Расчёт уставок релейной защиты 6–35 кВ выполняется при проектировании и эксплуатации распределительных сетей. Правильно выбранные уставки РЗА дают селективное отключение повреждённых элементов при коротких замыканиях и замыканиях на землю и сохраняют электроснабжение неповреждённых потребителей. Ошибка в уставке ведёт к неселективному отключению или отказу защиты, а это прямой путь к развитию аварии.
Все расчётные формулы, значения коэффициентов и три полностью разобранных примера собраны в Методических указаниях по расчёту и выбору уставок защит распределительных сетей 6–35 кВ (НГТУ и НПП «ЭСТРА», 2-е издание, 2026 г.). В методике учтены особенности микропроцессорных терминалов серии МКЗП-МИКРО 2.0 и ЭСТРА-ПС. Эта статья не заменяет методику, а помогает по ней ориентироваться: показывает порядок расчёта, набор защит для каждого объекта и логику выбора уставок, а точные формулы адресует к соответствующим разделам PDF.
Что такое уставка и почему расчёт критичен
Каждое устройство релейной защиты реагирует на параметры режима: ток, напряжение, сопротивление, мощность. Пороговое значение параметра, при котором устройство запускается, называется параметром уставкой срабатывания или просто уставкой. Значение, при котором защита возвращается из режима срабатывания в режим дежурства, называется уставкой возврата, а их отношение образует коэффициент возврата kв.
Расчёт релейной защиты сводится к выбору параметров срабатывания на «наихудший случай», поскольку неправильное действие защиты нарушает электроснабжение. Ущерб от неселективного срабатывания, а тем более от отказа, тяжёл и для потребителей, и для сетевой организации.
Релейная защита должна обладать четырьмя свойствами:
- Быстродействие. Скорость выявления и отделения повреждённого элемента. Показатель это время срабатывания от момента повреждения до отключения.
- Селективность. Отключение повреждённого элемента только ближайшими к нему выключателями.
- Чувствительность. Способность выявлять все расчётные виды повреждений во всех режимах, выражается коэффициентом чувствительности kч.
- Надёжность. Устойчивость функционирования алгоритма и аппаратная надёжность.
Точно учесть все факторы, влияющие на работу защиты (разброс параметров системы, погрешности измерительных преобразователей), затруднительно. Расчёт закладывает коэффициенты надёжности, создающие запас против этих отклонений.
Логика расчёта: что нужно и в каком порядке
Для расчёта нужны полные данные об объекте защиты:
| Параметр | Источник данных |
|---|---|
| Первичная схема сети, рабочие и ремонтные режимы | Проектная документация |
| Сопротивление и ЭДС системы для максимального и минимального режимов | Расчёт токов КЗ по РД 153-34.0-20.527-98 |
| Режимы заземления нейтралей силовых трансформаторов | Проектная документация |
| Параметры линий, трансформаторов, реакторов | Паспортные данные |
| Рабочие токи в рабочих, ремонтных и послеаварийных режимах | Данные нагрузок |
| Типы выключателей, ТТ и ТН с местами установки | Проектная документация |
| Уставки защит смежных элементов | Карта уставок, карта селективности |
| Параметры устройства РЗА (kв, диапазоны уставок, дискретность) | Руководство по эксплуатации |
Уставки рассчитывают не для одного элемента, а для участка сети, попарно. В каждой паре нижестоящую защиту (ближе к нагрузке) называют предыдущей, а вышестоящую (ближе к источнику) последующей. Расчёт ведут от наиболее удалённого элемента к источнику питания, согласуя защиты смежных элементов.
Ток срабатывания токовых защит проверяют для двух разных режимов. Для отстройки берут максимальный ток трёхфазного КЗ при минимальном сопротивлении системы. Чувствительность проверяют по минимальному току двухфазного КЗ при максимальном сопротивлении системы. Реальные замыкания часто идут через дугу, и в расчётную цепь вводят переходное сопротивление; для стороны 0,4 кВ принимают Rпер = 15 мОм и приводят к стороне ВН через квадрат коэффициента трансформации.
Порядок расчёта токов КЗ, допущения для радиальных сетей 6–35 кВ, вывод ступени селективности и формулы схемы замещения приведены в методике (разделы 1.7–1.9, 3.1–3.2 и Приложение А).
Какие защиты рассчитывают для объектов 6–35 кВ
Набор защит по типам объектов
Структуру защиты строят от специфики объекта: видов повреждений и ненормальных режимов и тяжести последствий при отказе. По ПУЭ и НТП ПС применяют следующие защиты:
| Объект | Виды защит |
|---|---|
| Воздушные и кабельные линии | Токовая отсечка; МТЗ; защита от замыканий на землю; УРОВ |
| Силовые трансформаторы | Токовая отсечка; МТЗ; защита от перегрузки; защита от замыканий на землю; УРОВ |
| Электродвигатели | Токовая отсечка; защита от замыканий на землю; защита от перегрузки; защита минимального напряжения; УРОВ |
| Вводные и секционные присоединения | МТЗ от междуфазных КЗ (с пуском по напряжению при необходимости); ЛЗШ; дуговая защита; УРОВ |
| Сборные шины | ЛЗШ; дуговая защита; сигнализация замыканий на землю; контроль изоляции |
От чего отстраивают уставки и где взять формулу
Таблица ниже задаёт логику каждой защиты и указывает раздел методики с готовой формулой. В блоках МКЗП-МИКРО 2.0 токовая отсечка и МТЗ реализованы как ступени МТЗ-1…МТЗ-4: быстрые ступени МТЗ-1/2 работают от КЗ, ступени МТЗ-3/4 от перегрузки.
| Защита | От чего отстраивают уставку | Проверка чувствительности | Раздел методики |
|---|---|---|---|
| Токовая отсечка (МТЗ-1) | Макс. ток 3ф КЗ в конце зоны; бросок тока намагничивания (kн = 5÷7) | kч ≥ 2 (трансформатор, двигатель), ≥ 1,2 (линия) | 3.4.2–3.4.3 |
| МТЗ (МТЗ-2) | Ток самозапуска нагрузки; согласование с предыдущими (kсогл = 1,1) | kч ≥ 1,5 (осн. зона), ≥ 1,2 (дальнее резерв.) | 3.4.1–3.4.3 |
| Защита от перегрузки (МТЗ-3/4) | Номинальный ток объекта через kв | Действие на сигнал | 3.4.4–3.4.5 |
| Защита от ОЗЗ | Ёмкостный ток фидера с kбр (ненаправл.); суммарный ёмкостный ток сети (направл.) | kч ≥ 1,25 (КЛ), ≥ 1,5 (ВЛ), ≥ 2 (направл.) | 3.4.6–3.4.9 |
| Защита минимального напряжения (ЗМН) | Доля Uном: 0,5÷0,7 для двигателей, 0,25÷0,35 для пуска АВР | По остаточному U при КЗ и самозапуске | 3.4.10–3.4.11 |
| Защита от повышения напряжения (ЗПН) | (1,1÷1,2)·Uном | Действие на сигнал | 3.4.16–3.4.17 |
| Логическая защита шин (ЛЗШ) | Уставка МТЗ питающего присоединения; t = 0,2 с | Как у МТЗ | 3.4.12–3.4.13 |
| Дуговая защита | Контроль по току на уровне пуска МТЗ ячейки | По датчикам дуги | 3.4.14–3.4.15 |
| Защита от несимметрии фаз (ЗНФ) | (0,2÷0,25)·Iном по обратной последовательности | По допустимой несимметрии (ГОСТ) | 3.4.18–3.4.19 |
| АВР и ВНР | U пуска (0,25÷0,4)·Uном; t по резервной защите отходящих | По остаточному U | 3.5.1–3.5.2 |
| АПВ | t по деионизации среды и готовности привода | По циклу защиты | 3.5.3–3.5.4 |
| УРОВ | 0,1·Iном.прис; t = 0,2 с | По току присоединения | 3.5.5–3.5.6 |
Коэффициент чувствительности по ПУЭ
Для защит максимального действия kч = Iкзмин / Iсз. Нормативные минимумы задаёт ПУЭ, глава 3.2:
| Защита | Минимальный kч |
|---|---|
| МТЗ и ступенчатые защиты, основная зона | 1,5 |
| Токовые отсечки трансформаторов (КЗ на выводах) | 2,0 |
| Органы направления мощности нулевой последовательности | 2,0 |
| Защита от замыканий на землю, кабельные линии | 1,25 |
| Защита от замыканий на землю, воздушные линии | 1,5 |
| Защиты дальнего резервирования | 1,2 |
Рабочие коэффициенты расчёта
Чаще всего в расчёте участвуют:
| Коэффициент | Значение | Назначение |
|---|---|---|
| kотс (отстройка ТО) | 1,2 | Отстройка отсечки от КЗ |
| kн (БТН) | 5÷7 | Отстройка от броска тока намагничивания |
| kв (МП-терминалы) | 0,95 | Отношение возврата к срабатыванию |
| kсзп (жилкомбыт) | 1,2÷1,5 | Самозапуск при малой доле двигателей |
| kсзп (двигательная нагрузка) | до 4,0 | Самозапуск насосных, компрессорных |
| Δt (относительная селективность) | 0,2÷0,6 с | Ступень селективности между смежными защитами |
| Δt (зависимые характеристики) | 0,8÷1,0 с | Для защит с зависимой время-токовой характеристикой |
Полный набор коэффициентов с обоснованием приведён в разделах 1.8–1.9 и 3.4 методики.
Пример расчёта: уставки защит КТП 10/0,4 кВ
Комплектная трансформаторная подстанция питается от распределительной подстанции по двум кабельным линиям. Секционирование выполнено и на РП, и на сборных шинах ВН КТП. Полный разбор с промежуточными формулами это Пример №1 в главе 4 методики; ниже приведены исходные данные и итоговые уставки.
Исходные данные. Токи 3ф КЗ от системы: 7586 А (макс.), 4315 А (мин.). Трансформаторы ТМГ-400/10/0,4 (яч. №2, №5): Sном = 400 кВА, Uк = 4,5 %, Iном.т = 23,1 А. Кабельные вводы ПвКВнг(А)-LS 3×70/25-10, длина 180 м. Кратность пускового тока kп = 6. Отсечка вводного автомата 0,4 кВ: Iс.з = 630 А, t = 50 мс. Суммарный ёмкостный ток сети I∑емк = 5,7 А. Расчёт по схеме замещения даёт токи КЗ в характерных точках (2ф КЗ на выводах ВН трансформатора 3676 А, на шинах КТП 3681 А) и ток самозапуска секции 0,4 кВ Iсзп = 108 А.
Уставки защит трансформатора (яч. №2, №5, kтт = 50/5):
| Защита | Уставка (первичная) | Выдержка t | Чувствительность |
|---|---|---|---|
| Токовая отсечка | 610 А | 0 с | kч = 6,02 ≥ 2 |
| МТЗ | 140 А | 0,3 с | kч = 3,43 / 2,95 / 2,06 / 1,44 |
| Защита от перегрузки | 26 А | 9 с (сигнал) | — |
| Защита от ОЗЗ | 0,25 А | 1 с (сигнал) | kч = 23,9 |
| УРОВ | 5 А | 0,2 с | — |
Для МТЗ чувствительность проверена при металлическом и дуговом, двухфазном и однофазном КЗ на шинах 0,4 кВ: kч1 = 3,43 (2ф металл., норма 1,5), kч2 = 2,95 (2ф дуга, норма 1,2), kч3 = 2,06 (1ф металл., норма 1,5), kч4 = 1,44 (1ф дуга, норма 1,2). Все условия выполнены.
Уставки МТЗ вышестоящих присоединений:
| Присоединение | Уставка МТЗ (перв.) | Выдержка t | Чувствительность |
|---|---|---|---|
| Секционный выключатель (kтт = 100/5) | 200 А | 0,6 с | kч = 18,4 |
| Вводы (яч. №8, №11, kтт = 100/5) | 400 А | 0,9 с | kч = 9,2 |
Ступени выдержек времени 0,3 → 0,6 → 0,9 с обеспечивают селективность от трансформатора к вводу с шагом 0,3 с.
Расчёт уставок защиты электродвигателя 6 кВ (Пример №2) и защиты линии 10 кВ с ответвлениями и согласованием с плавкими предохранителями (Пример №3) разобраны в главе 4 методики.
Особенности расчёта для микропроцессорных терминалов
Микропроцессорные терминалы меняют часть исходных коэффициентов. Коэффициент возврата у них близок к единице (kв = 0,95 против 0,8÷0,85 у электромеханики), а погрешность по времени не превышает ±0,05÷0,1 с. Это позволяет снизить ступень селективности до 0,2÷0,3 с и поднять чувствительность защит.
От точности ТТ зависит работа токовых, направленных и дифференциальных защит: при близких КЗ магнитопровод насыщается, и полная погрешность превышает 10 %. Требование 10-процентной погрешности разобрано в разделе 1.7 методики.
Устройства ЭСТРА для расчёта и задания уставок
Расчётные уставки задают в микропроцессорные терминалы. НПП «ЭСТРА» выпускает линейку устройств РЗА для распределительных сетей 6–35 кВ, где реализованы все рассмотренные защиты и функции автоматики.
МКЗП-МИКРО 2.0 это микроконтроллерный блок защиты присоединений. Выпускается в 14 модификациях с числом дискретных входов от 4 до 25 и выходов от 4 до 16. Реализует МТЗ (4 ступени с токозависимыми характеристиками), токовую отсечку, защиту от замыканий на землю (2 ступени с органом направления мощности), защиту от перегрузки, ЛЗШ, дуговую защиту, УРОВ, АВР, АПВ. Диапазон уставок по току 0,1÷200 А (вторичные значения), шаг 0,01 А. Коэффициент возврата регулируется в диапазоне 0,5÷0,99.
ЭСТРА-РЕЛЕ защищает присоединения 6–35 кВ в корпусе 184×96×146 мм. Реализует токовую отсечку, МТЗ (2 ступени), защиту от замыканий на землю с органом направления мощности, защиту от несимметрии фаз, ЛЗШ, АПВ (4 цикла), АЧР/ЧАПВ, УРОВ. Интерфейсы USB и Bluetooth (по заказу).
ЭСТРА-ПС предназначен для реклоузеров и пунктов секционирования. Все уставки вводятся в первичных величинах. Реализует МТЗ до 8 ступеней с блокировкой, отстройкой от БТН и токозависимыми характеристиками, защиту от замыканий на землю до 4 ступеней, защиту минимального напряжения. Ток измеряют катушки Роговского. Четыре группы уставок для разных режимов сети. Интерфейсы RS485 (MODBUS RTU), USB, Bluetooth, Ethernet.
Уставки задают и протоколы скачивают программой Uprog и мобильным приложением «РЗА ЭСТРА». Аварийные осциллограммы разбирают в программе Oscillo.
Часто задаваемые вопросы
- По какому нормативу выполняется расчёт уставок РЗА 6–35 кВ?
- Основной документ это ПУЭ, 7-е издание, глава 3.2 «Релейная защита». Формулы и коэффициенты берут из методических указаний и руководств по эксплуатации устройств. Токи КЗ рассчитывают по РД 153-34.0-20.527-98 и ГОСТ Р 52735-2007.
- Чем расчёт для микропроцессорных терминалов отличается от электромеханических?
- Главное отличие в коэффициентах. У микропроцессорных терминалов коэффициент возврата близок к единице (0,95 против 0,8÷0,85), а погрешность по времени не превышает ±0,05÷0,1 с. Ступень селективности снижается до 0,2÷0,3 с, чувствительность растёт.
- Чем отличается токовая отсечка от МТЗ?
- Токовая отсечка действует без выдержки времени и защищает только часть элемента, ограниченную током срабатывания. МТЗ действует с выдержкой времени, защищает весь элемент и резервирует смежные участки. В блоках МКЗП обе реализованы как ступени МТЗ-1…МТЗ-4.
- Какие токи КЗ использовать: максимальные или минимальные?
- Для отстройки (выбор тока срабатывания) берут максимальный ток трёхфазного КЗ при минимальном сопротивлении системы. Для проверки чувствительности берут минимальный ток двухфазного КЗ при максимальном сопротивлении системы.
- Можно ли вводить уставки в первичных значениях?
- В блоках ЭСТРА-ПС все параметры вводят в первичных величинах. В блоках МКЗП-МИКРО 2.0 уставки задают во вторичных значениях, и первичные расчётные значения пересчитывают через коэффициент трансформации ТТ.
Источники
- Методические указания по расчёту и выбору уставок защит распределительных сетей 6–35 кВ. 2-е изд. — НГТУ, НПП «ЭСТРА», 2026. Главы 1, 3, 4, Приложение А.
- Правила устройства электроустановок (ПУЭ). 7-е издание. Глава 3.2 «Релейная защита».
- Шабад М.А. Расчёты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. — 4-е изд. — СПб.: ПЭИПК, 2010.
- Чернобровов Н.В., Семёнов В.А. Релейная защита энергетических систем. — М.: Энергоатомиздат, 1998.
- РД 153-34.0-20.527-98. Руководящие указания по расчёту токов короткого замыкания и выбору электрооборудования.
- ГОСТ Р 52735-2007. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчёта в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ.
- Руководство по эксплуатации микроконтроллерного блока защиты присоединений МКЗП-МИКРО 2.0. ООО «НПП ЭСТРА», версия 1.14.