Релейная защита: чувствительность и её коэффициент.

9 декабря 2013 в 10:00

В отечественной практике термином «чувствительность» принято обозначать свойство релейной защиты, позволяющее выявлять расчётные виды повреждений и ненормальных режимов энергосистемы в зоне действия релейной защиты.

В ПУЭ [1] понятие, обозначаемое термином «чувствительность» [2] используют для характеристики любых защит, независимо от напряжения электроустановки, но определение понятия, обозначаемого этим термином в данном документе нет.

Если чувствительность некоторых изделий можно определить непосредственно [1], то в релейной защите эту характеристику оценивают косвенно, причем способ оценки зависит от напряжения электроустановки [1].

Здесь необходимо отметить, что во многих других странах оценку чувствительности не производят [3].

Согласно ПУЭ для оценки чувствительности защит в электроустановках напряжением свыше 1000 В применяют коэффициент чувствительности [4, 5, 6].

Значение коэффициента чувствительности для защит, реагирующих на возрастание контролируемой величины, находят как отношение их расчетных значений в пределах защищаемой зоны к уставке срабатывания.

Для токовых защит линии коэффициент чувствительности в общем случае находят по формуле:

где  - минимальный ток короткого замыкания для защищаемой линии (обычно – в конце защищаемого участка);

 - ток срабатывания защиты.

Принято считать, что в общем случае такая защита будет работать правильно, если выполняется соотношение:

Найденное по этой формуле (1) значение коэффициента чувствительности должно быть не меньше нормированного значения, установленного в [1], и которое в зависимости от вида защиты может изменяться от 1,5 до 2,0.

В [3] показано, что при изменении значения коэффициента чувствительности от 1,2 до 1,4 вероятность срабатывания защиты изменяется незначительно, от 0,998 до 1,000.

Рассмотрим теперь, как рекомендуют определять коэффициент чувствительности токовой отсечки в одной из методик расчета уставок (см. [4], пример 2.1).

Для экономии места исходные данные для расчета приведены в экспликациях к формулам.

Расчет начинают с определения пускового тока электродвигателя I пуск эд по формуле :

I пуск эд = k пуск · I ном = 5,7 · 113,2 = 645 А

Где k пуск – каталожное значение пускового тока, равное 5,7 для асинхронного электродвигателя серии А4;

I ном – номинальный ток электродвигателя, определенный по известным значениям номинальной мощности, номинального напряжения, коэффициентв полезного действия и мощности или взятый из каталожных данных.

Пусковой ток может быть определен и по приведенному в каталожных данных номинальному току электродвигателя.

Наименьшее значение тока двухфазного КЗ на выводах электродвигателя  находим по формуле:

где  – = 3500 - значение тока трехфазного КЗ на вводах питания асинхронного электродвигателя в минимальном режиме работы системы (приведено в исходных данных для расчета).

Ток срабатывания токовой отсечки рассчитывают по формуле:

Коэффициент чувствительности защиты при двухфазном КЗ находим по формуле (1), подставив в неё найденные значения:

На основании выполнений расчетов в методике [4] сделан вывод: «коэффициент чувствительности ТО получился меньше двух».

Можно ли говорить, что уменьшение коэффициента чувствительности всего на 7% (2,00-1,86=0,14; 0,14/2,00=0,07) по сравнению со значением, указанным в ПУЭ, делает данную защиту непригодной?

Отметим, что если в формуле (5) будет использовано расчетное значение = 3031 А, вместо округленного (3000) расчетное значение коэффициента чувствительности будет всего на 6% (3031/1612 = 1,88) меньше значения, рекомендованного ПУЭ.

Приблизительность такого подхода видна и в том, что в формуле (4) условием несрабатывания ТО при пуске электродвигателя служит выбор множителя, равного 2,5, что и приводит к увеличению расчетного тока и, в конечном итоге, уменьшению коэффициента чувствительности.

Если предположить, а потом опытным путем доказать, что токовая отсечка не будет срабатывать при выборе уставки, равной 2,35 пускового тока электродвигателя, то значение коэффициента чувствительности и при пусковом токе 645 А будет удовлетворять требованиям ПУЭ.

В рассматриваемой методике вместо уменьшения множителя в формуле (4) предложено аналогичное по своей сути действие – уменьшение второго сомножителя путем «уточнения» пускового тока электродвигателя [2].

Отметим, что в любом случае реальный пусковой ток электродвигателя останется неизвестным, а все выводы будут основаны на расчетах, выполненных по каталожным данным электродвигателя.

В методике предложено использовать известную формулу (6) для нахождения пускового тока электродвигателя по найденным расчетным путем сопротивления питающей системы  = 0,92 Ом и пускового сопротивления электродвигателя = 5,37 Ом :

Ток срабатывания токовой отсечки при таком значении пускового тока составит

В этом случае значение коэффициента чувствительности возрастает до

Если в исходную формулу (5) поставить расчетное значение тока А, то значение коэффициента чувствительности возрастет ещё больше и станет равным 2,18.

После получения искомого результата в методике [4] сделан вывод: «Коэффициент чувствительности ТО получился больше двух, поэтому применять дифференциальную защиту не требуется»

Заключение о таком выводе читатель может сделать самостоятельно.

В электроустановках напряжением до 1000 В для оценки чувствительности токовых защит вместо «коэффициента чувствительности» ПУЭ предусматривает другую характеристику – кратность тока короткого замыкания, задаваемую в процентах по отношению к:

• номинальному току плавкой вставки предохранителя;
• току уставки автоматического выключателя с максимальным расцепителем мгновенного действия;
• номинальному току расцепителя с нерегулируемой обратнозависимой от тока характеристикой;
• току трогания расцепителя с регулируемой обратнозависимой от тока характеристикой.

Значения кратности тока согласно [1] в зависимости от типа аппарата защиты может находится в диапазоне

Разделив правую и левую часть неравенства на 100%, можно убедиться, что по своей сути это немного видоизмененный способ задания коэффициента чувствительности.

Сказанное выше позволяет сделать такие выводы:

1. Использование термина «чувствительность релейной защиты», прежде всего является данью традиции, а понятие, обозначаемое этим термином, не имеет стандартизированного определения.
2. Оценка чувствительности релейной защиты по-разному, в зависимости от напряжения электроустановки, создает ложное впечатление о различии понятий, обозначаемых разными терминами:
   • «кратность тока короткого замыкания» (используют в электроустановках напряжением до 1000В);
   • «коэффициент чувствительности» (применяют в электроустановках напряжением свыше 1000 В).
3. Нормирование «коэффициента чувствительности», а тем более проверка этого коэффициента при расчетах уставок защит, во многом обусловлено свойствами применявшихся ранее реле защиты и перенесено на цифровые устройства без достаточных технических обоснований.

Литература:

1. Правила устройства электроустановок. М.: Главгосэнергонадзор России, 1998, 608 с.
2. Чувствительность // [Электронный ресурс «Всё о релейной защите], Режим доступа:http://www.rza.org.ua/glossary/read/ChUVSTVITELNOST.html (Материал первоначально был размещен здесь: http://maximarsenev.narod.ru/slovar2/chuvst.htm).
3. Шалин А.И. Надежность и диагностика релейной защиты энергосистем. Новосибирск, издательство НГТУ, 2002, 384 с.
4. Гондуров С.А., С.В. Михалев, М.Г. Пирогов, А.Л. Соловьев. Релейная защита электродвигателей напряжением 6-10 кВ терминалами БМРЗ. Методика расчета. С-Петербург, ПЭИПК, 2013, 60 с.
5. Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. М.: Энергоатомиздат, 1998, 800 м.
6. Коэффициент чувствительности // [Электронный ресурс «Всё о релейной защите], Режим доступа: http://rza.org.ua/glossary/read/KOEFFICIENT-ChUVSTVITELNOSTI.html
7. Что такое коэффициент чувствительности защиты?//[Электронный ресурс], Режим доступа: http://www.energomir.net/releinaya/174-2010-01-30-16-08-25.html.

[1] Например, в метрологии чувствительности средства измерения находят как отношение изменения выходного сигнала к изменению измеряемой величины.

[2] Для получения требуемого значения коэффициента чувствительности пусковой ток не должен превышать 600 А.