависимыми характеристиками зависимость между током и временем срабатывания выражается следующим образом:

,                                             (8.5)

где t – время срабатывания, с;

k – коэффициент времени;

I – ток в реле, А;

 - уставка тока срабатывания, А;

 - постоянные, значение которых дается в документации производителя реле.

Устройства серии MiCOM содержат 3-х ступенчатую МТЗ и 3-х ступенчатую ЗНЗ. Обеспечивают 11 характеристик срабатывания МТЗ и ЗНЗ, тепловую защиту от перегрузки, защиту минимального тока и обратной последовательности.

Доступны три независимых ступени. Для первой ступени, пользователь может выбрать различными 11 характеристик срабатывания (IEEE/ANSI, IEC, Rl). Для каждого типа характеристики существует широкий диапазон 60 различных значений коэффициента выдержки времени (TMS), может быть установлена выдержка и ограничено время отключения для отстройки от плавких предохранителей, двигателей, фидеров, трансформаторов или других устройств. Вторая и третья ступени имеют независимую характеристику срабатывания. Выдержка времени программируется в диапазоне от 0 до 150 с, обеспечивая максимальную селективность. Ток МТЗ устанавливается независимо от 0.5 до 40 номинального тока реле. Все уставки МТЗ - программируются с помощью клавиатуры расположенной на лицевой панели, или с помощью дистанционной системы управления.

Токовая отсечка обеспечивает мгновенное  отключение с минимальной выдержкой времени менее, чем за 30 мс.

Программа составлена для расчетов токов однофазного, двухфазного и трехфазного короткого замыкания при выборе уставок защиты трансформаторов собственных нужд. Токи рассчитываются для трансформаторов мощностью от 160 кВА до 1600 кВА, напряжением 6-10 кВ и схемами соединения обмоток звезд-звезда с выведенной нейтралью и треугольник-звезда с выведенной нейтралью.

Для расчета токов необходимо выбрать мощность защищаемого трансформатора, схему соединения его обмоток, напряжение по высокой стороне, указать сопротивление обмотки трансформатора и сопротивление системы. Программа считает токи КЗ, приведенные к высокой стороне ТСНа и 0,4 кВ.

 После подсчета токов КЗ необходимо произвести выбор уставки и согласование защит на высокой и низкой сторонах.  На низкой стороне выбрать автомат и расцепитель. Привести защитную характеристику расцепителя. Привести ее к напряжению высокой стороны ТСН (6-10 кВ).  Для этого указываются токи, по которым нужно вести согласование. Ступень селективности 0,3-0,4 с. При введении токов программа автоматически подсчитывает кратность отношением тока КЗ к выбранной уставке срабатывания защиты и по известным коэффициентам и кратностям считает «точки», по которым можно построить характеристики срабатывания защиты.

Для наглядности этих характеристик в программу «внедрен» Mathcad (14 версия), в котором указаны значения коэффициентов и время срабатывания защиты. В Mathcade следует задать только диапазон кратностей, после чего все виды характеристик будут построены.

Выбор трансформаторов тока (ТА) и расчет допустимых нагрузок на ТА

Общие положения

I. Выбор трансформаторов тока и расчет допустимых нагрузок на ТА производится для одного элемента, для которого ведется выбор защит.

а) Если выбираются защиты силового трансформатора, то ТА выбираются для всех его сторон.

б) Вторичный номинальный ток ТА принять 5 А.

в) При соединении ТА в треугольник, его номинальный первичный ток выбирается в  больше номинального или максимального рабочего, чем обеспечивается величина тока в цепях защиты, не более 5 А в его номинальном режиме.

г) Использовать ТА, встроенные во втулки выключателей; при отсутствии таковых использовать выносные ТА с указанием количества сердечников и их назначения.

д) При наличии свободных сердечников, рекомендуется, при увеличении допустимой нагрузки, обмотки двух сердечников соединить последовательно.

При отсутствии свободных сердечников можно увеличить первичный номинальный ток.

II. Выбор допустимых нагрузок обусловлен требованиями, предъявляемыми к ТА.

а) Полная погрешность ТА ε не должна превышать 10%, для обеспечения точной работы измерительных органов релейной защиты при КЗ в расчетных точках электрической сети.

б) При максимальных токах КЗ в месте установки защиты не должно быть вибрации контактов электромеханических реле, обусловленных искажением кривой тока, чтобы не допустить отказа защиты в срабатывании.

в) Напряжение во вторичных цепях ТА не должно быть выше допустимых значений.

Порядок выбора

Проводим расчетную проверку на 10% - ную полную погрешность по кривым предельной кратности. Значение предельной кратности определяется по формуле:

                                             ,                                     (9.1)

где I_{1 ном тт} - первичный номинальный ток трансформатора тока;

I_{1 расч} - первичный расчетный ток, при котором должна обеспечиваться работа трансформаторов тока с погрешностью не более 10%.

Для токовых защит с независимой характеристикой выдержки времени, в том числе для токовых отсечек без выдержки времени.

                                                                                      (9.2)

Подбирается кривая предельных кратностей, соответствующая типу трансформатора тока, классу обмотки и коэффициенту трансформации.

Для значения К₁₀ по соответствующей кривой предельных кратностей определяем допустимое сопротивление вторичной нагрузки Z_{н доп}. При этом значении Z_{н доп} полная погрешность ε = 10%, а токовая f < Z_{н доп}, то погрешность ε ≤ 10%.

Фактическая Z_нрасч трансформатора тока зависит от сопротивления реле и соединительных проводов, от схемы соединения трансформаторов тока и от вида короткого замыкания.

Расчетные формулы для определения вторичной нагрузки (на фазу) трансформаторов тока для некоторых схем соединения приведены в таблице.

Сопротивление измерительных проводов:

                                                  ,                                          (9.3)

где l - длина кабеля от трансформатора тока до реле в метрах;

j -удельная проводимость в м/Ом-мм2;

j =57 - для меди, j = 34,5 - для алюминия

S - сечение жилы кабеля, мм².

Согласн ПУЭ для токовых цепей сечение жилы медного кабеля выполняется S > 2,5 мм², алюминиевого кабеля S > 4 мм².

Полное сопротивление реле определяется по потребляемой мощности S, которая указывается в справочниках.

                                                  ,                                          (9.4)

где I - ток, при котором задана потребляемая мощность (ток уставки). r_пер = 0,1 Ом.

Производится расчетная проверка надежного замыкания контактов реле тока и направления мощности.

При коротком замыкании в начале зоны, значения токов могут в несколько раз превышать то значение расчетного тока, при котором была проведена проверка трансформаторов тока на 10% погрешность. В этом случае увеличивается и угловая погрешность и искажается форма вторичного тока.

Рассчитываем значение обобщенного коэффициента А и определяем и определяем расчетную токовую погрешность по приведенной зависимости f = Y( A) (рис.а).

,                                             (9.5)

где К_max = I_{1к mах} /I_{1ном тг}

I_1imax-первичный ток при коротком замыкании в начале защищаемой зоны;

I_{1ном тг} - первичный номинальный ток трансформаторов тока,

К₁₀ - допустимая предельная кратность, определяемая с помощью кривой предельных кратностей по фактической расчетной нагрузке на

трансформаторы тока.

Кривые предельной кратности k10 для трансформаторов тока типа ТОЛ, ТПЛ-10 (а) (1 — пк — 5/5 . . . 300/5 класса Р; 2 — пн — 5/5 ... 300/5 класса 0,5; 3 — пп = 400/5 класса Р; 4 — пи — 400/5 класса 0,5); типа ТПОЛ-Ш (б) (1 — «н = 600/5 класса Р; «„ = = 1000/5 класса Р; пи = 1500/5 класса 0,5; 2 — ян = 600/5 класса 0,5; 3 — пи = 800/5 класса Р; ян = 1500/5 класса Р; 4 — пк = 800/5 класса 0,5; 5 — пи= = 1000/5 класса 0,5); типа ТПШЛ-10 (в) (/ — пп = 2000/5 класса Р; 2 — пи = 2000/5 класса 0,5; 3—пн = 3000/5 класса Р; 4 — пв = 3000/5 класса 0,5; В — пн = 4000/5 класса Р; 6 — «н = 5000/5 класса

Для увеличения допустимой нагрузки при использовании встроенных трансформаторов тока обмотки двух сердечников соединяют последовательно.

Для дифференциальной защиты не использовать встроенные трансформаторы с коэффициентом трансформации ниже 150/5 (а если схема выполнена с дешунтированием, то не ниже 200/5).

Номинальные первичные токи трансформаторов тока выбираются по максимальным токам нагрузки.

Зависимость f = Y (А), то определения токовых погрешностей трансформаторов тока более 10%.

Если f_расч £ f_доп , то замыкание контактов проверяемого реле обеспечивается надежное без вибрации.

Значение допустимых токовых погрешностей.

Определяется расчетное напряжение на выходах вторичной обмотки трансформаторов тока:

                       (9.6)

K_max - максимальная кратность тока при КЗ вначале защищаемого участка U₂ =1000 В.