Loading...
// Максимальная токовая защита (МТЗ): принцип работы, уставки и реализация в терминалах РЗА

Максимальная токовая защита (МТЗ): принцип работы, уставки и реализация в терминалах РЗА

Опубликовано 11.09.2026 в Теория по РЗА

Максимальная токовая защита (МТЗ): принцип работы, уставки и реализация в терминалах РЗА

Максимальная токовая защита (МТЗ) - это вид релейной защиты, который выявляет превышение тока над заданной уставкой и после установленной выдержки времени формирует сигнал на отключение или сигнализацию. МТЗ предназначена для защиты от междуфазных коротких замыканий и может применяться в качестве основной защиты, а также для резервирования защит смежных участков сети и основных защит оборудования.

В микропроцессорном терминале МТЗ представляет собой не одно сравнение тока с уставкой, а последовательность взаимосвязанных операций. Устройство измеряет фазные токи, проверяет дополнительные разрешающие и блокирующие условия, запускает орган выдержки времени, регистрирует пуск защиты и при сохранении аварийного режима в течение заданной выдержки времени формирует выходной логический сигнал. Конкретное действие этого сигнала - отключение выключателя, действие на сигнализацию, передача в АСУ ТП - определяется конфигурацией устройства и схемой вторичной коммутации.

Кратко о функции

ПараметрСодержание
НазначениеВыявление сверхтоков при коротких замыканиях и резервирование защит нижестоящих элементов.
Основная измеряемая величинаДействующее значение фазного тока; чаще используется максимальный из фазных токов.
Базовое условие пускаИзмеренный ток превышает уставку, а блокирующие условия отсутствуют.
СрабатываниеПо истечении независимой или зависимой выдержки времени формируется выходной логический сигнал.
Ключевые уставкиТок срабатывания, выдержка времени срабатывания, тип ВТХ; при необходимости - пуск по напряжению, контроль направления мощности, ускорение действия защиты и блокировка по второй гармонике.
ВозвратПри снижении контролируемого тока ниже порога возврата, определяемого уставкой срабатывания и коэффициентом возврата.
РезультатКоманда в алгоритм отключения, назначение на выходное реле, действие на сигнализацию, запись в журнал событий, запись осциллограммы - в зависимости от терминала и его конфигурации.

Что такое максимальная токовая защита

МТЗ относится к токовым защитам с относительной селективностью. Это значит, что селективность защиты (то есть способность защиты отключать только повреждённый участок сети) обеспечивается выбором выдержек времени. В отличие от токовой отсечки, МТЗ реагирует на увеличение тока с выдержкой времени, благодаря чему сначала получает возможность отключиться защита ближайшего к месту повреждения элемента, а вышестоящая защита остаётся резервной. Если ближайшая защита не устранила повреждение, по истечении большей выдержки времени действует резервная ступень.

Термин «максимальная» в названии защиты означает, что пусковой орган сравнивает ток с верхним порогом. Само превышение уставки ещё не всегда приводит к срабатыванию: в современных терминалах дополнительно могут учитываться напряжение, направление мощности, наличие второй гармоники, состояние цепей напряжения, положение выключателя и внешние логические сигналы. Поэтому корректнее разделять три состояния защиты: пуск органа тока, отсчёт выдержки времени и окончательное срабатывание защиты.

Для чего применяется МТЗ

Основная область применения МТЗ - защита от многофазных коротких замыканий в пределах защищаемого присоединения и резервируемой зоны. МТЗ может применяться в качестве основной защиты элемента (то есть такой защиты, которая действует в пределах всего защищаемого элемента с временем, меньшим, чем у других установленных на этом элементе защит) и в качестве резервной защиты (такой защиты, которая действует при отказе основной защиты элемента).

На радиальной линии МТЗ может быть основной защитой всей линии и резервной защитой нижестоящего участка. На вводном (ВВ) или секционном выключателе (СВ) основным типом защиты, как правило, является логическая защита шин (ЛЗШ), а МТЗ является резервной защитой. На силовых трансформаторах мощностью до 6,3 МВА МТЗ обычно является основной защитой, а на трансформаторах мощностью более 6,3 МВА - резервирует дифференциальную и другие основные защиты.

МТЗ не предназначена для защиты от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ). В сетях с изолированной или компенсированной нейтралью ток замыкания на землю может быть существенно меньше фазных токов КЗ, поэтому для таких повреждений применяют защиту от ОЗЗ, например, токовую направленную или ненаправленную защиту от однофазных замыканий на землю, и другие специализированные защиты.

Защита от перегрузки и МТЗ также отличаются назначением и принципом выбора выдержки времени: защита от перегрузки ориентирована на защиту от длительного протекания сверхтоков, приводящих к перегреву оборудования, тогда как МТЗ - на защиту от аварийного сверхтока КЗ и селективное отключение поврежденного элемента сети.

В устройствах ООО НПП “Микропроцессорные технологии” функция МТЗ предусмотрена для защиты оборудования класса напряжения 0,4-220 кВ: воздушных и кабельных линий, вводных и секционных выключателей, двигателей, трансформаторов, реакторов, батарей статических конденсаторов. Конкретная область применения зависит от устройства и его аппаратного исполнения [1-8].

Как работает максимальная токовая защита

Базовый алгоритм МТЗ строится вокруг пускового органа тока и органа выдержки времени. В нормальном режиме ток ниже уставки, защита находится в исходном состоянии. Когда контролируемый ток превышает уставку, формируется сигнал пуска защиты. Если одновременно выполнены разрешающие условия и отсутствуют блокировки, запускается отсчет выдержки времени срабатывания. Срабатывание происходит только в том случае, если пуск защиты сохраняется до окончания выдержки времени.

Какие величины контролирует МТЗ

Наиболее часто МТЗ работает по максимальному из действующих значений фазных токов Ia, Ib и Ic.

Для направленной МТЗ или МТЗ с пуском по напряжению одного измерения тока недостаточно. Алгоритму дополнительно требуются значения напряжения от трансформатора напряжения или внешний дискретный сигнал. При блокировке броска тока намагничивания терминал анализирует отношение второй гармонической составляющей к первой гармонике в фазных токах. Эти величины дополняют пусковой орган тока, разрешая или блокируя работу защиты.

Условия пуска и срабатывания

Типовое условие пуска МТЗ можно записать логически: максимальный из фазных токов выше уставки, функция введена в работу, оперативный вывод отсутствует, необходимые разрешающие условия выполнены. Для двухступенчатой МТЗ каждая ступень имеет собственные уставки и программные ключи. Первая ступень обычно настраивается с большей чувствительностью и меньшим временем срабатывания, вторая - с меньшей чувствительностью и большей выдержкой времени срабатывания.

После пуска начинает отсчитываться выдержка времени. При независимой характеристике выдержка времени не не зависит от значения тока. При зависимой характеристике время срабатывания уменьшается с увеличением кратности тока к уставке. Если ток до окончания выдержки времени опускается ниже порога возврата, либо появляется блокирующий сигнал, таймер сбрасывается и срабатывания защиты не происходит.

Независимая и зависимая времятоковые характеристики

Независимая времятоковая характеристика удобна для ступенчатого согласования: при любом токе выше уставки защита действует через заданное время. Зависимая характеристика позволяет быстрее отключать повреждения с большой кратностью тока и одновременно выдерживать более длительное время при токах, лишь немного превышающих уставку. Это особенно полезно при согласовании с предохранителями, автоматическими выключателями и другими защитами с зависимыми времятоковыми характеристиками.

Возврат защиты и формирование команды на отключение

Возврат МТЗ происходит после снижения контролируемого тока ниже порога возврата, который определяется как ток срабатывания, умноженный на коэффициент возврата. Как правило, коэффициент возврата равен 0,95. Это означает наличие гистерезиса: после пуска защита не должна дребезжать при небольших колебаниях тока около уставки.

Окончательный выход алгоритма МТЗ представляет собой логический сигнал, который поступает на вход алгоритма отключения выключателя и может быть назначен на выходное реле, аварийную или предупредительную сигнализацию, осциллографирование и передачу в АСУ ТП. При срабатывании МТЗ выключатель получает от терминала команду отключения и выполняет коммутационную операцию через цепи управления, прерывая протекание тока через поврежденный элемент сети.

Дополнительные условия и блокировки МТЗ

Дополнительная логика нужна для повышения чувствительности и селективности без излишнего срабатывания в допустимых переходных режимах. Набор функций зависит от применения терминала: на простом радиальном присоединении может быть достаточно уставки по току и выдержки времени, а на линии с двухсторонним питанием, двигательной нагрузкой или силовым трансформатором требуются пуск по напряжению, контроль направления мощности, блокировка по второй гармонике и ускорение действия защиты.

Пуск по напряжению (вольтметровая блокировка)

Пуск по напряжению разрешает действие МТЗ при признаках аварийного снижения напряжения или появления несимметрии. Это позволяет выбрать более чувствительную уставку по току, не допуская действия защиты при допустимом увеличении тока нагрузки. Вольтметровая блокировка (ВМБ) применяется и для отстройки от пусковых токов электродвигателей: при нормальном пуске ток возрастает, но напряжение не снижается до аварийного значения, поэтому МТЗ остаётся заблокированной.

В устройствах Лютик-Плюс, Алтей-01, Алтей-БЗП и Алтей-БЗП2, Алтей-УЗТ предусмотрены внутренний (по снижению линейных напряжений и/или повышению напряжения обратной последовательности) и внешний (по сигналу на дискретном входе устройства) сигналы ВМБ. В Алтей-ОЗТ вольтметровая блокировка осуществляется по внешнему сигналу на дискретном входе устройства. Алтей-КСЗ позволяет настроить вольтметровую блокировку только по снижению линейных напряжений и/или повышению напряжения обратной последовательности. Поведение при неисправности цепей ТН (действие на блокировку защит) задаётся отдельно и обязательно должно быть согласовано с проектом [2-8].

Контроль направления мощности

На присоединениях с двухсторонним питанием одного превышения тока может быть недостаточно для селективного отключения повреждённого элемента. Реле направления мощности (РНМ) определяет, направлен ли поток аварийной мощности от шин в линию или от линии к шинам, после чего блокирует МТЗ в выбранном направлении. В Лютик-Плюс, Алтей-01, Алтей-БЗП и Алтей-БЗП2 можно настроить направление блокировки (в прямом или обратном направлении) отдельно для ступеней.

Работа РНМ зависит от цепей напряжения, поэтому алгоритм должен учитывать их неисправность. При выявлении неисправности цепей напряжения контроль направления мощности автоматически выводится из работы, и МТЗ продолжает работать без контроля направления мощности.

Блокировка по второй гармонике

При включении силового трансформатора бросок тока намагничивания по амплитуде может быть соизмерим с током короткого замыкания. Для распознавания такого режима в Лютик-Плюс, Алтей-01, Алтей-БЗП и Алтей-БЗП2 предусмотрена блокировка МТЗ по относительному содержанию второй гармоники. Блокирование может выполняться пофазно либо перекрёстно: во втором варианте признак второй гармоники в одной фазе блокирует МТЗ во всех фазах. Блокировка защиты продолжается до тех пор, пока содержание тока второй гармоники в фазном токе превышает заданную уставку.

Ускорение и загрубление при включении

Ускорение сокращает выдержку времени сразу после включения выключателя или по внешней оперативной команде. Его задача - быстро ликвидировать короткое замыкание при подаче напряжения на повреждённый элемент. В устройствах Лютик-Плюс, Алтей-01, Алтей-БЗП, Алтей-БЗП2, Алтей-ОЗТ, Алтей-УЗТ реализованы автоматическое и оперативное ускорение МТЗ, в Лютик - только автоматическое. Автоматическое ускорение действует, если пуск МТЗ возник в течение одной секунды после исчезновения сигнала отключенного положения выключателя (РПО), оперативное - по сигналу оперативного ускорения на дискретном входе устройства. В Лютик-Плюс, Алтей-01, Алтей-БЗП и Алтей-БЗП2 также предусмотрена возможность запретить ускорение при наличии напряжения на подключаемом объекте [1-3, 7, 8].

Загрубление защиты позволяет увеличить уставку срабатывания МТЗ на некоторое время после включения выключателя. Загрубление предназначено для отстройки от пусковых режимов электродвигателя и бросков токов намагничивания трансформаторов. Длительность загрубления настраивается отдельной выдержкой времени. Загрубление МТЗ реализовано в устройствах Алтей-БЗП, Алтей-БЗП2, Алтей-01, Лютик-Плюс.

Алгоритм работы МТЗ по шагам

В обобщённом виде последовательность работы максимальной токовой защиты выглядит следующим образом.

  • Терминал измеряет фазные токи и вычисляет величину, выбранную для пускового органа: обычно максимальный из трех фазных токов.
  • Измеренная величина сравнивается с уставкой по току соответствующей ступени.
  • Проверяется, введена ли ступень в работу и отсутствует ли оперативный сигнал её вывода.
  • Оцениваются дополнительные условия: пуск по напряжению, направление мощности, блокировка по второй гармонике, состояние цепей ТН, положение выключателя и внешние сигналы разрешения.
  • При выполнении всех условий формируется сигнал пуска и запускается отсчёт независимой либо зависимой выдержки времени.
  • Если пуск сохраняется до окончания выдержки времени, формируется сигнал срабатывания ступени.
  • Сигнал передаётся в алгоритм отключения выключателя, на выходное реле, сигнализацию, осциллограф и в АСУ ТП в соответствии с настройкой терминала.
  • После снижения тока ниже порога возврата и исчезновения условий срабатывания защита возвращается в исходное состояние.

Основные уставки МТЗ и принципы их выбора

Состав уставок МТЗ зависит от конкретного терминала, однако большинство из них имеют единое функциональное назначение и физический смысл. Уставка по току определяет порог пуска; выдержка времени обеспечивает селективность защиты; дополнительные уставки формируют условия, при которых пуск защиты разрешён или блокирован.

Уставка или группаЧто задаётЧто проверяют при выборе
Ток срабатывания IмтзТок срабатывания ступениОтстройка от максимального рабочего тока, перегрузки, пуска и самозапуска; проверка чувствительности к минимальному току КЗ.
Задержка срабатывания TмтзНезависимая выдержка времениСогласование с нижестоящими защитами, временем отключения выключателя и резервируемой зоной.
Тип ВТХ,
коэффициент времени ВТХ kвтх,
дополнительная задержка срабатывания Tвтх
Параметры зависимой характеристикиСогласование нижестоящими защитами, предохранителями и автоматами; проверка времени срабатывания во всём диапазоне токов.
Uмин, U2 или внешний логический сигнал Пуск по напряжению / ВМБПовышение чувствительности и отстройка от пусковых токов при исправных цепях ТН.
Уставка угла максимальной чувствительности Фмч, направление блокировкиКонтроль направления мощностиСелективность на объектах с двухсторонним питанием.
Уставка отношения действующего значения 2 гармоники к 1 гармонике kI2г,
максимальная длительность перекрестного блокирования по 2 гармонике Tпб
Блокировка по второй гармоникеОтстройка от броска тока намагничивания трансформатора.
Задержка ускоренного срабатывания TумтзВыдержка времени ускоренной МТЗБыстрое отключение при опробовании или по оперативной команде.
Ток срабатывания грубой ступени Iмтз гр,
длительность действия грубой ступени Tмтз гр
Загрубление при включенииРабота с повышенным порогом срабатывания в заданном временном интервале после включения выключателя.
Назначения выходовДействие ступениОтключение конкретного выключателя, действие сигнализации, запись аварийной информации.

Выбор уставок выполняют по расчётным режимам конкретного объекта. Сначала определяют максимально возможный рабочий ток с учётом допустимых перегрузок и самозапуска двигательной нагрузки. Затем выбирают ток срабатывания и проверяют чувствительность к минимальному току КЗ в основной и резервируемой зонах. После этого согласовывают выдержки времени со смежными защитами, временем отключения выключателей и логическими ускорениями.

В методиках расчета уставок Алтей-ОЗТ [4] и Алтей-УЗТ [6] для МТЗ трансформатора ток срабатывания по условию отстройки от самозапуска записан в виде:

Iмтз = (k · kзап · kперегрузки / kв) · Iном,

где k - коэффициент отстройки, учитывающий неточность задания исходных данных, погрешность расчета и необходимый запас;

kзап - коэффициент самозапуска, учитывающий увеличение тока от заторможенной двигательной нагрузки;

kперегрузки - максимальная кратность реальной длительно возможной перегрузки трансформатора;

- коэффициент возврата пускового органа;

Iном - первичное действующее значение номинального тока обмотки трансформатора.

Расчет значения уставки тока срабатывания по условию согласования с уставками защит предыдущих элементов следует выполнять по формуле:

Iмтз = kотс ∙ (Iмтз пред макс + ∑Iраб),

где kотс - коэффициент отстройки, учитывающий неточность задания исходных данных, погрешность расчета и необходимый запас;

Iмтз пред макс - максимальное из значений уставок МТЗ предыдущих элементов, приведенное к первичным значениям на стороне ВН;

∑Iраб - суммарное значение рабочих токов предыдущих элементов за исключением элементов, используемых при определении значения Iмтз пред макс.

Здесь коэффициенты и исходный ток выбираются по принятой методике расчёта, после чего уставку переводят во вторичные величины с учётом коэффициента трансформации ТТ. В качестве уставки тока срабатывания принимается максимальное из двух рассчитанных значений.

Чувствительность оценивается отдельно для основной и резервируемой зон; Согласно ПУЭ, коэффициенты чувствительности должны быть около 1,5 в случае выполнения МТЗ в роли основной защиты (п. 3.2.21 [11]) и около 1,2 в случае выполнения МТЗ в роли резервной защиты (п. 3.2.25 [11]).

При использовании зависимой времятоковой характеристики недостаточно сравнить только одну точку. Необходимо построить и проверить карту селективности во всём диапазоне расчётных токов, включая переход от зависимой времятоковой характеристики к минимальной выдержке времени, дополнительное время Tвтх и фактическое время отключения выключателя.

Чем МТЗ отличается от других токовых защит

Вид защитыНа что реагируетВремя действияОсновная задача
МТЗСверхток при КЗОбычно с выдержкой времени; независимой или зависимойЗащита всей зоны и резервирование смежных элементов
Токовая отсечкаБольшой ток близкого КЗБез выдержки или с малой задержкойБыстрое отключение защищаемого элемента; уставка отстраивается от тока КЗ в конце защищаемого элемента
Защита от перегрузкиДлительное превышение допустимого тока / тепловой режимКак правило, длительная выдержка времени с зависимой или независимой характеристикойСигнализация, разгрузка или отключение при опасном нагреве защищаемого оборудования
Токовая ненаправленная или направленная защита нулевой последовательностиТок или напряжение нулевой последовательностиПо алгоритму конкретной защитыЗащита от однофазных замыканий на землю

На одном терминале эти функции могут действовать параллельно. Токовая отсечка обеспечивает быстродействие при больших токах близкого КЗ, защищая часть элемента энергосистемы, МТЗ перекрывает оставшуюся зону защиты и резервирует защиты смежных элементов, а защита от перегрузки контролирует продолжительный режим работы, защищая оборудование от перегрева. Важно обеспечить согласованную работу всех защитных функций с помощью грамотной настройки уставок.

Как МТЗ реализована в устройствах НПП «Микропроцессорные технологии»

Во всех рассмотренных устройствах МТЗ строится на пусковом органе тока и выдержке времени, но её роль и дополнительная логика различаются. В устройствах, предназначенных для защиты присоединений 6-20 кВ (Лютик) акцент сделан на универсальности и простоте, в устройствах защиты присоединений 0,4-35 кВ (Алтей-01, Лютик-Плюс) и 0,4-220 кВ (Алтей-БЗП, Алтей-БЗП2) - на контроле направления мощности, блокировке по напряжению и возможности резервирования дистанционной защиты, а в устройствах, предназначенных для защиты трансформаторов (Алтей-УЗТ, Алтей-ОЗТ) - на раздельном действии по сторонам трансформатора и согласовании с основной дифференциальной защитой.

Лютик

В Лютик реализована одна ступень МТЗ. Пуск происходит при превышении максимальным из действующих значений фазных токов уставки «Iмтз». По умолчанию применяется независимая выдержка «Tмтз»; программным ключом можно включить зависимую ВТХ. В устройстве реализовано пять зависимых времятоковых характеристик: три инверсные согласно IEC 60255-151-2014 и аналоги реле РТВ-1 и РТ-80. При ВТХ пуск выполняется при токе выше 1,1 от уставки.

Предусмотрена ускоренная МТЗ с выдержкой «Tумтз». Она действует, если пуск возник в течение одной секунды после включения выключателя и исчезновения сигнала «РПО». Отдельный логический вход позволяет оперативно вывести ускорение. Диапазон уставки «Iмтз» составляет 0,5-125 А во вторичных величинах, коэффициент возврата - 0,95. В аппаратных версиях 1.xx и 2.xx ток фазы B вычисляется, в версии 3.xx измеряются Ia, Ib и Ic, и можно выбрать работу по расчетному или измеренному току фазы B.

Алтей-01, Лютик-Плюс

Реализация МТЗ в Алтей-01 и Лютик-Плюс одинакова. Устройства содержат две идентичные ступени МТЗ. Каждая ступень может работать с независимой или одной из шести зависимых характеристик, включая RI. Доступны перевод на сигнализацию, загрубление при включении, автоматическое и оперативное ускорение, внутренняя и внешняя вольтметровая блокировка, контроль направления мощности и блокировка по второй гармонике.

При неисправности цепей напряжения орган направления мощности автоматически выводится, и защита продолжает работу без контроля направления мощности. Доступны пофазная и перекрестная блокировка по второй гармонике; длительность перекрестного блокирования ограничивается отдельной уставкой. Такой набор функций позволяет адаптировать МТЗ к линиям с двухсторонним питанием, двигательной нагрузке и присоединениям силовых трансформаторов.

Токовые уставки обеих ступеней задаются в диапазоне 0,1-125 А, выдержки основной МТЗ - до 20 с, ускоренной - до 1 с. В устройстве предусмотрены отдельные сигналы пуска и срабатывания по фазам, что позволяет обеспечить более подробный анализ.

Алтей-БЗП, Алтей-БЗП2

Реализация МТЗ в Алтей-БЗП и Алтей-БЗП2 одинакова. Устройства используют двухступенчатую МТЗ как универсальную токовую защиту присоединения и резерв дистанционной защиты. Ступени могут иметь независимую или зависимую времятоковую характеристику, работать с контролем направления мощности, вольтметровой блокировкой, блокировкой по второй гармонике, ускорением и загрублением при включении. Диапазон токовых уставок - 0,1-125 А.

Особенность этих устройств - автоматический ввод МТЗ на ограниченное время при неисправности цепей напряжения и выводе дистанционных защит, а также после включения выключателя для резервирования дистанционной защиты при включении без напряжений.

Алтей-КСЗ

Алтей-КСЗ предназначен для линий и оборудования 110-220 кВ и содержит два разных алгоритма МТЗ: МТЗ и аварийную МТЗ. Обычная МТЗ имеет две ступени с независимой выдержкой времени и пуском по напряжению. В качестве входной величины может использоваться максимальный или медианный фазный ток. Вольтметровая блокировка формируется по снижению линейного напряжения и/или повышению напряжения обратной последовательности. При неисправности цепей напряжения автоматически выполняется вывод пуска по напряжению и блокировка МТЗ.

Отдельно реализована двухступенчатая аварийная МТЗ. Для каждой ступени возможна работа по максимальному из фазных токов, току обратной последовательности I2 и току нулевой последовательности 3I0. Аварийная МТЗ может быть введена в работу постоянно либо вводиться только при наличии неисправности цепей напряжения и выводе основной защиты. Это обеспечивает резервирование дистанционной защиты от междуфазных и однофазных замыканий (ДЗ, ДЗЗ) и токовой направленной защиты нулевой последовательности (ТЗНП) при потере достоверных напряжений.

Алтей-УЗТ

В Алтей-УЗТ предусмотрены МТЗ сторон ВН и НН двухобмоточного трансформатора. МТЗ ВН работает по максимальному из приведённых фазных токов, из которых программно удалена нулевая последовательность. Это необходимо для правильного поведения при внешних однофазных КЗ в питающей сети с заземлённой нейтралью. Для стороны ВН доступны пуск по напряжению, ускорение при включении и контроль исправности цепей напряжения.

Предусмотрена возможность задания двух значений уставок тока и времени срабатывания, действующих при включенном и отключенном положении секционного выключателя (СВ) стороны НН, что в ряде случае позволяет повысить чувствительность и быстродействие защиты. При наличии сигнала отключенного положения СВ стороны НН защита работает с более чувствительной уставкой тока срабатывания и меньшей выдержкой времени.

МТЗ НН также может иметь разные уставки тока и выдержки времени срабатывания в зависимости от положения СВ стороны НН. Алгоритм предусматривает действие на секционный выключатель и на выключатель ввода стороны НН: защита срабатывает с меньшей выдержкой времени на отключение СВ стороны НН, и затем, если повреждение не было ликвидировано, с большей выдержкой времени на отключение вводного выключателя стороны НН. Также может быть введено действие МТЗ НН на отключение трансформатора со всех сторон, если при отключении вводного выключателя стороны НН не произошло возврата МТЗ. Такой алгоритм обеспечивает резервирование защит трансформатора и ступенчатое действие внутри схемы подстанции.

Алтей-ОЗТ

В Алтей-ОЗТ предусмотрены алгоритмы МТЗ сторон ВН, СН и НН трёхобмоточного трансформатора. МТЗ ВН работает по приведённым токам с удалением нулевой последовательности. Реализованы пуск по напряжению (только по сигналу на дискретном входе) и ускорение действия защиты. В алгоритме предусмотрены независимые выдержки времени срабатывания на отключение выключателей сторон НН, СН и на отключение трансформатора со всех сторон.

МТЗ СН и МТЗ НН имеют собственные уставки по току и выдержки времени, пуск по напряжению, ускорение при включении соответствующей стороны и дополнительное действие на отключение трансформатора со всех сторон, если при отключении выключателя соответствующей стороны не произошло возврата защиты.

Сравнение реализаций МТЗ

УстройствоОбласть примененияСтупениХарактеристикаОсобенности алгоритма
Лютик6-20 кВ: линии, вводы, секции1Независимая + 5 ВТХОперативное ускорение при включении выключателя; простая реализация алгоритма; вычисляемый Ib в старых аппаратных версиях.
Лютик-Плюс0,4-35 кВ 2Независимая + 6 ВТХОтдельные сигналы пуска по фазам, РНМ, ВМБ, блокировка по 2-й гармонике, загрубление, автоматическое и оперативное ускорение.
Алтей-010,4-35 кВ 2Независимая + 6 ВТХАналогично Лютик-Плюс.
Алтей-БЗППрисоединения 0,4-220 кВ2Независимая + 5 ВТХВвод защиты при неисправности ТН и при включении выключателя, РНМ, ВМБ, блокировка по 2-й гармонике, загрубление, автоматическое и оперативное ускорение.
Алтей-БЗП2Присоединения 0,4-220 кВ2Независимая + 5 ВТХАналогично Алтей-БЗП.
Алтей-КСЗЛинии и оборудование 110-220 кВ2 + 2 аварийныеНезависимаяОбычная МТЗ: ВМБ (по измеренным напряжениям); работа по максимальному или медианному току.
Аварийная МТЗ: выбор работы по Iф, I2 и 3I0, ввод защиты при неисправности цепей напряжения и выводе основной защиты
Алтей-УЗТДвухобмоточные трансформаторы до 220 кВВН + НННезависимаяВыбор работы по приведённым токам стороны ВН; ступенчатое действие на СВ, НН и весь трансформатор, ВМБ, ускорение МТЗ, возможность задания разных уставок по току и выдержек времени при включенном и отключенном положении СВ НН
Алтей-ОЗТТрёхобмоточные трансформаторы до 220 кВВН + СН + НННезависимаяРабота по приведенным токам стороны ВН, ступенчатое действие на СВ, НН и весь трансформатор, ВМБ (по сигналу на дискретном входе), ускорение МТЗ

Сравнение показывает, что в каждом терминале максимальная токовая защита обладает своим набором функций, адаптированным под назначение устройства и обеспечивающим селективную и чувствительную работу именно в тех режимах, которые характерны для защищаемого объекта и данного класса напряжения.

Пример работы МТЗ

Рассмотрим пример работы МТЗ, предназначенный для объяснения принципа работы защиты. Предположим, что на защитах 1-4 в алгоритме МТЗ введены контроль направления мощности и вольтметровая блокировка. Уставка первой ступени МТЗ защиты 1 задана 2,5 А во вторичных величинах, независимая выдержка времени - 0,6 с. Защита 1 является основной защитой для линии ВЛ1 и резервной защитой для линии ВЛ2. Происходит междуфазное КЗ на ВЛ2, в результате чего максимальный фазный ток в месте установки защиты 1 возрастает до 3,5 А.

Схема электрической сети

Рисунок 1 - Схема электрической сети

  • Измерительный орган тока защиты 1 фиксирует ток КЗ 3,5 А, что выше уставки 2,5 А, и формирует сигнал пуска защиты.
  • Напряжение в месте установки защиты 1 снижается ниже значения уставки, поэтому сигнал вольтметровой блокировки отсутствует.
  • Орган направления мощности защиты 1 фиксирует, что вектора тока и напряжения сонаправлены, и также не выдает сигнал блокировки пуска защиты. Обеспечиваются все условия для пуска МТЗ защиты 1.
  • Запускается отсчет выдержки времени 0,6 с. В течение этого времени ближайшая к месту повреждения защита 3 может устранить КЗ на поврежденном участке.
  • Если ток не исчез (основная защита присоединения по какой-то причине не сработала), то по истечении 0,6 с МТЗ защиты 1 формирует сигнал срабатывания.
  • Сигнал срабатывания МТЗ передаётся в алгоритм отключения выключателя, алгоритм аварийной сигнализации, пуск осциллографа и запись в журнал событий. Выходное реле формирует команду в цепь отключения выключателя.
  • После отключения ток снижается ниже порога возврата, происходит возврат защиты 1, а информация о пуске и срабатывании защиты остаётся в журналах для анализа.

При зависимой характеристике выдержки времени последовательность остаётся той же, но фактическая выдержка времени вычисляется по выбранной ВТХ и кратности тока 3,5 / 2,5.

Если введено укорение МТЗ, то при наличии сигнала РПО и в течение одной секунды после его исчезновения вместо основной выдержки времени используется меньшая выдержка времени «Tумтз».

Если появляется блокировка по второй гармонике или нарушается необходимое условие пуска по напряжению, то пуск защиты не переходит в срабатывание.

Что проверить при проектировании и наладке

Для качественной работы МТЗ важен корректный набор включенных функций, согласованность измерительных цепей, грамотный выбор уставок и схемы действия. Перед вводом защиты в работу необходимо проверить следующие вопросы.

  • Соответствуют ли коэффициенты трансформации ТТ и выбранный диапазон токовых входов фактической схеме подключения.
  • Отстроена ли уставка по току от максимальной нагрузки, допустимой перегрузки и пусковых токов.
  • Обеспечена ли чувствительность к минимальному току КЗ в основной и резервируемой зонах.
  • Согласованы ли выдержки времени с нижестоящими защитами и полным временем отключения выключателей.
  • Проверена ли карта селективности для зависимых характеристик во всём диапазоне токов.
  • Корректно ли настроены полярность ТН, направление мощности и поведение при неисправности цепей напряжения.
  • Не конфликтует ли ускорение МТЗ с ЛЗШ, токовой отсечкой, дистанционной или дифференциальной защитой.
  • Требуется ли блокировка по второй гармонике.
  • Назначены ли сигналы пуска и срабатывания на журнал событий, осциллограф и передачу в АСУ ТП.
  • Проверено ли действие выходных реле, цепей отключения и пуска УРОВ при функциональном контроле.

Отдельного внимания требуют исполнения с питанием от токовых цепей и дешунтированием. В этих схемах необходимо проверить нагрузку на трансформаторы тока, возможное насыщение ТТ, время готовности терминала и достаточно ли энергии для работы электромагнита отключения. Эти вопросы выходят за пределы одной настройки МТЗ и должны рассматриваться как единая система.

Ответы на распространённые вопросы

Что такое МТЗ простыми словами?

МТЗ - вид защиты, который контролирует превышение тока над заданной уставкой дольше установленного времени. Задержка срабатывания защиты нужна для обеспечения селективности: сначала должна отключиться защита ближайшего к месту повреждения элемента. Если ближайшая защита не сработала, то вышестоящая МТЗ выполняет отключение, обеспечивая резервирование участка сети.

Чем МТЗ отличается от токовой отсечки?

Основное различие между токовой отсечкой (ТО) и МТЗ заключается в способе обеспечения селективности. Селективность ТО обеспечивается за счёт ограничения зоны действия: ток срабатывания выбирается выше максимального тока КЗ в конце защищаемого участка. При этом выдержка времени ТО принимается нулевой или очень малой. Благодаря этому ТО защищает только часть элемента и не будет реагировать при КЗ на нижестоящих участках, но будет срабатывать очень быстро в своей зоне действия. МТЗ, в свою очередь, обеспечивает селективность с помощью выдержки времени. Выдержка времени вышестоящей МТЗ принимается большей, чем выдержка времени нижестоящей. Благодаря этому МТЗ защищает всю линию и способна служить резервом для нижестоящих элементов, однако срабатывает с задержкой (от десятых долей до нескольких секунд).

Почему МТЗ срабатывает с выдержкой времени?

Выдержка обеспечивает селективность действия защиты. Наиболее удалённая от источника защита настраивается с меньшей выдержкой времени, а вышестоящие ступени получают большую задержку. При КЗ ближайший выключатель должен отключиться первым; резервная защита действует только при отказе основной защиты или выключателя.

Что такое пуск МТЗ по напряжению?

Это дополнительное разрешающее условие. Ток должен превысить уставку, а напряжение - подтвердить аварийный режим: например, снизиться ниже заданного уровня или приобрести недопустимую несимметрию. Такой пуск помогает повысить чувствительность и отстроиться от допустимых пусковых режимов, в которых ток может превысить уставку, но напряжение не снижается до аварийного значения.

Для чего МТЗ контролирует направление мощности?

Контроль направления мощности нужен в сетях с двухсторонним питанием и сложной топологией. По направлению векторов токов и напряжений терминал определяет направление аварийной мощности и блокирует ступень при повреждении с противоположной стороны.

Зачем нужна блокировка по второй гармонике?

Вторая гармоника характерна для броска тока намагничивания при включении силового трансформатора. Если содержание второй гармоники в фазном токе превышает уставку, терминал может временно заблокировать МТЗ и не принять допустимый переходный режим за короткое замыкание. Параметры блокировки требуют расчётного обоснования.

Что такое зависимая характеристика МТЗ?

При зависимой ВТХ время срабатывания уменьшается по мере увеличения кратности тока к уставке. Небольшой сверхток отключается с большей выдержкой времени, большой ток КЗ отключается быстрее. Тип кривой и её коэффициенты выбирают по руководству конкретного терминала и проверяют на карте селективности.

Что происходит с МТЗ при неисправности цепей напряжения?

Во всех рассматриваемых устройствах контроль направления мощности автоматически выводится, и МТЗ продолжает работать как ненаправленная защита. В Алтей-КСЗ можно вывести пуск по напряжению либо заблокировать ступень. В БЗП и БЗП2 МТЗ может быть временно введена в работу при появлении сигнала неисправности цепей напряжения с целью резервирования дистанционной защиты.

Может ли МТЗ быть основной защитой трансформатора?

МТЗ применяется в качестве основной защиты для трансформаторов мощностью до 6,3 МВА, а на трансформаторах мощностью более 6,3 МВА - резервирует дифференциальную и другие основные защиты.

Как происходит непосредственное отключение выключателя при срабатывании МТЗ?

В результате срабатывания алгоритма МТЗ формируется выходной логический сигнал отключения выключателя. Выходное реле терминала замыкает внешнюю цепь оперативного тока, подавая напряжение на электромагнит отключения (ЭО) выключателя; ЭО воздействует на привод выключателя, в результате чего контакты размыкаются, прерывая протекание тока через поврежденных элемент сети.

В каких устройствах компании реализована МТЗ?

В рассматриваемой линейке МТЗ есть в Лютик, Лютик-Плюс, Алтей-01, Алтей-БЗП, Алтей-БЗП2, Алтей-КСЗ, Алтей-УЗТ и Алтей-ОЗТ. Реализация различается по числу ступеней, типам ВТХ, пуску по напряжению, контролю направления мощности, блокировке по второй гармонике и прочим особенностям.

Заключение

Максимальная токовая защита остаётся одной из базовых функций РЗА, но современная МТЗ не ограничивается простым контролем тока с выдержкой времени. В микропроцессорном терминале она включает контроль напряжения и направления мощности, блокировку по второй гармонике, ускорение и загрубление при включении, учитывает состояние цепей ТН, действует на запись журналов и осциллограмм.

Устройства НПП «Микропроцессорные технологии» реализуют МТЗ для разных задач: от компактной одноступенчатой защиты присоединения до раздельных защит трёх сторон трансформатора и аварийного резервирования дистанционных защит 110–220 кВ. Гибкая настройка алгоритмов МТЗ в этих устройствах позволяет выбрать именно те функции, которые необходимы для конкретного объекта, и обеспечить селективную и чувствительную работу в характерных для него режимах.

Выбор терминала и уставок должен опираться на расчёт режимов, схему вторичной коммутации и актуальное руководство на конкретное исполнение.