Максимальная токовая защита (ANSI 50/51) — время-токовые характеристики IDMT

Гид о настройках вводного автомата — L, S, I и G в кривой LSI(G) рассматривает, как координируется низковольтный силовой выключатель с ограниченным числом настраиваемых временных и токовых полос. Эта статья рассматривает родственный, но не идентичный принцип, применяемый в реле защиты среднего напряжения: характеристику с зависимой от тока минимальной выдержкой времени (IDMT) по ANSI 50 (мгновенная максимальная токовая защита) и ANSI 51 (максимальная токовая защита с выдержкой времени и зависимой от тока характеристикой).

Разница между 50 и 51

• ANSI 50 — мгновенная максимальная токовая защита: отключает без намеренной выдержки времени, как только измеренный ток превышает фиксированную, высокую уставку срабатывания. Этот элемент обычно настраивается значительно выше максимального рабочего тока и выше пускового тока подключённых трансформаторов или двигателей, чтобы реагировать только на реальное, серьёзное повреждение вблизи реле.
• ANSI 51 — максимальная токовая защита с выдержкой времени и характеристикой IDMT: отключает по кривой, у которой время срабатывания уменьшается по мере того, как измеренный ток всё больше превышает уставку — отсюда "зависимая" (inverse) характеристика. При токе чуть выше уставки требуется относительно много времени до срабатывания реле; при серьёзном повреждении, значительно превышающем уставку, то же реле срабатывает намного быстрее.

Семейства кривых IDMT по IEC 60255-151

IEC 60255-151 (ранее IEC 60255-3) определяет набор нормированных форм кривых, каждая со своими константами в стандартной формуле:

$$t = \text{TMS} \times \frac{K}{\left(\frac{I}{I_s}\right)^{E} - 1}$$

где t — время срабатывания, TMS — коэффициент умножения по времени ("time multiplier setting"), I — измеренный ток, Iₛ — уставка срабатывания, а K/E — специфичные для кривой константы:

Кривая с более высоким показателем степени E (чрезвычайно зависимая) реагирует относительно медленно на небольшое превышение уставки, но очень быстро, как только ток значительно превышает уставку — что подходит для применений с большим разбросом между минимальным и максимальным током повреждения, например, для питания двигателей. Нормально зависимая кривая даёт более равномерную реакцию во всём диапазоне и чаще применяется в сетях общего распределения.

Внимание: TMS (или, в некоторых реализациях производителей, "time dial setting") масштабирует всю кривую по времени, не меняя её формы. Поэтому два реле с одинаковым типом кривой, но разными TMS, можно сделать взаимно селективными по времени без изменения самой токовой уставки — основной механизм, с помощью которого согласуется цепочка последовательно включённых реле (источник → главный распределительный щит → отходящая группа), чтобы реле, ближайшее к повреждению, срабатывало первым.

Координация между последовательно включёнными реле

При настройке цепочки реле 51, включённых последовательно, для каждого реле, начиная от нагрузки и продвигаясь обратно к источнику, выбирается возрастающая TMS (и при необходимости возрастающая уставка тока), так чтобы при любом токе повреждения между кривой каждого реле и кривой реле, находящегося непосредственно выше по цепи, сохранялся доказуемый временной запас — по принципу, сравнимому с зонально-избирательной блокировкой (ZSI) у низковольтных силовых выключателей, но реализуемому через разделение по временным кривым, а не через сигнал связи между выключателями.

Практическая значимость

При составлении или проверке исследования селективности для сети среднего напряжения важно проверять не только уставку тока (Iₛ) каждого реле 51, но и тип кривой, и TMS, а также убедиться, что соответствующий элемент 50 настроен достаточно высоко над максимальным длительным рабочим током и пусковым током, чтобы избежать ложных отключений при нормальной работе, но при этом достаточно быстро реагировать на повреждение вблизи реле.

Типичные ошибки

1. Использование одного и того же типа кривой и одинакового TMS для всех реле в цепочке без проверки возрастающего временного запаса в сторону источника — это подрывает селективность между реле.
2. Слишком низкая настройка элемента 50, из-за чего он реагирует на нормальные пусковые токи трансформаторов или двигателей и срабатывает без необходимости.
3. Выбор типа кривой без учёта разброса между минимальным и максимальным током повреждения данного присоединения, что приводит к неоправданно медленной или неоправданно быстрой реакции на части токового диапазона.
4. Рассмотрение настроек LSI низковольтного силового выключателя и настроек IDMT реле среднего напряжения как одного и того же понятия, тогда как лежащая в основе форма кривой и логика настройки существенно различаются.

См. также

• Настройки вводного автомата — L, S, I и G в кривой LSI(G)
• Зонально-избирательная блокировка (ZSI)
• Направленная максимальная токовая защита (67)
• Характеристики автоматов B, C и D