Максимальний струмовий захист (ANSI 50/51) — час-струмові характеристики IDMT

Гід про налаштування вступного автомата — L, S, I та G у кривій LSI(G) розглядає, як координується низьковольтний силовий вимикач з обмеженою кількістю налаштовуваних часових і струмових смуг. Ця стаття розглядає споріднений, але не ідентичний принцип, застосовуваний у реле захисту середньої напруги: характеристику із залежною від струму мінімальною витримкою часу (IDMT) за ANSI 50 (миттєвий максимальний струмовий захист) та ANSI 51 (максимальний струмовий захист з витримкою часу та залежною від струму характеристикою).

Різниця між 50 і 51

• ANSI 50 — миттєвий максимальний струмовий захист: вимикає без навмисної витримки часу, щойно виміряний струм перевищує фіксовану, високу уставку спрацювання. Цей елемент зазвичай налаштовується значно вище максимального робочого струму і вище пускового струму підключених трансформаторів чи двигунів, щоб реагувати лише на реальне, серйозне пошкодження поблизу реле.
• ANSI 51 — максимальний струмовий захист з витримкою часу та характеристикою IDMT: вимикає за кривою, у якої час спрацювання зменшується у міру того, як виміряний струм дедалі більше перевищує уставку — звідси "залежна" (inverse) характеристика. За струму трохи вище уставки потрібно відносно багато часу до спрацювання реле; за серйозного пошкодження, що значно перевищує уставку, те саме реле спрацьовує набагато швидше.

Родини кривих IDMT за IEC 60255-151

IEC 60255-151 (раніше IEC 60255-3) визначає набір нормованих форм кривих, кожна зі своїми константами у стандартній формулі:

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

де t — час спрацювання, TMS — коефіцієнт множення за часом ("time multiplier setting"), I — виміряний струм, Iₛ — уставка спрацювання, а K/E — специфічні для кривої константи:

Крива з вищим показником степеня E (надзвичайно залежна) реагує відносно повільно на невелике перевищення уставки, але дуже швидко, щойно струм значно перевищує уставку — що підходить для застосувань з великим розкидом між мінімальним і максимальним струмом пошкодження, наприклад, для живлення двигунів. Нормально залежна крива дає більш рівномірну реакцію в усьому діапазоні і частіше застосовується в мережах загального розподілу.

Увага: TMS (або, у деяких реалізаціях виробників, "time dial setting") масштабує всю криву за часом, не змінюючи її форми. Тому два реле з однаковим типом кривої, але різними TMS, можна зробити взаємно селективними за часом без зміни самої струмової уставки — основний механізм, за допомогою якого узгоджується ланцюг послідовно увімкнених реле (джерело → головний розподільний щит → відхідна група), щоб реле, найближче до пошкодження, спрацьовувало першим.

Координація між послідовно увімкненими реле

Під час налаштування ланцюга реле 51, увімкнених послідовно, для кожного реле, починаючи від навантаження і рухаючись назад до джерела, обирається зростаюча TMS (і за потреби зростаюча уставка струму), так щоб за будь-якого струму пошкодження між кривою кожного реле і кривою реле, розташованого безпосередньо вище по ланцюгу, зберігався доказовий часовий запас — за принципом, порівнянним із зонально-вибірковим блокуванням (ZSI) у низьковольтних силових вимикачах, але реалізовуваним через розділення за часовими кривими, а не через сигнал зв'язку між вимикачами.

Практична значущість

Під час складання чи перевірки дослідження селективності для мережі середньої напруги важливо перевіряти не лише уставку струму (Iₛ) кожного реле 51, а й тип кривої та TMS, а також переконатися, що відповідний елемент 50 налаштований достатньо високо над максимальним тривалим робочим струмом і пусковим струмом, щоб уникнути хибних вимкнень за нормальної роботи, але водночас достатньо швидко реагувати на пошкодження поблизу реле.

Типові помилки

1. Використання однакового типу кривої та однакового TMS для всіх реле в ланцюзі без перевірки зростаючого часового запасу в бік джерела — це підриває селективність між реле.
2. Занадто низьке налаштування елемента 50, через що він реагує на нормальні пускові струми трансформаторів чи двигунів і спрацьовує без потреби.
3. Вибір типу кривої без урахування розкиду між мінімальним і максимальним струмом пошкодження даного приєднання, що призводить до невиправдано повільної чи невиправдано швидкої реакції на частині струмового діапазону.
4. Розгляд налаштувань LSI низьковольтного силового вимикача та налаштувань IDMT реле середньої напруги як однакового поняття, тоді як базова форма кривої та логіка налаштування суттєво різняться.

Дивіться також

• Налаштування вступного автомата — L, S, I та G у кривій LSI(G)
• Зонально-вибіркове блокування (ZSI)
• Направлений максимальний струмовий захист (67)
• Характеристики автоматів B, C та D