Токовой отсечкой (ТО) называется МТЗ с ограниченной зоной действия, имеющая в большинстве случаев мгновенное действие.

В отличии от МТЗ селективность действия ТО достигается не выдержкой времени, а ограничением зоны действия. Для этого ток срабатывания ТО отстраивается не от тока нагрузки, а от тока при КЗ в конце в конце защищаемой линии или в другой определённой точке, где отсечка не должна действовать. ТО подразделяются на отсечки мгновенного действия и отсечки с выдержкой времени (0,3 – 0,6сек.). Селективность действия ТО достигается ограничением их зоны работы. Для этой цели ток срабатывания отсечки выбирается больше максимального тока КЗ, проходящего через защиту при повреждении в конце выбранной зоны действия.

Ток КЗ в какой-либо точке защищаемой линии определяется:

Е_с – эквивалентная ЭДС генераторов системы; х_с и х_л.к. – сопротивления системы и участка линии до точки КЗ.

При удалении точки КЗ от источника питания сопротивление х_л.к. растёт, а ток КЗ уменьшается.

Ток срабатывания отсечки мгновенного действия выбирается так, чтобы она не работала при повреждениях на смежной линии или в трансформаторе питаемой подстанции. Для этого ток срабатывания должен быть больше максимального значения тока при КЗ на шинах противоположной подстанции, т.е. в точке КЗ на рисунке, и определяется по формуле:

(1)

I_к.мах – максимальное значение тока КЗ на шинах противоположной подстанции; k_сх – коэффициент схемы; k_н – коэффициент надёжности, принимаемый равным 1,2 – 1,5.

Зона действия отсечки определяется графически. Для этого вычисляются токи КЗ, проходящие по защищаемой линии при КЗ в начале и конце линии, а так же на расстояниях ¼, ½, и ¾ длины от начала, и строится кривая изменения тока КЗ в зависимости от удалённости места КЗ от источника питания. Отсечка действует в зоне, где ток КЗ превышает ток срабатывания.

Коэффициент чувствительности отсечки определяется по формуле:

, где I_К1 – ток КЗ при повреждении в начале линии у места установки отсечки. Зона действия отсечки зависит от характера (крутизны кривой) спада тока по длине линий. Чем больше различаются токи КЗ в начале и конце линии, тем больше получается зона, охватываемая отсечкой. ПУЭ рекомендует применять отсечку, если её зона действия охватывает не меньше 20% защищаемой линии. При схеме блок – трансформатор отсечку отстраивают от тока КЗ при КЗ за трансформатором. В этом случае отсечка защищает всю линию. Вследствие простоты отсечки она применяется в качестве дополнительной защиты при зоне действия, меньшей 20%, если основная защита линии имеет “мёртвую” зону.

В отдельных случаях отсечка может защищать всю линию.

Как показано на рисунке, благодаря тому, что к линии W1 подключен только один трансформатор Т, ток срабатывания отсечки выбирается так, чтобы она не действовала при повреждениях на линиях низшего напряжения W2. Для этого в формулу (1) необходимо подставлять максимальное значение тока при КЗ на шинах низшего напряжения в точке К. При выбранном таким образом токе срабатывания мгновенная отсечка будет надёжно защищать всю линию, шины высшего напряжения подстанции и часть обмотки трансформатора Е.

Время действия мгновенной отсечки складывается из времени срабатывания токовых и промежуточных реле. При быстродействующих промежуточных реле (0,02 сек.) отсечка срабатывает в течении 0,04 – 0,06 сек. Промежуточные реле облегчают работу контактов токовых реле и позволяет не учитывать апериодическую составляющую тока КЗ, поскольку последняя затухает очень быстро (за 0,02 – 0,03 сек.). На линиях, защищённых от перенапряжения трубчатыми разрядниками, отсечка может срабатывать при их действии. Время работы разрядников составляет 0,01 – 0,02 сек. При каскадном действии разрядников оно увеличивается до 0,04 – 0,06 сек. Применение промежуточного реле с временем действия 0,06 – 0,08 сек. Удаётся отстроить отсечку от работы разрядников.

Неселективные отсечки – мгновенная отсечка, действующая за пределами своей линии. Такая отсечка применяется для быстрого отключения КЗ в пределах всей защищаемой линии в тех случаях, когда это необходимо для сохранения устойчивости. Неселективное действие отсечки при КЗ вне линии исправляется при помощи АПВ, включающего обратно – неселективно отключившуюся линию.

Пример применения неселективной отсечки приведён на рисунке.

Для сохранения устойчивой работы генераторов ГЭС А, на линии Л 1 установлена отсечка 1, неселективная по отношению к защите трансформаторов. Ток срабатывания отсечки 1 отстраивается от конца зоны отсечек 2 и 3, установленных на трансформаторах Т2 и Т3, т.е. I_С.З.1 = (1.1 -1.2)I_С.З.2 (или I_С.З.3). При такой уставке отсечка 1 охватывает защищаемую линию Л1, но не выходит за пределы трансформаторов Т2 и Т3. При КЗ в каком-либо трансформаторе (Т3) в пределах зоны действия отсечки 1 последняя срабатывает одновременно с отсечкой повреждённого трансформатора, поскольку их время действия одинаково (t = 0).

В результате этого, кроме трансформатора Т3, неселективно отключается линия Л1. При этом пускается АПВ, которое включает обратно – неселективно отключившуюся линию Л1 и восстанавливает, таким образом, питание подстанции В.

Токовая отсечка на линиях с двухсторонним питанием.Для селективного действия отсечек на линиях с двухсторонним питанием их токи срабатывания должны определяться по формуле (1) по большему значению тока КЗ, проходящему по линии при КЗ на шинах одной и другой подстанции.Для рассматриваемого варианта на рисунке большим является ток I_К1, проходящий по линии при КЗ в точке К1. Поэтому токи срабатывания обеих отсечек должны быть равными и определяются по формуле (1). Зоны действия отсечек определяются графически как точки пересечения прямой, соответствующей току срабатывания I_СЗ, с кривыми изменения токов КЗ.

Рассмотренное условие выбора тока срабатывания отсечек для линий с двухсторонним питанием не является единственным. Для линий, по которым могут проходить токи качаний, вызванные нарушением устойчивости или несинхронным включением, вторым условием выбора тока срабатывания отсечек является отстройка от максимального тока качаний:

Схемы отсечек отличаются от схем максимальных токовых защит отсутствием реле времени.

Сочетание токовой отсечки с максимальной токовой защитой. Применение токовой отсечки даёт возможность ускорить отключение повреждений, сопровождающихся прохождением больших токов КЗ и вызывающих глубокие понижения напряжения на шинах подстанций, а также снизить выдержки времени МТЗ.

При сочетании токовой отсечки с МТЗ получается токовая защита со ступенчатой характеристикой времени срабатывания (смотреть рисунок). Такая защита имеет отсечку как первую ступень (зона 1), в пределах которой она действует мгновенно, и МТЗ как вторую ступень (зона 2), в пределах которой она действует с выдержкой времени. В ряде случаев применяется сочетание отсечки мгновенного действия с отсечкой, имеющей небольшую выдержку времени (0,5-1с), и с МТЗ. При таком сочетании защита имеет три ступени и соответственно трёхступенчатую характеристику времени срабатывания. На рисунке заштрихованные зоны показывают снижение времени действия защиты за счёт применения отсечек в сочетании с МТЗ. При сочетании отсечек с МТЗ с зависимой характеристикой времени срабатывания установки дополнительных реле не требуется, т.к. реле РТ – 80 имеют встроенный электромагнитный элемент отсечки.

Оценка токовых отсечек. Токовые отсечки мгновенного действия являются самой простой защитой. Быстрота их действия в сочетании с простотой схемы и обслуживания составляет важное преимущество этих защит.

Недостатками мгновенной отсечки являются: неполный охват зоной действия защищаемой линии и непостоянство зоны действия под влиянием сопротивлений в месте повреждения и изменений режима системы, однако последнее не оказывает существенного влияния в мощных энергосистемах.

Отсечка с выдержкой времени срабатывания позволяет обеспечить достаточно быстрое (около 0,5с) отключение повреждений на защищаемой линии. Сочетание отсечек и МТЗ позволяет получить трёхступенчатую защиту, которая во многих случаях успешно заменяет более сложные защиты.