Напряжение отсечки это как
Ток насыщения Iс0 в цепи стока транзистора, включённого по схеме с общим истоком, при затворе накоротко замкнутым с истоком (т. е. при Uз.и=0) — характерен лишь для полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом.
Ток стока в рабочей точке можно определить по следующей формуле [2]:
где Uотс — напряжение отсечки.
Уравнение (1) является приближенным для характеристики передачи любого полевого транзистора (особенно с малыми напряжениями отсечки).
Напряжение отсечки Uотс — один из основных параметров, характеризующих полевой транзистор. При напряжении на затворе, численно равном напряжению отсечки, практически полностью перекрывается канал полевого транзистора, и ток стока при этом стремится к нулю.
Измерение истинного значения напряжения отсечки (при полном перекрытии канала) произвести довольно трудно, так как при этом приходится иметь дело с чрезвычайно малыми токами стока, к тому же зависящими от сопротивления изоляции. В справочных данных на полевые транзисторы всегда указывается, при каком значении тока стока произведены измерения напряжения отсечки. Так, например, для транзисторов КП102 напряжения Uотс получены при токе стока 20 мкА, а у транзистора КП103 — при токе стока 10 мкА.
Крутизна проходной характеристики. Входное сопротивление полевых транзисторов со стороны управляющего электрода составляет 10 7 -10 9 Ом для транзисторов с p-n-переходом. Так как входные токи полевых транзисторов чрезвычайно малы, то управление током в выходной цепи осуществляется входным напряжением. Поэтому усилительные свойства полевого транзистора, как и электронных ламп, целесообразно характеризовать крутизной проходной характеристики.
Крутизна полевых транзисторов
Максимальное значение крутизны характеристики Sмакс достигается при Uз.и=0. При этом численное значение Sмакс равно проводимости канала полевого транзистора при нулевых смещениях на его электродах.
Крутизна характеристики полевых транзисторов на 1-2 порядка меньше, чем у биполярных транзисторов, поэтому при малых сопротивлениях нагрузки коэффициент усиления каскада на полевом транзисторе меньше коэффициента усиления аналогичного каскада на биполярном транзисторе.
В большинстве случаев крутизну характеристики полевых транзисторов считают частотно-независимым параметром. Поэтому быстродействие электронных схем на полевых транзисторах ограничено в основном паразитными параметрами схемы.
Выражение для крутизны характеристики в рабочей точке ПТ получим, используя (1):
где Uз.и — напряжение затвор-исток, при котором вычисляется S;
Соотношение (3) позволяет по двум известным параметрам рассчитать третий.
Пробивное напряжение. Механизм пробоя полевого транзистора можно объяснить возникновением лавинного процесса в переходе затвор — канал. Обратное напряжение диода затвор — канал изменяется вдоль длины затвора, достигая максимального значения у стокового конца канала. Именно здесь происходит пробой полевого транзистора. Если выводы стока и истока поменять местами, то пробивное напряжение почти не изменится. Например, у транзистора КП102 пробой наступает при суммарном напряжении между затвором и стоком, равном 30 В. Это напряжение является минимальным; фактически напряжение пробоя составляет в среднем около 55 В, а у отдельных экземпляров достигает 120 В [7].
Пробой не приводит к выходу из строя ПТ с управляющим р-n-переходом, если при этом рассеиваемая мощность не превышает допустимой. После пробоя в нормальном рабочем режиме эти транзисторы восстанавливают свою работоспособность. Это свойство транзисторов с p-n-переходом даёт им известное преимущество перед МОП-транзисторами, у которых пробой однозначно приводит к выходу прибора из строя.
Однако необходимо оговориться, что и для ПТ с р-n-переходом пробой не всегда безвреден. Степень его влияния на параметры транзистора определяется значением и продолжительностью действия тока, протекающего при этом через затвор. Так, в результате пробоя может увеличиться ток утечки затвора в нормальном режиме [7].
Динамическое сопротивление канала rк определяется выражением
Это сопротивление при Uс.и = 0 и произвольном смещении Uз.и можно выразить через параметры транзистора [2]:
При малом напряжении сток-исток вблизи начала координат ПТ ведёт себя как переменное омическое сопротивление, зависящее от напряжения на затворе. Это остаётся справедливым даже в случае изменения полярности напряжения стока (см. рис. 4); необходимо только, чтобы напряжение на затворе было больше, чем на стоке [5].
Зависимости сопротивления канала ПТ от напряжения на затворе
Минимальное значение сопротивления канала rк0 наблюдается при Uз.и = 0: при увеличении обратного напряжения на затворе сопротивление канала нелинейно увеличивается (см. рис. 10). Значение rк0 определяется по стоковой характеристике транзистора как тангенс угла наклона касательной к кривой Iс=f(Uс) при Uз.и = 0 в точке Uс.и=0.
Для приближенных расчётов имеет место простое соотношение
Расчет зоны действия ТО, принцип действия
Токовая отсечка – это разновидность максимальной токовой защиты с ограниченной зоной действия, предназначенная для быстрого отключения короткого замыкания. Отсечки бывают мгновенные и с малой выдержкой времени до 0,6 секунд. Отличие отсечки от мтз в отсутствии у токовой отсечки реле времени.
Селективность действия токовой отсечки достигается ограничением ее зоны действия. Эта защита отстраивается от тока КЗ в конце защищаемой линии или места, до которого она должна действовать. Ниже рассмотрим принцип действия различных токовых отсечек и их расчет.
Читайте также: Схема повышающая напряжение без трансформатора
Мгновенная токовая отсечка на линии с односторонним питанием
Зона действия токовой отсечки определяется графически. На рисунке наша защищаемая линия между точками АВ. Сначала строится кривая зависимость значения тока короткого замыкания от расстояния до точки КЗ. Точка КЗ в нашем примере – это конец линии, точка А.
Затем строится прямая параллельная оси расстояния равная току срабатывания отсечки. Область пересечения прямой и кривой представляет собой зону действия защиты. В нашем примере зона действия защиты – это отрезок ВБ.
Также зону действия токовой отсечки можно определить по выражению:
- xЛ – сопротивление линии, для которой выбираем защиту
- EC – эквивалентная ЭДС генераторов системы
- xC – сопротивление системы
Ток срабатывания защиты определяется по выражению ниже:
- kН – коэффициент надежности
- IK.MAX – максимальный ток короткого замыкания в конце линии
Коэффициент надежности учитывает погрешности при расчете тока кз и погрешность срабатывания реле.
Коэффициент чувствительности отсечки рассчитывается по выражению:
где в числителе максимальный ток КЗ в начале защищаемой линии, в примере это точка В, а в знаменателе ток срабатывания защиты.
Мгновенная токовая отсечка на линии с двусторонним питанием
Рассмотрим схему линии с двусторонним питанием. По обоим концам расположены генераторы. Вначале необходимо определить максимальные токи короткого замыкания в конце линии с обеих сторон. Тот из токов, величина которого будет больше, и будет принят за максимальный ток короткого замыкания.
На линиях с двусторонним питанием ставится два комплекта отсечек с обеих сторон линии. Зоны действия определяются аналогично, как и для линии с односторонним питанием.
На рисунке у нас одна отсечка защищает при кз в точке А, вторая при кз в точке В. Зона действия первой – ВБ, второй – АГ. Максимальный ток кз в нашем случае больше Ik(A). Его и принимаем за расчетный для обеих отсечек.
Ток срабатывания защиты выбирается по большему из двух выражений:
Второе выражение используют при расчетах на линиях с двусторонним питанием. При наличии двух источников питания (генераторов), между ними проходят токи качания.
Максимальный ток качания определяется как сумма ЭДС генераторов деленная на сопротивление цепи между двумя генераторами, включая сопротивления генераторов (сверхпереходные x”d).
Мгновенные токовые отсечки являются самыми простыми защитами. К их плюсам можно отнести быстродействие и простоту схемы. К недостаткам относится область действия, так как она не распространяется на всю линию. Кроме линий, токовые отсечки применяются на трансформаторах. Стоит упомянуть и токовые отсечки, с выдержкой времени. А если соединить отсечку с выдержкой времени, мгновенную и максимальную токовую защиту, то получится трехступенчатая защита, которая может заменить более сложные защиты.
Токовая отсечка трансформатора
Токовая отсечка трансформатора является самой простой защитой трансформатора, которая защищает его от однофазных и междуфазных коротких замыканий. Принцип действия аналогичен принципу действия токовой отсечки линии.
Отсечка не будет срабатывать при повреждениях, сопровождаемых малыми токами, например, витковые замыкания, замыкания на землю в обмотке. Устанавливается токовая отсечка на трансформаторах мощностью менее 6300кВА. Если на трансформаторе установлена дифференциальная защита, то токовая отсечка не требуется.
Перейдем к расчету параметров защиты. Начнем с тока срабатывания защиты.
Ток срабатывания токовой отсечки отстраивается от броска тока намагничивания и от максимального тока короткого замыкания за трансформатором. Бросок тока намагничивания, который появляется при пуске трансформатора, составляет 3-5 от номинального.
- kН – коэффициент надежности, зависит от типа реле
- IK.MAX – максимальный ток короткого замыкания за трансформатором
- IНАМ – ток намагничивания трансформатора, равный 3-5 от номинального тока трансформатора
Ток срабатывания реле (уставка) определяется по выражению ниже:
- kСХ – коэффициент схемы
- IС.З. – ток срабатывания защиты
- nТТ – коэффициент трансформации ТТ
Коэффициент чувствительности токовой отсечки трансформатора
К преимуществам отсечки относится её быстродействие. Мгновенное отключение позволяет уменьшить возможные повреждения трансформатора и оборудования, запитанного от трансформатора.
К недостаткам можно отнести то, что зона действия отсечки ограничена. Поэтому отсечка вместе с газовой защитой трансформатора и максимальной токовой защитой составляют защиту трансформаторов малой мощности.
2020 Помегерим! — электрика и электроэнергетика 
Сайт инженера Задорожного С.М.
Статические параметры полевого транзистора: теория и практика
Интерес к статическим параметрам полевого транзистора с p-n-переходом на затворе, таким как начальный ток стока и напряжение отсечки, проявляется чаще всего инженерами и радиолюбителями либо как к приводимым в справочниках характеристикам для сравнения транзисторов различных типов, либо в связи с подбором близких по параметрам транзисторов для дифференциального каскада. В настоящей статье речь пойдёт об использовании статических параметров при расчёте схем на полевых транзисторах.
На рис.1. приведено условное графическое обозначение полевого транзистора с n-каналом и управляющим p-n-переходом на затворе:
Рис.1 Условное графическое обозначение полевого с n-каналом и p-n-переходом на затворе.
Обозначение его выводов соответственно следующее:
G (Gate) — затвор;
S (Source) — исток;
D (Drain) — сток.
Основными статическими параметрами полевого транзистора с p-n-переходом на затворе являются начальный ток стока и напряжение отсечки. Начальный ток стока полевого транзистора определяется как ток, протекающий через его канал при заданном постоянном напряжении сток-исток и равном нулю напряжении затвор-исток. В англоязычной технической документации этот параметр обозначают как IDSS.
Читайте также: Какое максимальное напряжение в сети выдерживают импульсные блоки питания
Напряжение отсечки — это такое пороговое значение напряжения затвор-исток, по достижении которого ток через канал полевого транзистора уже не изменяется и практически равен нулю. Его также измеряют при фиксированном значении напряжения сток-исток и в англоязычной документации обозначают как VGS(off) или реже как Vp.
В качестве усилительного элемента полевой транзистор работает при достаточно большом напряжении сток-исток VDS — на графике семейства выходных характеристик транзистора это значение напряжения расположено в области насыщения. Это значит, что величина тока через канал полевого транзистора, — ток стока ID, — зависит в основном лишь от величины напряжения затвор-исток VGS. Эту зависимость тока стока полевого транзистора ID от входного напряжения затвор-исток VGS описывает так называемая передаточная характеристика транзистора. Для транзисторов с управляющим p-n-переходом её обычно аппроксимируют следующим выражением:
Таким образом ток стока полевого транзистора с изменением напряжения на его затворе изменяется по квадратичному закону. Графически эту зависимость иллюстрирует приведенная на рис.2 диаграмма:
Рис.2. Пример аппроксимации зависимости тока стока ID от напряжения затвор-исток VGS квадратичной функцией при начальном токе стока IDSS = 9,5 mA и напряжении отсечки VGS(off) = -2,8 V.
В таком изменении тока стока ID с изменением напряжения затвор-исток VGS и проявляются усилительные свойства полевого транзистора. Количественно эти свойства характеризует такой его параметр как крутизна, определяемая как:
Понятно, что значение крутизны, выраженное через статические параметры полевого транзистора IDSS и VGS(off), можно получить дифференцируя выражение для передаточной характеристики (1) по dVGS:
То есть для транзистора с известными значениями начального тока стока IDSS и напряжения отсечки VGS(off) при заданном напряжении затвор-исток VGS крутизну передаточной характеристики можно рассчитать по формуле:
получаем еще одно выражение для крутизны при заданном токе стока ID:
На рис.3 приведены основные схемы включения полевого транзистора с управляющим p-n-переходом на затворе:
а) усилительный каскад с общим истоком;
б) истоковый повторитель;
в) двухполюсник — стабилизатор тока.
Рис.3 Основные схемы включения полевого транзистора с управляющим p-n-переходом на затворе.
Во всех этих схемах для установки требуемого значения тока стока ID служит включенный в цепь истока резистор RS. Потенциал затвора полевого транзистора равен потенциалу нижнего по схеме вывода этого резистора, поэтому ток стока ID, напряжение затвор-исток VGS и сопротивление RS элементарно связаны между собой законом Ома:
Расчет сопротивления RS для установки требуемого тока стока ID для полевого транзистора с известными значеними начального тока стока IDSS и напряжения отсечки VGS(off) также можно произвести на основании выражения для передаточной характеристики (1):
откуда получаем равенство:
Разделим обе части равенства (6) на RS и, с учётом выражения (5), получим:
Соответственно выражение для значения сопротивления RS примет следующий вид:
Исходя из приведенных математических выкладок логично предположить, что, измерив значения начального тока стока IDSS и напряжения отсечки VGS(off) — основных статических параметров полевого транзистора с управляющим p-n-переходом на затворе, — можно определить крутизну передаточной характеристики транзистора в заданной рабочей точке или установить рабочую точку транзистора так, чтобы получить требуемое значение крутизны, рассчитать параметры других элементов схемы, и пр. Но практические результаты чаще всего оказываются далеки от расчетных.
Такое несоответствие теории и практики отмечается и в ряде авторитетных публикаций на тему работы полевого транзистора. Так, например, в [1] один и тот же абзац содержит и утверждение о том, что передаточная характеристика полевого транзистора «достаточно точно определяется квадратичной зависимостью» в соответствии с формулой (1), и оговорку, что на практике с помощью прибора зафиксировать величину соответствующего напряжения отсечки VGS(off) очень трудно, и поэтому обычно измеряют напряжение затвор-исток при ID = 0,1·IDSS, а затем, подставив эти значения в формулу (1), вычисляют уже соответствующее ей значение напряжения отсечки по формуле:
В [2] также отмечается, что измеренное значение напряжения отсечки VGS(off), при котором величина тока стока ID становится нулевой или равной нескольким микроамперам, «не всегда будет удовлетворять равенству (1), поэтому удобнее вычислять величину как функцию VGS и экстраполировать полученную прямую линию до значения тока ID=0″.
Поскольку речь идёт о наиболее точном определении передаточной характеристики полевого транзистора с управляющим p-n-переходом на затворе, то величина напряжения отсечки VGS(off) конкретного транзистора важна лишь как параметр в выражении (1), при котором это выражение наиболее соответствует реальной передаточной характеристике этого транзистора. То же самое можно сказать и о величине начального тока стока IDSS. Таким образом может оказаться, что прямое измерение статических параметров полевого транзистора особого практического смысла не имеет, поскольку эти параметры не описывают с достаточной точностью передаточную характеристику транзистора.
На практике при проектировании схем усилительных каскадов на полевых транзисторах с управляющим p-n-переходом на затворе режим их работы никогда не выбирают таким, чтобы напряжение затвор-исток VGS было близким к напряжению отсечки VGS(off) или к нулю. Следовательно, нет никакой необходимости описывать передаточную характеристику (1) на всём её протяжении от ID=0 до ID=IDSS, достаточно сделать это для некоего рабочего участка от ID1=ID(VGS1) до ID2=ID(VGS2). Для этого решим следующую задачу.
Читайте также: Когда действует шаговое напряжение
Пусть путём измерения получены значения тока стока ID1 и ID2 соответственно для двух отстоящих друг от друга значений напряжения затвор-исток VGS1 и VGS2:
Решив систему уравнений (9) относительно значений начального тока стока и напряжения отсечки мы получим более соответствующие реальной передаточной характеристике параметры формулы (1).
Сначала определим значение . Для этого разделим второе уравнение на первое чтобы сократилось и получилось одно уравнение с одним неизвестным, которое решаем:
Таким образом искомое значение напряжения отсечки для формулы (1) определяется выражением:
А соответствующее значение начального тока стока вычисляется путём подстановки полученного по формуле (10) значения напряжения отсечки в следующее выражение, полученное из формулы (1):
Вычисленные по формулам (10) и (11) значения напряжения отсечки и начального тока стока после подстановки в формулу (1) должны дать более точное соответствие этой формулы передаточной характеристике реального полевого транзистора. Чтобы это проверить были проведены контрольные измерения параметров двенадцати полевых транзисторов четырёх типов — по три транзистора каждого типа.
Порядок измерений для каждого транзистора был следующим. Сначала измерялись начальный ток стока IDSS и напряжение отсечки VGS(off) полевого транзистора. Затем были измерены значения напряжений затвор-исток VGS1 и VGS2 для двух соответствующих им значений тока стока ID1 и ID2, несколько отстоящих от нулевого значения при VGS=VGS(off) и начального тока стока IDSS. Подстановка VGS1, VGS2, ID1 и ID2 в формулы (10) и (11) давала искомые значения и . Чтобы иметь возможность затем сравнить, какая же пара параметров полевого транзистора, — IDSS и VGS(off) или и , — после подстановки в формулу (1) даёт более точное соответствие этой формулы передаточной характеристике реального полевого транзистора, ток стока полевого транзистора устанавливался примерно равным половине измеренного значения его начального тока стока IDSS, то есть где-то посередине передаточной характеристики транзистора, с последующим измерением соответствующего этому току напряжения затвор-исток. Полученные таким образом значения ID0 и VGS0 — это координаты произвольно выбранной рабочей точки полевого транзистора на его передаточной характеристике. Осталось подставить теперь значение VGS0 в формулу (1) сначала с парой параметров IDSS и VGS(off), а затем с и , и сравнить оба вычисленных значения тока стока с измеренным ID0.
Результаты измерений параметров двенадцати полевых транзисторов приведены в таблице ниже.
| № | Транзистор | Измеренные значения статических параметров | Значения статических параметров по формулам (10) и (11) |
VGS0, В |
ID0, мА |
Значение тока стока ID, вычисленное по формуле (1) с параметрами IDSS и VGS(off) |
Значение тока стока I’D, вычисленное по формуле (1) с параметрами I’DSS и V’GS(off) |
||||
| IDSS, мА |
VGS(off), В |
I’DSS, мА |
V’GS(off), В |
ID, мА |
Ошибка, % |
I’D, мА |
Ошибка, % |
||||
| 1 | КП303В | 2,95 | -1,23 | 2,98 | -1,35 | -0,40 | 1,52 | 1,33 | -12,5 | 1,47 | -3,6 |
| 2 | КП303В | 2,89 | -1,20 | 2,95 | -1,32 | -0,40 | 1,48 | 1,28 | -13,1 | 1,43 | -3,2 |
| 3 | КП303В | 2,66 | -1,16 | 2,70 | -1,24 | -0,36 | 1,41 | 1,26 | -10,2 | 1,35 | -3,8 |
| 4 | 2П303Е | 12,06 | -4,26 | 12,73 | -4,90 | -1,49 | 6,49 | 5,09 | -21,5 | 6,16 | -5,2 |
| 5 | 2П303Е | 11,24 | -3,94 | 11,69 | -4,50 | -1,37 | 6,06 | 4,79 | -20,9 | 5,67 | -6,5 |
| 6 | 2П303Е | 10,92 | -3,77 | 11,26 | -4,31 | -1,29 | 5,91 | 4,73 | -20,0 | 5,53 | -6,3 |
| 7 | 2N3819 | 10,64 | -3,47 | 10,76 | -3,91 | -1,08 | 5,90 | 5,05 | -14,4 | 5,64 | -4,4 |
| 8 | 2N3819 | 10,22 | -3,51 | 10,29 | -3,90 | -1,06 | 5,73 | 4,98 | -13,1 | 5,46 | -4,8 |
| 9 | 2N3819 | 10,30 | -3,38 | 10,46 | -3,80 | -1,07 | 5,67 | 4,81 | -15,2 | 5,40 | -4,8 |
| 10 | 2N4416A | 8,79 | -2,98 | 9,05 | -3,27 | -1,04 | 4,46 | 3,71 | -16,9 | 4,20 | -5,9 |
| 11 | 2N4416A | 10,10 | -3,22 | 10,31 | -3,55 | -1,18 | 4,98 | 4,04 | -19,0 | 4,58 | -8,0 |
| 12 | 2N4416A | 10,92 | -3,93 | 12,66 | -4,32 | -1,63 | 5,36 | 4,09 | -23,6 | 4,92 | -8,2 |
Выделенные цветом значения погрешностей говорят сами за себя. Если же сравнивать графики передаточной характеристики, подобные приведенному на рис.2, то линия, построенная по значениям (; ), пройдёт гораздо ближе к точке (VGS0; ID0), чем построенная по измеренным значениями напряжения отсечки и начального тока стока (VGS(off); IDSS).
Результаты будут ещё более точными, если в качестве точек (VGS1; ID1) и (VGS2; ID2) взять границы более узкого отрезка передаточной характеристики полевого транзистора, на котором он будет работать в реальной схеме. Особо следует отметить, что данный метод определения статических параметров полевых транзисторов незаменим для транзисторов с большим начальным током стока, например для таких как J310.
©Задорожный Сергей Михайлович, 2012г., г.Киев
- Бочаров Л.Н., «Полевые транзисторы»; Москва, издательство «Радио и связь», 1984;
- Титце У., Шенк К., «Полупроводниковая схемотехника»; перевод с немецкого; Москва, издательство «Мир», 1982.
-
- Напряжение
- Реле
- Трансформатор
- Что такое рекуперация на электровозе
- Чем отличается электровоз от тепловоза
- Чем глушитель отличается от резонатора
- Стойки стабилизатора как определить неисправность
- Стабилизатор поперечной устойчивости как работает
Максимальная токовая защита и токовая отсечка
Селективность токовых отсечек достигается ограничением их зоны работы.
Читайте также: Инструкция по монтажу выключателя мкп 110
Величина тока КЗ, протекающий по линии, зависит от места повреждения:
где EC – ЭДС системы;
XC – сопротивление системы;
XWK – сопротивление линии до точки КЗ;
XY – удельное сопротивление линии;
LK – длина от начала линии до места КЗ.
Для обеспечения селективности ток срабатывания защиты IC.З > I КЗ1 – тока КЗ на шинах противоположной подстанции.
Токовые отсечки применяются как в радиальных сетях с односторонним питанием, так и в сети, имеющей двустороннее питание.
5.3. Отсечки мгновенного действия на линиях с односторонним питанием
5.3.1. Ток срабатывания отсечки
По условию селективности защита не должна работать за пределами защищаемой линии АВ, в токе В (см. рис. 5.3.1):
где I К(В)макс – максимальный ток КЗ в фазе линии при КЗ на шинах подстанции В ;
k Н – коэффициент надежности, 1,2. 1,3 – для отсечек ЛЭП с реле типа РТ.
5.3.2. Зона действия отсечки
Зона действия ТО определяется графически (рис. 5.3.1) или по формуле:
Читайте также: Маркировка кабеля ВВГ
где XW – сопротивление линии;
XC – сопротивление системы.
ПУЭ рекомендуют применять отсечку, если её зона действия охватывает не меньше 20% защищаемой линии.
Для устранения мертвой зоны направленных защит отсечка применяется и при меньшей зоне действия.
При схеме работы линии блоком с трансформатором отсечку отстраивают от тока КЗ за трансформатором (рис. 5.3.2). В этом случае отсечка защищает всю линию и весьма эффективна.
5.3.3. Время действия отсечки
При применении быстродействующих промежуточных реле ( с временем срабатывания 0,02 с) t ТО =0,04. 0,06.
В схемах с промежуточными реле в расчетах не учитывается апериодическая составляющая тока, поскольку она затухает очень быстро, за 0,02. 0,03 с .
На линиях, защищенных от перенапряжений трубчатыми разрядниками, отсечка может срабатывать при их действии. Время срабатывания разрядника: tP =0,01. 0,02 с, а при их каскадном действии – 0,04. 0,06 с. В этом случае применяют промежуточные реле с временем действия – 0,06. 0,08 с.
5.5. Отсечки на линиях с двусторонним питанием
Для определения тока срабатывания отсечек необходимо определить токи I К З( В)отG1 и I КЗ(А)отG2 .
Ток срабатывания защиты вычисляется по наибольшему из этих токов:
Во избежание неправильной работы отсечки при качаниях её ток срабатывания должен отстраиваться и от токов качания I кач :
где k Н – коэффициент надежности, k Н = 1,2. 1,3;
Читайте также: Правило правой руки для ленца — Адвокатский кабинет
XAB – суммарное сопротивление от генератора А до В: XGA + XGB + XC ;
– сверхпереходное сопротивление генераторов;
XC – сумма сопротивлений всех остальных элементов, включенных между шинами генераторов.
Ток срабатывания выбирается по большему из двух значений (5.4) и (5.5).
5.6. Отсечки с выдержкой времени
5.6.1. Сеть с односторонним питанием
Мгновенная отсечка защищает только часть линии, чтобы выполнить защиту всей линии с минимальным временем действия применяется отсечка с выдержкой времени:
t ТО1 = t ТО2 + D t . Практически t ТО1 » 0 ,3 . 0,6 зависит от точности реле времени,
5.6.2. Сеть с двусторонним питанием
где I К1 – ток от системы при КЗ в конце зоны отсечки 2.
Примеры и описание схем МТЗ
С целью защиты обмоток трансформаторов, а также других элементов сетей с односторонним питанием используются различные схемы.
МТЗ на постоянном оперативном токе.
Особенность данной схемы в том, что управление элементами защиты осуществляется выпрямленным током, который меняет полярность, реагируя на аварийные ситуации. Мониторинг изменения напряжения выполняют интегральные микроэлементы.
Для защиты линий от последствий междуфазных замыканий используют двухфазные схемы на двух, либо на одном токовом реле.
Однорелейная на оперативном токе
В данной защите используется токовое пусковое реле, которое реагирует на изменение разности потенциалов двух фаз. Однорелейная МТЗ реагирует на все межфазные КЗ.
Схема на 1 реле
Преимущества: одно токовое реле и всего два провода для подсоединения.
Недостатки:
- сравнительно низкая чувствительность;
- недостаточная надёжность – при отказе одного элемента защиты участок цепи остаётся незащищённым.
Однорелейка применяется в распределительных сетях, где напряжение не превышает 10 тыс. В, а также для безопасного запуска электромоторов.
Двухрелейная на оперативном токе
В данной схеме токовые цепи образуют неполную звезду. Двухрелейная МТЗ реагирует на аварийные междуфазные короткие замыкания.
Схема на 2 реле
К недостаткам этой схемы можно отнести ограниченную чувствительность. МТЗ выполненные по двухфазным схемам нашли широкое применение, особенно в сетях, где используется изолированная нейтраль. Но при добавлении промежуточных реле могут работать в сетях с глухозаземлённой нейтралью.
Трехрелейная
Схема очень надёжная. Она предотвращает последствия всех КЗ, реагируя также и на однофазные замыкания. Трехфазные схемы можно применять в случаях с глухозаземлённой нейтралью, вопреки тому, что там возможны ситуации с междуфазными так и однофазными замыканиями.
Из рисунка 4 можно понять схему работы трёхфазной, трёхлинейной МТЗ.
Рисунок 4. Схема трёхфазной трёхрелейной защиты
Читайте также: Управляемые выпрямители. Области применения преобразователей средней и большой мощности
Схема двухфазного трёхрелейного подключения МТЗ изображена на рисунке 5.
Рис. 5. Схема двухфазного трёхрелейного подключения МТЗ
На схема обозначены:
- KA – реле тока;
- KT – реле времени;
- KL – промежуточное реле;
- KH – указательное реле;
- YAT – катушка отключения;
- SQ – блок контакт, размыкающий цепь;
- TA – трансформатор тока.
Максима́льная то́ковая защи́та (МТЗ)
— вид релейной защиты, действие которой связано с увеличением силы тока в защищаемой цепи при возникновении короткого замыкания на участке данной цепи. Данный вид защиты применяется практически повсеместно и является наиболее распространённым в электрических сетях.
Читать также: Как обрезать напольный плинтус
5.8. Применение токовых отсечек
Токовые отсечки используются как основные (в сетях низкого напряжения) и резервные (сети высокого напряжения) защиты на линиях с односторонним питанием. На линиях с двусторонним питанием отсечки используются как резервные защиты.
Отсечки применяются как резервные защиты для мощных силовых трансформаторов и как основные для маломощных.
· токовая отсечка в двухфазном, двухрелейном исполнении – комплекты КЗ 9 и КЗ9/2;
· МТЗ с независимой выдержкой времени в двухфазном, двухрелейном исполнении – КЗ12;
· МТЗ в двухфазном двухрелейном исполнении и ТО – двухфазное, трехрелейное исполнение – комплект КЗ13;
· МТЗ с независимой выдержкой времени – двухфазное, трехрелейное исполнение – комплект КЗ17.
1. Конструктивно одна из самых простых защит.
2. Высокая быстрота действия.
1. Неполный охват зоной действия защищаемой линии.
2. Непостоянство зоны действия под влиянием сопротивлений в месте повреждения и изменений режима системы.
Реализация [ править | править код ]
Традиционно МТЗ реализуются на базе электромеханических токовых реле и реле времени; иногда функция пускового органа и органа выдержки времени может быть совмещена (например в индукционных токовых реле серии РТ-80). В 1970-х годах появились реализации МТЗ на базе полупроводниковых элементов (например в некоторых моделях отечественных автоматических выключателей серий А37, ВА, «Электрон»). В настоящее время имеется тенденция реализации МТЗ на базе микропроцессоров, которые обычно помимо МТЗ выполняют также несколько функций релейной защиты и автоматики: АЧР, АПВ, АВР, дифзащиты и др.
Токовая отсечка электродвигателей
В данной статье речь пойдет о расчете токовой отсечки для электродвигателей напряжением выше 1 кВ.
Токовая отсечка электродвигателей выполняется в соответствии с ПУЭ 7-издание пункт 5.3.46.
Первичный ток срабатывания токовой отсечки Iс.з. выбирается по условию отстройки от максимального тока, протекающего в реле при пуске электродвигателя:
Пусковой ток электродвигателя Iпуск. определяется по выражению:
На основании выражения (2) можно представить выражение (1) в следующем виде:
Ток срабатывания реле отсечки Iс.р. определяется по выражению:
Ток срабатывания отсечки Iс.з., определенный по выражению (3) достаточен для отстройки от тока самозапуска электродвигателя при внешнем КЗ.
Чувствительность токовой отсечки проверяется при двухфазном КЗ на выводах электродвигателя в минимальном режиме питающей сети и оценивается коэффициентом чувствительности, определяем по выражению:
Коэффициент чувствительности защиты в соответствии с ПУЭ 7-издание должно быть не менее 2,0.
Дополнительно графическим способом определяется показатель эффективности работы отсечки, для чего используются усредненные зависимости фазных токов, протекающих через выводы электродвигателя при внутренних повреждениях двигателя при двухфазном КЗ, от количества замкнувшихся витков (Wα%). Эти зависимости приведены по данным Ереванского политехнического института для двух граничных режимов: холостого хода и и заторможенного двигателя. По этим зависимостям оценивается количество замкнувшихся витков, при которых защита срабатывает при заданной уставке.
Расчет тока срабатывания МТЗ
Стабильность работы и надёжность функционирования максимально-токовой защиты зависит от настройки параметров по току срабатывания. Расчёты должны обеспечивать гарантированное срабатывание реле при авариях, однако на её работу не должны влиять параметры тока нагрузки, а также кратковременные всплески, возникающие в режиме запуска двигателей.
Следует помнить, что слишком чувствительные реле могут вызывать ложные срабатывания. С другой стороны, заниженные параметры срабатывания не могут гарантировать безопасности стабильной работы электроприборов. Поэтому при расчетах уставок необходимо выбирать золотую середину.
Существует формула для расчёта среднего значения тока, на который реагирует электромагнитное реле [ 1 ]:
где Iс.з. – минимальный первичный ток, на который должна реагировать защита, а Iн. макс. – предельное значение тока нагрузки.
Ток возврата реле подбирается таким образом, чтобы его хватило повторного замыкания контактов в отработавшем устройстве. Для его определения используем формулу:
Здесь Iвз– ток возврата, kн. – коэффициент надёжности, kз – коэффициент самозапуска, Iраб. макс.– величина максимального рабочего тока.
Для того чтобы токи возврата и срабатывания максимально приблизить, вводится коэффициент возврата, рассчитываемый по формуле:
kв = Iвз/ Iс.з. с учётом которого Iс.з.= kн.×kз.×Iраб. макс. / kв
В идеальном случае kв = 1, но на практике этот коэффициент всегда меньший за единицу. Чувствительность защиты тем выше, чем выше значение kв.. Отсюда вывод: для повышения чувствительности необходимо подобрать kв в диапазоне, стремящимся к 1.
Токовая отсечка: схема, принцип действия
Ток, который поступает в электрическую сеть, постепенно приводит к нагреву всех составляющих ее элементов. Поэтому все они создаются с таким запасом прочности, чтобы выдерживать заданные нагрузки (практически как угодно долго) и без последствий работать при протекании тока в пределах допустимой нормы.
Но если в результате возникновения короткого замыкание в сети значительно повышается нагрузка, что зачастую приводит к повреждению проборов питающихся от электричества, возгоранию или иным последствиям, которые не приводят не к чему хорошему. При этом помимо приборов, которые в этот момент могут быть подключенные к сети, страдает также и сами элементы цепи, и может происходить их частичное или полное разрушение.
В принципе можно было бы создавать элементы, которые могли бы выдерживали короткое замыкание в течение очень длительного времени, но тогда бы из-за используемых материалов они бы были неоправданно дороги.
Виды МТЗ и схемы
К основным видам максимальной токовой защиты относят:
- С независимой выдержкой времени от тока. Из названия ясно, что при любых перегрузках величина выдержки времени остаётся неизменной.
- С зависимой выдержкой времени. Время зависит нелинейно от величины тока, по принципу: больше ток — быстрее отключение. Такая система позволяет точнее учитывать перегрузочную способность элементов цепи и осуществлять защиту от перегрузки.
- С ограничено-зависимой выдержкой времени. График зависимости состоит из двух частей. У него параболическая форма (как во втором случае), совмещенная с прямой линией (как в первом случае), где по вертикальной оси расположен ток, а по горизонтальной время. При этом его основание стремится к параболе, а с определенных схемой пределов переходит в прямую. Так достигается точная настройка срабатывания при малых превышениях, например при подключении мощных потребителей и групповом пуске электродвигателей.
- С блокировкой минимального напряжения. Также нужна для предотвращения отключения питания при пусковых токах. При возрастании тока выше уставки, если реле напряжения не срабатывает по минимальному значению (как при КЗ), то и напряжение не отключается.
По роду тока в оперативных цепях выделяют МТЗ:
- с постоянным оперативным током;
- с переменным оперативным током.
По количеству реле различают максимальные токовые защиты на базе:
- Трёх реле. Обеспечивают защиту и при многофазном и при однофазном замыканиях.
- Двух реле. Дешевле предыдущих, но не дают такой же надежности, особенно при однофазных замыканиях.
- Одного реле. Еще дешевле и еще менее надежны, не применимы на ответственных участках линии. У них малая чувствительность и применяется в распределительных сетях от 6 до 10 кВ и для защиты электродвигателя.
- KA — реле тока;
- KT — реле времени;
- KL — промежуточное реле, устанавливается если не хватает коммутационной способности контактов;
- KH — указательное реле (блинкер);
- SQ — блок контакт для размыкания мощных цепей, типа катушки YAT — силового коммутационного аппарата. Устанавливается так как контакты реле не рассчитываются на размыкание таких цепей.
Современные защиты часто уходят от применения релейных схем из-за особенностей их надежности. Поэтому используются МТЗ на операционных усилителях, микропроцессоре и другой полупроводниковой технике.
Современные решения позволяют более точно выставлять уставки по току и время-токовые характеристики защит.
Понятие токовая отсечка
И так, что же такое токовая отсечка? Если говорить без научных терминов, то токовая отсечка – это одна из существующих разновидностей защиты, которое отличается быстродействием.
Главный ее принцип действия, который отличает ее от других способов, это обеспечение избирательности для разрыва соединения. Он заключает в том, что можно создать нужную ступень величины тока при максимальных показаниях, от значений которых происходит отключение сети от питания.
Становиться понятно, что такой механизм производит полный надзор над показаниями величин тока на участке нахождения. При возникновении момента, во время которого начинается возрастание силы тока намного превышающие заданное значение, происходит реакция, и участок полностью отключается от поступления в него электричества. Это происходит при максимальной токовой отсечке.
Следует знать! Величина, при которой происходит срабатывание защиты, получило название – уставка.
Устройство и принцип действия
Конструктивно МТЗ состоят из двух важных узлов: автоматического выключателя и реле времени. Они могут быть объединены в одной конструкции либо размещаться отдельными блоками.
Отличия от токовой отсечки
Из всех видов защиты по надёжности лидирует токовая отсечка. Примером может служить защита бытовой электросети устройствами с применением плавких предохранителей или пакетных автоматов. Метод токовых отсечек гарантирует обесточивания защищаемой цепи в аварийных ситуациях. Но для возобновления подачи электроэнергии необходимо устранить причину отсечения и заменить предохранитель, либо включить автомат.
Недостатком такой системы является то, что отключение может происходить не только вследствие КЗ, но и в результате даже кратковременного превышения параметров по току нагрузки. Кроме того, требуется участие человека для восстановления защиты. Эти недостатки не критичны в бытовой сети, но они неприемлемы при защите разветвлённых линий электропередач.
Благодаря тому, что в конструкциях МТЗ предусмотрены реле времени, задерживающие срабатывание механизмов отсечения, они кратковременно игнорируют перепады напряжений. Кроме того, токовые реле сконструированы таким образом, что они возвращаются в исходное положение после ликвидации причины, вызвавшей размыкание контактов.
Именно эти два фактора кардинально отличают МТЗ от простых токовых отсечек, со всеми их недостатками.
Принцип действия МТЗ
Между узлом задержки и токовым реле существует зависимая связь, благодаря которой отключение происходит не на начальной стадии возрастания тока, а спустя некоторое время после возникновения нештатной ситуации. Данный промежуток времени слишком короткий для того, чтобы величина тока достигла критического уровня, способного навредить защищаемой цепи. Но этого хватает для предотвращения возможных ложных срабатываний защитных устройств.
Принцип действия систем МТЗ напоминает защиту токовой отсечки. Но разница в том, что токовая отсечка мгновенно разрывает цепь, а МТЗ делает это спустя некоторое, наперёд заданное время. Этот промежуток, от момента аварийного возрастания тока до его отсечения, называется выдержкой времени. В зависимости от целей и характера защиты каждая отдельная ступень времени задаётся на основании расчётов.
Наименьшая выдержка времени задаётся на самых удалённых участках линий. По мере приближения МТЗ к источнику тока, временные задержки увеличиваются. Эти величины определяются временем, необходимым для срабатывания защиты и именуются ступенями селективности. Сети, построенные по указанному принципу, образуют зоны действия ступеней селективности.
Такой подход обеспечивает защиту поврежденного участка, но не отключает линию полностью, так как ступени селективности увеличиваются по мере удаления МТЗ от места аварии. Разница величин ступеней позволяет защитным устройствам, находящимся на смежных участках, оставаться в состоянии ожидания до момента восстановления параметров тока. Так как напряжение приходит в норму практически сразу после отсечения зоны с коротким замыканием, то авария не влияет на работу смежных участков.
Примеры использования защиты
- с целью локализации и обезвреживания междуфазных КЗ;
- для защиты сетей от кратковременных перегрузок;
- для обесточивания трансформаторов тока в аварийных ситуациях;
- в качестве протектора при запуске мощного, энергозависимого оборудования.
Задержка времени очень полезна при пуске двигателей. Дело в том, что на старте в цепях обмоток наблюдается значительное увеличение пусковых токов, которое системы защиты могут воспринимать как аварийную ситуацию. Благодаря небольшой задержке времени МТЗ игнорирует изменение параметров сети, возникающие при пуске или самозапуске электродвигателей. За короткое время показатели тока приближаются к норме и причина для аварийного отключения устраняется. Таким образом, предотвращается ложное срабатывание.
Пример подключения МТЗ электродвигателя иллюстрирует схема на рисунке 1. На этой схеме реле времени обеспечивает уверенный пуск электромотора до момента реагирования токового реле.
Рисунок 1. МТЗ с выдержкой времени
Аналогично работает задержка времени при кратковременных перегрузках в защищаемой сети, которые не связаны с аварийными КЗ. Отсечка действует лишь в тех случаях, когда на защищаемой линии возникает значительное превышение номинальных значений, которое по времени превосходит величину выдержки.
Для надёжности защиты на практике часто используют схемы двухступенчатой и даже трёхступенчатой защиты участков цепей. Стандартная трёхступенчатая защитная характеристика выглядит следующим образом (Рис. 2):
Рис. 2. Карта селективности стандартной трёхступенчатой защиты
На абсциссе отмечено значения тока, а на оси ординат время задержки в секундах. Кривая в виде гиперболы отображает снижение времени защиты от возрастания перегрузок. При достижении тока отметки 170 А включается отсчёт времени МТЗ. Задержка времени составляет 0,2 с, после чего на отметке 200 А происходит отключение. То есть, разрыв цепи происходит в случае отказа защиты остальных устройств.
Читать также: Компрессор воздушный промышленный цена
Виды токовых отсечек
Существует два вида токовых отсечек.
- С мгновенным действием – они полностью определяются собственным временем срабатывания. У них главным элементом будет являться установленное реле (токовое). Для вспомогательных элементов также используются релейные устройства, которые занимаются тем, что подают сигнал на разрыв.
- С временной задержкой. В них входит устройство, которое позволяет задавать параметры времени. У таких отсечек временное срабатывание может составлять диапазон от 0,2 до 0,6 секунд.
Токовая отсечка незамедлительного срабатывания
Показания для возникновения отсечки выбирается исходя из того, чтобы она не срабатывала во время возникновения нарушений на участках линий, которые являются смежными для защищаемой. Для этого току при котором будет происходить отключение необходимо иметь показания, которые будут превышать самые наибольшие показания при коротком замыкании.
Чтобы определить зону действия токовой отсечки и коэффициент чувствительности, можно воспользоваться графическими показателями. Чтобы их получить надо вычислить токи короткого замыкания, которые будут проходить по цепи во время его возникновения, и сделать это в самом начале и конце линии. К тому же вычисление нужно произвести от начала на в промежутках длины равной ¾; ½ и ¼. Исходя из этих полученных данных, можно построить ломаную линию, которая покажет изменение тока КЗ. Отсечка должна быть задействована в той зоне, где ток замыкания будет превышать ток при срабатывании.
Следует учитывать, что чем выше показания токов при коротком замыкании, которые получаются в начале и конце линии, тем шире становиться промежуток, который входит в отсечку. Так по ПЭУ, существуют рекомендации, что зона действия токовой отсечки применяется, если она охватывает более двадцати процентов от линии, которую следует защитить.
Так же в исключительных случаях отсечка может быть использована как защита всей линии (рис.1).
Рис.1. Защита всей линии с помощью токовой отсечки
По времени действие мгновенная отсечка зависит от того времени за период, которого происходит срабатывание токовых и промежуточных реле. Если используются промежуточные реле с периодом действия – около 0,02 секунды, то время срабатывания отсечки будет составлять промежуток от 0,04 до 0,06 секунд.
Устройство и принцип действия
Принцип работы заключается в срабатывании датчика (реле) тока при превышении Iуставки на защищаемом участки линии, после чего для обеспечения селективности с определенной задержкой срабатывает реле времени.
Читать также: Схема подключения блока питания для светодиодной ленты
Где она применяется? Максимальную токовую защиту устанавливают в начале линии, то есть со стороны генератора или трансформатора питающей подстанции.
Важно! Зона действия МТЗ лежит в пределах между источником питания (ТП или генератором) и потребителем (ТП или другим ВВ оборудованием). При этом она устанавливается со стороны источника, а не потребителя. Но зоны действия ступеней могут пересекаться друг с другом. Например, 1 ступень часто перекрывает зону действия второй ступени вблизи от разъединителя, где Iкз почти равны с предыдущим участком линии.
Выдержка времени срабатывания защиты подбирается так, что первая ступень (на питающей ТП) срабатывает через самый большой промежуток времени, а каждая последующая быстрее предыдущей.
Интересно: разница выдержки времени срабатывания на ближайшей к источнику питания от следующей после нее МТЗ называется ступенью селективности.
Обеспечение селективности важно для бесперебойной подачи электропитания по как можно большему количеству электрических линий. С её помощью отключаемая часть уменьшается и локализуется на участке между коммутационными аппаратами как можно ближайшими к поврежденному участку.
При этом, при возникновении кратковременных самоустраняемых перегрузок, связанных с пуском мощных электродвигателей, выдержка времени и отключение по минимальному напряжению должны обеспечить подачу электроэнергии в сеть без её отключения. При КЗ, напряжения резко уменьшаются, а при пуске двигателей такой просадки обычно не происходит.
Выбор уставок по току происходит по наименьшему Iкз из всей цепи, учитывая особенности работы подключенного оборудования. Это нужно опять же для того, чтобы максимальная токовая защита не сработала при самозапуске электродвигателей.
Перегрузка может возникнуть по трем причинам:
- При однофазном замыкании на землю.
- При многофазном замыкании.
- При перегрузки линии из-за повышенного потребления мощности.
Итак, максимальная токовая защита необходима для предотвращения разрушения линий электропередач, жил кабелей и шин на подстанциях и потребителях электроэнергии, таких как мощные электродвигатели 6 или 10 кВ и прочие электроустановки.
Токовая осечка при линиях с двухсторонним питанием
Для определения первого условия токовой осечки трансформатора и для их селективного действия нужно определить наибольшее показания тока при коротком замыкании, который будет находиться в линии на шинах двух участках (то есть на подстанциях).
Но существуют и другие условия для определения тока для разрыва на участке с двухсторонним питанием. В таких участках, на протяжение которых может произойти появление токов качания, из-за неупорядоченного включением или изменения устойчивости. Так возникает, второе условие для задействования отсечек — появление максимального тока качания.
Инсталляция МТЗ
Поэтому чем ближе к ИП установлен блок защитного устройства, тем обширнее участок сети на возникновение, неисправности в котором она будет реагировать. К примеру, рассмотрим защиту понижающего трансформатора. Автоматика, установленная на кабель высокого напряжения ближе к ИП, среагирует на возникновение неисправности этого кабеля, устройств коммутации, самого трансформатора, проводки низкого напряжения и подключенных к ней потребителей. А при ее установке на шины пониженного напряжения возникающие дефекты трансформатора и подвода питающего напряжения останутся «незамеченными».
Следовательно, для максимального контроля участка сети защитой ее необходимо устанавливать на кабель, подающий питание возможно ближе к источнику. Но 1 защитное устройство для всего участка сети удобно в эксплуатации только при небольшом количестве потребителей на нем. Так как защитное отключение участка с большим числом электроприемников, во-первых, обесточивает не только вышедшей из строя потребитель, но и все исправные. А во-вторых не позволяет определить, в какой зоне произошла авария. Поэтому для удобства работы и облегчения содержания электросети в исправном состоянии следует также установить автоматику на стороне низкого напряжения.
Токовая отсечка и максимальная токовая защита
Если сочетать токовую отсечку и максимальную токовую защиту, то получается токовая защита, для которой характерно ступенчатое время срабатывания. В таком сочетании отсечка будет действовать мгновенно в пределах первой ступени, а максимальная токовая защита будет действовать как вторая ступень и действовать будет согласно выдержки по времени (рис.3).
Рис. 3. Сочетание отсечки и МТЗ
Так можно применять сочетание отсечки мгновенного действия с отсечкой, у которой будет присутствовать задержку по времени и максимальную токовую защиту. В данном случае такая схема токовой отсечки будет иметь уже три ступени и иметь три разных времени срабатывания.
ТО (назначение, принцип действия, выбор параметров срабатывания)
Ток, который поступает в электрическую сеть, постепенно приводит к нагреву всех составляющих ее элементов. Поэтому все они создаются с таким запасом прочности, чтобы выдерживать заданные нагрузки (практически как угодно долго) и без последствий работать при протекании тока в пределах допустимой нормы.
Но если в результате возникновения короткого замыкание в сети значительно повышается нагрузка, что зачастую приводит к повреждению проборов питающихся от электричества, возгоранию или иным последствиям, которые не приводят не к чему хорошему. При этом помимо приборов, которые в этот момент могут быть подключенные к сети, страдает также и сами элементы цепи, и может происходить их частичное или полное разрушение.
На заметку! Часто случается, что разрушение цепи происходит как бы неожиданно, ведь это не было связанно с возникновением замыкания. Но на самом деле она пострадала уже давно, во время ранее возникающих нагрузок. Зачастую это также обусловлено использование самых дешевых элементов в данной цепи, изготовленных из материалов, не отвечающих необходимым требованиям.
В принципе можно было бы создавать элементы, которые могли бы выдерживали короткое замыкание в течение очень длительного времени, но тогда бы из-за используемых материалов они бы были неоправданно дороги.
Читайте также: И снова про сенсорные выключатели с радиоуправлением и без.
Надо знать! То время, с которым возрастает показания значения тока в сети при ее повреждении, не может быть замечено человеком. Поэтому и были разработаны специальные устройства с автоматическим отключением, при возникновении замыканий. Одним из наиболее часто используемых способов является – токовая отсечка
Понятие токовая отсечка
И так, что же такое токовая отсечка? Если говорить без научных терминов, то токовая отсечка – это одна из существующих разновидностей защиты, которое отличается быстродействием.
Главный ее принцип действия, который отличает ее от других способов, это обеспечение избирательности для разрыва соединения. Он заключает в том, что можно создать нужную ступень величины тока при максимальных показаниях, от значений которых происходит отключение сети от питания.
Становиться понятно, что такой механизм производит полный надзор над показаниями величин тока на участке нахождения. При возникновении момента, во время которого начинается возрастание силы тока намного превышающие заданное значение, происходит реакция, и участок полностью отключается от поступления в него электричества. Это происходит при максимальной токовой отсечке.
Следует знать! Величина, при которой происходит срабатывание защиты, получило название – уставка.
Устройство и принцип действия
Конструктивно МТЗ состоят из двух важных узлов: автоматического выключателя и реле времени. Они могут быть объединены в одной конструкции либо размещаться отдельными блоками.
Отличия от токовой отсечки
Из всех видов защиты по надёжности лидирует токовая отсечка. Примером может служить защита бытовой электросети устройствами с применением плавких предохранителей или пакетных автоматов. Метод токовых отсечек гарантирует обесточивания защищаемой цепи в аварийных ситуациях. Но для возобновления подачи электроэнергии необходимо устранить причину отсечения и заменить предохранитель, либо включить автомат.
Недостатком такой системы является то, что отключение может происходить не только вследствие КЗ, но и в результате даже кратковременного превышения параметров по току нагрузки. Кроме того, требуется участие человека для восстановления защиты. Эти недостатки не критичны в бытовой сети, но они неприемлемы при защите разветвлённых линий электропередач.
Благодаря тому, что в конструкциях МТЗ предусмотрены реле времени, задерживающие срабатывание механизмов отсечения, они кратковременно игнорируют перепады напряжений. Кроме того, токовые реле сконструированы таким образом, что они возвращаются в исходное положение после ликвидации причины, вызвавшей размыкание контактов.
Именно эти два фактора кардинально отличают МТЗ от простых токовых отсечек, со всеми их недостатками.
Принцип действия МТЗ
Между узлом задержки и токовым реле существует зависимая связь, благодаря которой отключение происходит не на начальной стадии возрастания тока, а спустя некоторое время после возникновения нештатной ситуации. Данный промежуток времени слишком короткий для того, чтобы величина тока достигла критического уровня, способного навредить защищаемой цепи. Но этого хватает для предотвращения возможных ложных срабатываний защитных устройств.
Принцип действия систем МТЗ напоминает защиту токовой отсечки. Но разница в том, что токовая отсечка мгновенно разрывает цепь, а МТЗ делает это спустя некоторое, наперёд заданное время. Этот промежуток, от момента аварийного возрастания тока до его отсечения, называется выдержкой времени. В зависимости от целей и характера защиты каждая отдельная ступень времени задаётся на основании расчётов.
Наименьшая выдержка времени задаётся на самых удалённых участках линий. По мере приближения МТЗ к источнику тока, временные задержки увеличиваются. Эти величины определяются временем, необходимым для срабатывания защиты и именуются ступенями селективности. Сети, построенные по указанному принципу, образуют зоны действия ступеней селективности.
Такой подход обеспечивает защиту поврежденного участка, но не отключает линию полностью, так как ступени селективности увеличиваются по мере удаления МТЗ от места аварии. Разница величин ступеней позволяет защитным устройствам, находящимся на смежных участках, оставаться в состоянии ожидания до момента восстановления параметров тока. Так как напряжение приходит в норму практически сразу после отсечения зоны с коротким замыканием, то авария не влияет на работу смежных участков.
Примеры использования защиты
- с целью локализации и обезвреживания междуфазных КЗ;
- для защиты сетей от кратковременных перегрузок;
- для обесточивания трансформаторов тока в аварийных ситуациях;
- в качестве протектора при запуске мощного, энергозависимого оборудования.
Задержка времени очень полезна при пуске двигателей. Дело в том, что на старте в цепях обмоток наблюдается значительное увеличение пусковых токов, которое системы защиты могут воспринимать как аварийную ситуацию. Благодаря небольшой задержке времени МТЗ игнорирует изменение параметров сети, возникающие при пуске или самозапуске электродвигателей. За короткое время показатели тока приближаются к норме и причина для аварийного отключения устраняется. Таким образом, предотвращается ложное срабатывание.
Читайте также: Расстояние точечных светильников от стены на кухне
Пример подключения МТЗ электродвигателя иллюстрирует схема на рисунке 1. На этой схеме реле времени обеспечивает уверенный пуск электромотора до момента реагирования токового реле.
Рисунок 1. МТЗ с выдержкой времени
Аналогично работает задержка времени при кратковременных перегрузках в защищаемой сети, которые не связаны с аварийными КЗ. Отсечка действует лишь в тех случаях, когда на защищаемой линии возникает значительное превышение номинальных значений, которое по времени превосходит величину выдержки.
Для надёжности защиты на практике часто используют схемы двухступенчатой и даже трёхступенчатой защиты участков цепей. Стандартная трёхступенчатая защитная характеристика выглядит следующим образом (Рис. 2):
Рис. 2. Карта селективности стандартной трёхступенчатой защиты
На абсциссе отмечено значения тока, а на оси ординат время задержки в секундах. Кривая в виде гиперболы отображает снижение времени защиты от возрастания перегрузок. При достижении тока отметки 170 А включается отсчёт времени МТЗ. Задержка времени составляет 0,2 с, после чего на отметке 200 А происходит отключение. То есть, разрыв цепи происходит в случае отказа защиты остальных устройств.
Читать также: Как работает ударный гайковерт
Виды токовых отсечек
Существует два вида токовых отсечек.
- С мгновенным действием – они полностью определяются собственным временем срабатывания. У них главным элементом будет являться установленное реле (токовое). Для вспомогательных элементов также используются релейные устройства, которые занимаются тем, что подают сигнал на разрыв.
- С временной задержкой. В них входит устройство, которое позволяет задавать параметры времени. У таких отсечек временное срабатывание может составлять диапазон от 0,2 до 0,6 секунд.
Принцип действия токовой отсечки
При установке показателей для отключения нужно выбирать их таким образом, чтобы отключение происходило как можно быстрее, чем может произойти повреждение или разрушения в цепи.
Токовая отсечка реализуется совершенно разными способами. Зачастую для такого отключения применяется электромагнитное реле тока. В них при возникновении короткого замыкания происходит смыкание контактов, и подается сигнал для отключения защищаемого сегмента или участка цепи.
Так же имеется такой тип защиты – как предохранители. Они срабатывают из-за повышения температуры, из-за электрического тока. То есть, проще говоря, в них находится очень плавкий элемент, которые под воздействие разрушается и таким образом происходит отключение.
Примеры и описание схем МТЗ
С целью защиты обмоток трансформаторов, а также других элементов сетей с односторонним питанием используются различные схемы.
МТЗ на постоянном оперативном токе.
Особенность данной схемы в том, что управление элементами защиты осуществляется выпрямленным током, который меняет полярность, реагируя на аварийные ситуации. Мониторинг изменения напряжения выполняют интегральные микроэлементы.
Для защиты линий от последствий междуфазных замыканий используют двухфазные схемы на двух, либо на одном токовом реле.
Читайте также: Цоколи люминесцентных ламп. Основные виды.
Однорелейная на оперативном токе
В данной защите используется токовое пусковое реле, которое реагирует на изменение разности потенциалов двух фаз. Однорелейная МТЗ реагирует на все межфазные КЗ.
Схема на 1 реле
Преимущества: одно токовое реле и всего два провода для подсоединения.
Недостатки:
- сравнительно низкая чувствительность;
- недостаточная надёжность – при отказе одного элемента защиты участок цепи остаётся незащищённым.
Однорелейка применяется в распределительных сетях, где напряжение не превышает 10 тыс. В, а также для безопасного запуска электромоторов.
Двухрелейная на оперативном токе
В данной схеме токовые цепи образуют неполную звезду. Двухрелейная МТЗ реагирует на аварийные междуфазные короткие замыкания.
Схема на 2 реле
К недостаткам этой схемы можно отнести ограниченную чувствительность. МТЗ выполненные по двухфазным схемам нашли широкое применение, особенно в сетях, где используется изолированная нейтраль. Но при добавлении промежуточных реле могут работать в сетях с глухозаземлённой нейтралью.
Трехрелейная
Схема очень надёжная. Она предотвращает последствия всех КЗ, реагируя также и на однофазные замыкания. Трехфазные схемы можно применять в случаях с глухозаземлённой нейтралью, вопреки тому, что там возможны ситуации с междуфазными так и однофазными замыканиями.
Из рисунка 4 можно понять схему работы трёхфазной, трёхлинейной МТЗ.
Рисунок 4. Схема трёхфазной трёхрелейной защиты
Схема двухфазного трёхрелейного подключения МТЗ изображена на рисунке 5.
Рис. 5. Схема двухфазного трёхрелейного подключения МТЗ
На схема обозначены:
- KA – реле тока;
- KT – реле времени;
- KL – промежуточное реле;
- KH – указательное реле;
- YAT – катушка отключения;
- SQ – блок контакт, размыкающий цепь;
- TA – трансформатор тока.
Максима́льная то́ковая защи́та (МТЗ)
— вид релейной защиты, действие которой связано с увеличением силы тока в защищаемой цепи при возникновении короткого замыкания на участке данной цепи. Данный вид защиты применяется практически повсеместно и является наиболее распространённым в электрических сетях.
Читать также: Селективность автоматических выключателей пуэ
Токовая отсечка незамедлительного срабатывания
Показания для возникновения отсечки выбирается исходя из того, чтобы она не срабатывала во время возникновения нарушений на участках линий, которые являются смежными для защищаемой. Для этого току при котором будет происходить отключение необходимо иметь показания, которые будут превышать самые наибольшие показания при коротком замыкании.
Чтобы определить зону действия токовой отсечки и коэффициент чувствительности, можно воспользоваться графическими показателями. Чтобы их получить надо вычислить токи короткого замыкания, которые будут проходить по цепи во время его возникновения, и сделать это в самом начале и конце линии. К тому же вычисление нужно произвести от начала на в промежутках длины равной ¾; ½ и ¼. Исходя из этих полученных данных, можно построить ломаную линию, которая покажет изменение тока КЗ. Отсечка должна быть задействована в той зоне, где ток замыкания будет превышать ток при срабатывании.
Следует учитывать, что чем выше показания токов при коротком замыкании, которые получаются в начале и конце линии, тем шире становиться промежуток, который входит в отсечку. Так по ПЭУ, существуют рекомендации, что зона действия токовой отсечки применяется, если она охватывает более двадцати процентов от линии, которую следует защитить.
Так же в исключительных случаях отсечка может быть использована как защита всей линии (рис.1).
Рис.1. Защита всей линии с помощью токовой отсечки
По времени действие мгновенная отсечка зависит от того времени за период, которого происходит срабатывание токовых и промежуточных реле. Если используются промежуточные реле с периодом действия – около 0,02 секунды, то время срабатывания отсечки будет составлять промежуток от 0,04 до 0,06 секунд.
Устройство и принцип действия
Принцип работы заключается в срабатывании датчика (реле) тока при превышении Iуставки на защищаемом участки линии, после чего для обеспечения селективности с определенной задержкой срабатывает реле времени.
Читать также: Пресс для опилок своими руками чертежи
Читайте также: Определение группы соединения обмоток трансформаторов
Где она применяется? Максимальную токовую защиту устанавливают в начале линии, то есть со стороны генератора или трансформатора питающей подстанции.
Важно! Зона действия МТЗ лежит в пределах между источником питания (ТП или генератором) и потребителем (ТП или другим ВВ оборудованием). При этом она устанавливается со стороны источника, а не потребителя. Но зоны действия ступеней могут пересекаться друг с другом. Например, 1 ступень часто перекрывает зону действия второй ступени вблизи от разъединителя, где Iкз почти равны с предыдущим участком линии.
Выдержка времени срабатывания защиты подбирается так, что первая ступень (на питающей ТП) срабатывает через самый большой промежуток времени, а каждая последующая быстрее предыдущей.
Интересно: разница выдержки времени срабатывания на ближайшей к источнику питания от следующей после нее МТЗ называется ступенью селективности.
Обеспечение селективности важно для бесперебойной подачи электропитания по как можно большему количеству электрических линий. С её помощью отключаемая часть уменьшается и локализуется на участке между коммутационными аппаратами как можно ближайшими к поврежденному участку.
При этом, при возникновении кратковременных самоустраняемых перегрузок, связанных с пуском мощных электродвигателей, выдержка времени и отключение по минимальному напряжению должны обеспечить подачу электроэнергии в сеть без её отключения. При КЗ, напряжения резко уменьшаются, а при пуске двигателей такой просадки обычно не происходит.
Выбор уставок по току происходит по наименьшему Iкз из всей цепи, учитывая особенности работы подключенного оборудования. Это нужно опять же для того, чтобы максимальная токовая защита не сработала при самозапуске электродвигателей.
Перегрузка может возникнуть по трем причинам:
- При однофазном замыкании на землю.
- При многофазном замыкании.
- При перегрузки линии из-за повышенного потребления мощности.
Итак, максимальная токовая защита необходима для предотвращения разрушения линий электропередач, жил кабелей и шин на подстанциях и потребителях электроэнергии, таких как мощные электродвигатели 6 или 10 кВ и прочие электроустановки.
Токовая осечка при линиях с двухсторонним питанием
Для определения первого условия токовой осечки трансформатора и для их селективного действия нужно определить наибольшее показания тока при коротком замыкании, который будет находиться в линии на шинах двух участках (то есть на подстанциях).
Но существуют и другие условия для определения тока для разрыва на участке с двухсторонним питанием. В таких участках, на протяжение которых может произойти появление токов качания, из-за неупорядоченного включением или изменения устойчивости. Так возникает, второе условие для задействования отсечек — появление максимального тока качания.
Токовая отсечка и максимальная токовая защита
Если сочетать токовую отсечку и максимальную токовую защиту, то получается токовая защита, для которой характерно ступенчатое время срабатывания. В таком сочетании отсечка будет действовать мгновенно в пределах первой ступени, а максимальная токовая защита будет действовать как вторая ступень и действовать будет согласно выдержки по времени (рис.3).
Рис. 3. Сочетание отсечки и МТЗ
Так можно применять сочетание отсечки мгновенного действия с отсечкой, у которой будет присутствовать задержку по времени и максимальную токовую защиту. В данном случае такая схема токовой отсечки будет иметь уже три ступени и иметь три разных времени срабатывания.
