Для защиты от междуфазных коротких замыканий широко применяют максимальные токовые защиты и токовые отсечки. Их используют также для защиты от однофазных замыканий на землю.
Максимальной токовой защитой называют защиту, действующую в случаях, когда ток в защищаемой цепи превышает значение, равное максимальному рабочему току этой цепи. Такая защита является наиболее надежной, дешевой и простой по выполнению. Ее применяют для защиты кабельных и воздушных линий при одностороннем их питании, генераторов, трансформаторов, высоковольтных электродвигателей.
Максимальная токовая защита относится к защитам с выдержкой времени. Ее обычно выполняют с помощью электромагнитных реле максимального тока и реле времени.
На рис. 1, а показана принципиальная однолинейная схема максимальной защиты, выполненной с помощью электромагнитного реле максимального тока КА и реле времени КГ. В нормальном режиме работы защищаемого звена контакты реле КА и КГ разомкнуты. При увеличении тока в обмотке реле КА до определенного значения /с 3 (ток срабатывания защиты) оно срабатывает и замыкает своими контактами цепь обмотки реле времени КТ. Последнее приходит в действие и через заданную выдержку времени замыкает контактами цепь постоянного тока отключающей катушки YAТ привода выключателя QF. В результате выключатель отключается. В оперативной цепи постоянного тока находятся блок- контакты SQ привода выключателя QF. Если бы этих блок-контактов не было, контакты реле КТ размыкались бы при наличии тока в цепи отключающей катушки привода, вследствие чего могли бы быть повреждены из- за недостаточной мощности на размыкание.
а б
Рис. 1. Принципиальная однолинейная схема (а) и характеристика (б) максимальной токовой защиты с независимой выдержкой времени
Время действия защиты /3 (рис. 1, б) зависит от времени срабатывания реле КТ и не зависит от тока в обмотке токового реле КА, поэтому такую защиту называют защитой с независимой выдержкой времени.
Указательное реле КИ является вспомогательным и служит для сигнализации срабатывания реле.
В радиальных сетях с односторонним питанием максимальную токовую защиту выполняют с питающей стороны каждой линии. При этом для обеспечения селективности отключения выдержку времени защиты подбирают по ступенчатому принципу, согласно которому у каждой последующей защиты, считая по направлению к источнику питания, выдержку времени принимают на ступень времени больше, чем у предыдущей.
Рассмотрим пример выполнения защиты от однофазного короткого замыкания на землю кабельной сети напряжением 6(10) кВ с заземленной нейтралью (рис. 2). Действие защиты основано на том, что в нормальном режиме суммарный поток, создаваемый трехфазной системой токов в жилах кабеля, равен нулю. При замыкании на землю одной из фаз / кабеля симметрия токов нарушается и возникает магнитный поток в магнитопроводе 4, который наводит ЭДС в обмотке 3 трансформатора тока ТА. В результате в цепи реле КА появляется ток и реле срабатывает.
Токовая отсечка может быть быстродействующей или с выдержкой времени (0,5... 1 с). В отличие от максимальной токовой защиты отсечка заранее ограничивается зоной действия. Это делается для обеспечения селективности (избирательности действия), которая достигается путем выбора тока срабатывания отсечки, а не выдержки времени, как при максимальной токовой защите.
Известно, что ток короткого замыкания в линии (рис. 3, а) определяется значением сопротивления от источника питания до места повреждения и уменьшается с удалением последнего, о чем свидетельствует кривая на рис. 3, б. Наименьший ток короткого замыкания возникает при повреждении в конце линии (в точке К1), а наибольший — в ее начале (в точке КЗ). Токовое реле КА отсечки отстраивают от тока короткого замыкания / которой численно равен току короткого замыкания при повреждении в точке К2.
Рис. 2. Выполнение защиты от замыкания на землю в кабельной сети:
а — общий вид кабельной сети с трансформатором тока: б — схема действия защиты; 1 — фазы кабеля; 2 — кронштейн крепления трансформатора тока; 3 обмотка; 4 — магнитопровол
При токе срабатывания /сотс токовая отсечка действует только при коротком замыкании на отрезке JI1, а и не действует на отрезке Л1, б участка Л1 линии, а также вне этого участка, например на сборных шинах или на участке Л2 линии. Следовательно, токовая отсечка защищает не всю, а только часть линии. Токовую отсечку выполняют по схеме максимальной токовой защиты, но делают быстродействующей, т. е. без выдержки времени (рис. 4).
Рис. 3. Принципиальная схема линии (а) и характеристики (б), поясняющие принцип действия токовой отсечки с односторонним питанием
Рис. 4. Принципиальная схема защиты линии от междуфазных коротких замыканий (токовая отсечка без выдержки времени)
Для защиты участка Л2 (см. рис. 3, б) на линии со стороны питания устанавливают дополнительную защиту, в качестве которой может быть выбрана, например, максимальная токовая защита с выдержкой времени или с пуском от реле минимального напряжения.
Избирательность максимальной токовой защиты обеспечивается только в радиальных сетях с односторонним питанием, в то время как токовая отсечка может применяться в сети любой конфигурации с любым источником питания. Существенным недостатком токовой отсечки без выдержки времени является то, что она защищает только часть линии, а поэтому не может служить основной защитой линии.