- Urządzenie i zasada działania
- Obliczanie bieżącej operacji MTZ
- Rodzaje zabezpieczenia nadprądowego
- Przykłady i opis schematów MTZ
- Wideo oprócz tematu
Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!
Z różnych powodów wypadki w sieciach elektrycznych występują dość często. W przypadku zwarcia jest to szkodliwe dla wszystkich urządzeń elektrycznych nadprądowych. Jeśli nie zostaną podjęte żadne środki ochronne, konsekwencją niekontrolowanego wzrostu prądu może być nie tylko uszkodzenie instalacji elektrycznych w obszarze od miejsca wypadku do źródła zasilania, ale także wyłączenie całego systemu zasilania. Aby uniknąć negatywnych konsekwencji wypadków, stosuje się różne systemy ochrony elektrycznej:
- odcięcie;
- faza różnicowa;
- wysokowydajna ochrona nadprądowa obwodów elektrycznych (MTZ).
Z tych rodzajów ochrony najpowszechniejszą jest MTZ. Ta prosta i niezawodna metoda zapobiegania niebezpiecznym przeciążeniom linii znalazła szerokie zastosowanie, zapewniając selektywność, czyli zdolność do selektywnego reagowania na różne sytuacje.
Urządzenie i zasada działania
Strukturalnie MTZ składa się z dwóch ważnych elementów: wyłącznika i przekaźnika czasowego. Mogą być łączone w jeden projekt lub umieszczane w oddzielnych blokach.
Różnice od obecnego odcięcia
Ze wszystkich rodzajów zabezpieczeń dla niezawodności odcięcia prądu wiodącego. Przykładem jest ochrona urządzeń elektrycznych sieci domowej za pomocą bezpieczników lub urządzeń wsadowych. Metoda wyłączania prądu zapewnia wyłączenie obwodu chronionego w sytuacjach awaryjnych. Aby jednak wznowić zasilanie, należy wyeliminować przyczynę odcięcia i wymienić bezpiecznik lub włączyć wyłącznik.
Wadą takiego systemu jest to, że rozłączenie może nastąpić nie tylko z powodu zwarcia, ale również w wyniku nawet krótkotrwałego nadmiaru parametrów prądu obciążenia. Ponadto, aby przywrócić ochronę, konieczne jest zaangażowanie człowieka. Te niedociągnięcia nie są krytyczne w sieci domowej, ale są niedopuszczalne w ochronie rozgałęzionych linii energetycznych.
Ze względu na fakt, że przekaźniki czasowe są dostarczane w projektach MTZ, które opóźniają działanie mechanizmów odcinających, na krótko ignorują spadki napięcia. Ponadto przekaźniki prądowe są zaprojektowane w taki sposób, że powracają do swojej pierwotnej pozycji po wyeliminowaniu przyczyny otwarcia styków.
To właśnie te dwa czynniki zasadniczo odróżniają MTZ od prostych odcięć prądu, ze wszystkimi ich wadami.
Zasada MTZ
Istnieje zależny związek między węzłem opóźniającym a przekaźnikiem prądowym, dzięki czemu rozłączenie nie następuje na początkowym etapie zwiększania prądu, ale po pewnym czasie od wystąpienia sytuacji nienormalnej. Ten okres jest zbyt krótki, aby prąd osiągnął poziom krytyczny, który mógłby zaszkodzić chronionemu obwodowi. Ale to wystarczy, aby zapobiec ewentualnym fałszywym alarmom urządzeń ochronnych.
Zasada działania systemów MTZ przypomina ochronę odcięcia prądu. Ale różnica polega na tym, że odcięcie prądu natychmiast przerywa obwód, a zabezpieczenie nadprądowe działa po określonym czasie. Okres ten, od momentu nagłego wzrostu prądu do jego granicy, nazywany jest opóźnieniem czasowym. W zależności od celów i charakteru ochrony, każdy indywidualny krok czasowy jest ustalany na podstawie obliczeń.
Najkrótsze opóźnienie czasowe jest ustawione na najbardziej odległych odcinkach linii. Gdy urządzenie nadprądowe zbliża się do źródła prądu, opóźnienia zwiększają się. Wartości te są określane przez czas wymagany do uruchomienia ochrony i są określane jako etapy selektywności. Sieci zbudowane według wskazanej zasady tworzą strefy działania kroków selektywności.
Takie podejście zapewnia ochronę uszkodzonego obszaru, ale nie wyłącza całkowicie linii, ponieważ kroki selektywności zwiększają się jako zabezpieczenie nadprądowe od miejsca wypadku. Różnica w wartościach kroków pozwala urządzeniom ochronnym znajdującym się w sąsiednich obszarach pozostać w stanie gotowości do momentu przywrócenia bieżących parametrów. Ponieważ napięcie powraca do normy niemal natychmiast po odcięciu strefy zwarciem, wypadek nie wpływa na działanie sąsiednich obszarów.
Przykłady bezpieczeństwa
Wykorzystanie MTZ:
- w celu zlokalizowania i zneutralizowania błędów międzyfazowych;
- do ochrony sieci przed krótkotrwałymi przeciążeniami;
- do odłączania przekładników prądowych w sytuacjach awaryjnych;
- jako obrońca podczas pracy z potężnym, lotnym sprzętem.
Opóźnienie czasowe jest bardzo przydatne przy uruchamianiu silników. Faktem jest, że na początku obserwuje się znaczny wzrost prądów rozruchowych w obwodach uzwojenia, które systemy ochrony mogą postrzegać jako sytuację awaryjną. Ze względu na niewielkie opóźnienie w czasie zabezpieczenie nadprądowe ignoruje zmiany parametrów sieci, które występują podczas rozruchu lub samoczynnego uruchamiania silników elektrycznych. W krótkim czasie wartości bieżące zbliżają się do normalnych, a przyczyna wyłączenia awaryjnego jest wyeliminowana. W ten sposób zapobiega się fałszywym alarmom.
Przykład podłączenia silnika elektrycznego MTZ zilustrowano na schemacie na rysunku 1. Na tym schemacie przekaźnik czasowy zapewnia, że silnik elektryczny uruchomi się pewnie, aż do chwili, gdy przekaźnik prądowy odpowie.
Podobnie opóźnienie czasowe podczas krótkotrwałych przeciążeń w chronionej sieci, które nie są związane z awaryjnymi funkcjami, działa. Odcięcie jest ważne tylko w przypadkach, gdy znaczny nadmiar wartości nominalnych występuje na chronionej linii, która przekracza czas otwarcia migawki w czasie.
Aby zapewnić niezawodną ochronę w praktyce, często stosują dwuetapowe, a nawet trzystopniowe schematy ochrony dla odcinków łańcucha. Standardowa trójstopniowa charakterystyka ochronna jest następująca (rys. 2):
Aktualne wartości są zaznaczone na odciętej, a czas opóźnienia w sekundach na osi rzędnych. Krzywa w postaci hiperboli wykazuje spadek czasu ochrony przed rosnącymi przeciążeniami. Gdy prąd osiągnie wartość 170 A, włącza się czas zabezpieczenia nadprądowego. Opóźnienie czasowe wynosi 0, 2 sekundy, po którym następuje wyłączenie przy 200 A. Oznacza to, że obwód zrywa się w przypadku braku ochrony innych urządzeń.
Obliczanie bieżącej operacji MTZ
Stabilność działania i niezawodność funkcji zabezpieczenia nadprądowego zależą od ustawienia parametrów prądu roboczego. Obliczenia powinny zapewniać gwarantowane działanie przekaźnika w przypadku awarii, jednak na jego działanie nie powinny mieć wpływu parametry prądu obciążenia, jak również krótkotrwałe wybuchy występujące w trybie rozruchu silnika.
Należy pamiętać, że zbyt czułe przekaźniki mogą powodować fałszywe alarmy. Z drugiej strony niedoszacowane parametry pracy nie mogą zagwarantować bezpieczeństwa stabilnej pracy urządzeń elektrycznych. Dlatego przy obliczaniu ustawień należy wybrać środek pola.
Istnieje wzór na obliczenie średniej wartości prądu, na który reaguje przekaźnik elektromagnetyczny 1]:
I sz > I n. max.,
gdzie sz . - minimalny prąd pierwotny, na który powinna zareagować ochrona, i I n. max . - ograniczenie obciążenia prądowego.
Prąd powrotny przekaźnika jest tak dobrany, aby wystarczyło ponownie zamknąć styki w zużytym urządzeniu. Aby to zdefiniować, używamy wzoru:
I s = k n. × k × ja niewolnik max .
Oto prąd powrotny, k n . - współczynnik niezawodności, k s - współczynnik samoczynnego startu, I slave. max . - wartość maksymalnego prądu roboczego.
Aby doprowadzić prądy powrotne i reakcyjne tak blisko, jak to możliwe, obliczany jest współczynnik powrotu, obliczany według wzoru:
k in = jestem / ja . biorąc pod uwagę to, co ja . = k n. × k × ja niewolnik max . / k in
W idealnym przypadku k in = 1, ale w praktyce współczynnik ten jest zawsze mniejszy na jednostkę. Czułość ochrony jest tym wyższa, im wyższa jest wartość kv, stąd wniosek: aby zwiększyć czułość, należy wybrać k in w zakresie zmierzającym do 1.
Rodzaje zabezpieczenia nadprądowego
W sieciach elektrycznych stosuj 4 typy MTZ. Ich zastosowanie podyktowane jest warunkami, które należy stworzyć, aby zapewnić niezawodne działanie urządzeń elektrycznych.
MTZ z opóźnieniem niezależnym od prądu
W takich urządzeniach opóźnienie czasowe nie ulega zmianie. Aby ustawić ustawienia na okres wystarczający do aktywacji przekaźnika o niezależnej charakterystyce, brane są pod uwagę poziomy selektywności. Każda następna ekspozycja (w kierunku bieżącego źródła) wzrasta od poprzedniej przez okres czasu odpowiadający stopniowi selektywności. Oznacza to, że w obliczeniach konieczne jest przestrzeganie warunków selektywności.
MTZ z opóźnieniem zależnym od prądu
W tej ochronie proces ustawiania ustawień MTZ wymaga bardziej złożonych obliczeń. Charakterystyki zależne, w przypadkach z przekaźnikami indukcyjnymi, są wybierane zgodnie z normą IEC: t cz = A / (k n - 1), gdzie A, n są współczynnikami czułości, k = I slave / I cf jest wielokrotnością prądu.
Z wzoru wynika, że opóźnienie czasowe nie jest już stałe. Zależy od kilku parametrów, w tym od natężenia prądu spadającego na cewki przekaźnika, a zależność ta jest odwrotna. Jednak czas otwarcia migawki nie jest liniowy, jego charakterystyka jest zbliżona do hiperboli (rys. 3). Takie zabezpieczenia nadprądowe służą do ochrony przed niebezpiecznymi przeciążeniami.
MTZ z ograniczonym opóźnieniem zależnym od prądu
W urządzeniach tego typu zabezpieczenia przekaźnikowego łączone są dwa stopnie ochrony: część zależna z charakterystyką hiperboliczną i niezależna. Warto zauważyć, że charakterystyka czasowo-prądowa części niezależnej jest prosta, płynnie sprzężona z hiperbolą. Przy małych krotnościach prądów krytycznych charakterystyka okresu zależnego jest bardziej stroma, a przy dużych wielokrotnościach - nachylona krzywa (używana do ochrony silników elektrycznych dużej mocy).
MTZ ze startem (blokowanie) z przekaźnika napięcia minimalnego
W tego typu zabezpieczeniach różnicowych stosowana jest kombinacja MTZ z zastosowaniem minimalnego napięcia. W przekaźniku elektromechanicznym styki otwierają się tylko wtedy, gdy wzrost prądu sieci prowadzi do spadku różnicy potencjałów. Jeśli spadek przekroczy dolną granicę wartości zadanej napięcia - spowoduje to testowanie zabezpieczenia. Ponieważ wartość zadana jest ustawiona na spadek napięcia, przekaźnik nie reaguje na nagłe skoki prądu w sieci.
Przykłady i opis schematów MTZ
W celu ochrony uzwojeń transformatora, a także innych elementów sieci o jednostronnej mocy, stosuje się różne schematy.
MTZ na stałym prądzie operacyjnym.
Cechą szczególną tego schematu jest to, że elementy zabezpieczające są kontrolowane przez prąd wyprostowany, który zmienia biegunowość w odpowiedzi na sytuacje awaryjne. Monitorowanie napięcia jest realizowane przez zintegrowane mikroelementy.
Aby zabezpieczyć linie przed skutkami zwarć międzyfazowych, obwody dwufazowe są używane na dwóch lub jednym przekaźniku prądowym.
Pojedynczy przekaźnik prądu roboczego
Zabezpieczenie to wykorzystuje przekaźnik rozruchowy prądu, który reaguje na zmianę różnicy potencjałów dwóch faz. Pojedynczy przekaźnik MTZ reaguje na wszystkie zwarcia międzyfazowe.
Zalety : jeden przekaźnik prądowy i tylko dwa przewody do podłączenia.
Wady:
- stosunkowo niska czułość;
- niewystarczająca niezawodność - w przypadku awarii jednego elementu ochronnego sekcja łańcucha pozostaje niezabezpieczona.
Pojedynczy przekaźnik jest stosowany w sieciach rozdzielczych, gdzie napięcie nie przekracza 10 tys. V, a także dla bezpiecznego rozruchu silników elektrycznych.
Dwuliniowy prąd roboczy
W tym schemacie obwody prądowe tworzą niekompletną gwiazdę. Dwuprzekaźnik MTZ reaguje na awaryjne zwarcia międzyfazowe.
Wady tego schematu obejmują ograniczoną czułość. MTZ wykonywane przez obwody dwufazowe są szeroko stosowane, zwłaszcza w sieciach, w których stosuje się izolowany przewód neutralny. Ale gdy dodawanie pośrednich przekaźników może działać w sieciach z neutralnym sygnałem neutralnym.
Trójdrożny
Schemat jest bardzo niezawodny. Zapobiega skutkom wszystkich zwarć, reagując również na zwarcia jednofazowe. Obwody trójfazowe mogą być stosowane w przypadkach z niesłyszącym uziemieniem neutralnym, pomimo faktu, że możliwe są sytuacje z zamknięciami międzyfazowymi i jednofazowymi.
Z rysunku 4 można zrozumieć schemat działania trójfazowego trójwierszowego MTZ.
Schemat połączenia trójfazowego dwufazowego MTZ pokazano na rysunku 5.
Na diagramie oznaczonym:
- KA - przekaźnik prądowy;
- KT - przekaźnik czasowy;
- KL - przekaźnik pośredni;
- KH - przekaźnik wskaźnikowy;
- YAT - cewka wyłączająca;
- SQ - blok styków, obwód otwierania;
- TA - przekładnik prądowy.