К защитам головных участков электроэнергетических систем, как правило, предъявляются повышенные требования по быстродействию. Это связано с необходимостью обеспечения устойчивости параллельной работы синхронных генераторов и энергосистемы в целом. Применение токовых отсечек оказывается не всегда эффективным, так как из-за увеличенных сечений проводников головных линий токи КЗ при повреждениях в начале и в конце линии отличаются незначительно. В результате обеспечить приемлемую зону действия и селективность отсечки обычно не удается.

В таких ситуациях могут быть использованы неселективные токовые отсечки.

Неселективные отсечки — это токовые защиты максимального типа, которые могут действовать при повреждениях не только в пределах контролируемого объекта, на котором они установлены, но и за его пределами. Селективность действия неселективных отсечек обеспечивается за счет введения выдержки времени или применения дополнительных технических средств.

С целью расширения зоны, контролируемой токовой отсечкой, можно допустить возможность ее действия при КЗ на смежной линии (рис. 2.4). Селективное действие неселективной отсечки в этом случае можно обеспечить за счет ограничения зоны ее действия пределами действия быстродействующей защиты следующей линии и небольшой выдержкой времени срабатывания.

Так, установка токовой отсечки мгновенного действия ТО1 на линию W1, очевидно, неэффективна ввиду очень ограниченной зоны действия (l(_TO1)). Для защиты линии W1 в этом случае целесообразно использовать неселективную отсечку НО1, которую и по току, и по времени следует отстроить от токовой отсечки ТО2 линии W2:

где I_{C TO2} — ток срабатывания токовой отсечки ТО2 линии W2;

k₃ — коэффициент запаса неселективной отсечки;

I_{C HO1} — время срабатывания токовой отсечки ТО2, t_{C HO1} ≈ 0,1 с;

Δt — ступень селективности, Δt = 0,4–0,6 с.

Выдержка времени неселективной отсечки обычно составляет 0,3–0,8 с [5]. За это время апериодическая составляющая тока КЗ практически полностью затухает, поэтому значения коэффициента запаса принимают в пределах 1,1–1,2 независимо от типа реле [4]. Кроме того, по этой же причине (наличие выдержки времени) нет необходимости в дополнительной отстройке от бросков тока намагничивания силовых трансформаторов.

При таком выборе уставок на линии W2 образуется общая зона действия l_ОБЩ. При КЗ за пределами этой зоны, но в пределах зоны действия l_ТO2 отсечки ТO2 (точка К2) срабатывает только токовая отсечка ТО2, отключая поврежденную вторую линию. На КЗ в зоне l_ОБЩ (точка К1) реагируют обе отсечки: селективная ТО2 и неселективная первой линии НО1, однако «своя» отсечка ТО2 сработает быстрее (практически, мгновенно), и точно так же будет отключена только поврежденная линия W2. Неселективная отсечка при этом вернется в исходное состояние, так и не успев сработать. При КЗ в пределах линии W1 будет селективно работать неселективная отсечка НО1.

Схема токовой отсечки с выдержкой времени приведена на рис. 2.5. Требуемая выдержка времени неселективной отсечки создается при помощи реле времени KT1.

Неселективная токовая отсечка без выдержки времени применяется, когда по условиям обеспечения устойчивой работы энергосистемы или обеспечения термической устойчивости защищаемого оборудования требуется мгновенное отключение всех или части поврежденных элементов [4]. Исправить неселективное действие токовой отсечки при КЗ на смежных присоединениях можно с помощью устройств автоматического повторного включения (АПВ) или автоматического включения резервного источника питания (АВР).

Устройство АПВ (рис. 2.6) устанавливается на линии W1 и действует на выключатель Q1.

Если КЗ произошло на линии W2 в общей зоне l_ОБЩ действия селективной отсечки ТО2 и неселективной отсечки НО1 (точка К2), обе отсечки сработают одновременно. В результате обе линии W1 и W2 оказываются отключенными своими выключателями. После отключения линии W1 устройство АПВ, обеспечив определенную выдержку времени, подаст сигнал на повторное включение выключателя Q1. Линия W1 вновь включается, и питание подстанции ПС2 восстанавливается. Поврежденная линия W2 остается в отключенном состоянии.

Если в исходном состоянии электрической сети КЗ произошло вне общей зоны действия защит l_ОБЩ, но в зоне действия l_TO2 токовой отсечки ТО2 (точка К3), то под действием этой защиты будет быстро отключена только линия W2. Неселективная отсечка НО1 действовать не должна, и линия W1 остается во включенном состоянии.

При КЗ на линии W1 (точка К1) под действием неселективной отсечки НО1 будет отключена линия W1. Устройство АПВ повторно включит линию, и, если КЗ оказалось устойчивым (не ликвидировалось за время действия АПВ), неселективная отсечка НО1 вновь отключит линию W1. Количество включений линии W1 (обычно одно) ограничивается устройством АПВ.

Ток срабатывания неселективной токовой отсечки выбирается по условию ее надежного срабатывания в тех зонах, где трехфазные КЗ вызывают снижение напряжения до значений, при которых нарушается устойчивая работа энергосистемы [5]:

где U_{C MIN} — междуфазное напряжение питающей энергосистемы в минимальном режиме ее работы, которое можно принять равным 0,9–0,95 номинального;

Z_{C MIN} — сопротивление энергосистемы в минимальном режиме работы до места установки неселективной отсечки; k_З — коэффициент запаса, k_З = 1,1–1,2;

k₀ — коэффициент, учитывающий допустимое снижение напряжения при трехфазных КЗ; в приближенных расчетах для обеспечения динамической стойкости синхронных генераторов k₀ ≥ 1,5, синхронных электродвигателей — k₀ ≥ 1,0 [4, 5].

Кроме этого, необходимо, чтобы при КЗ в общей зоне действия отсечек на линии W2 собственное время срабатывания отсечки ТО2 не превышало время срабатывания неселективной отсечки НО1.