Статья

Релейная защита: пример расчёта уставок для линии 10 кВ

27 августа 2026 г.

Курсовые и дипломные работы по электроснабжению почти всегда включают раздел релейной защиты, и именно расчёт уставок вызывает больше всего вопросов — особенно у студентов, которые ещё не работали с реальными защитами на практике. Разберём базовую методику расчёта на примере максимальной токовой защиты (МТЗ) для отходящей линии 10 кВ.

Зачем нужна релейная защита и что такое уставка

Релейная защита должна отключать повреждённый участок сети при коротком замыкании или ненормальном режиме, не затрагивая при этом исправные участки. Уставка — это значение параметра (тока, времени), при достижении которого защита срабатывает. Слишком низкая уставка приводит к ложным отключениям при нормальных перегрузках, слишком высокая — защита не сработает при реальном повреждении. Задача расчёта — найти значение, которое надёжно отличает аварийный режим от нормального.

Максимальная токовая защита: основной принцип

МТЗ — самый распространённый и самый простой в расчёте вид защиты для радиальных сетей 6–10 кВ. Защита срабатывает, когда ток в защищаемой линии превышает заданную уставку в течение определённого времени (для защит с выдержкой времени) или без выдержки (для токовой отсечки).

Расчёт МТЗ строится на двух ключевых условиях:

Условие отстройки от максимального рабочего тока. Уставка должна быть выше максимального тока нормального и послеаварийного режима линии — иначе защита будет ложно срабатывать при обычных пиковых нагрузках или пусковых токах двигателей.

Условие чувствительности при коротком замыкании в конце защищаемой зоны. Уставка должна быть достаточно низкой, чтобы защита надёжно сработала при минимальном токе короткого замыкания в самой удалённой точке защищаемого участка.

Пример расчёта тока срабатывания МТЗ

Условие. Отходящая линия 10 кВ питает потребителей с максимальным рабочим током Iраб.макс = 120 А. Коэффициент самозапуска электродвигателей нагрузки Kсзп = 2,0 (учитывает увеличение тока при пуске/самозапуске после кратковременного снижения напряжения). Коэффициент отстройки Kотс = 1,2 (стандартное значение для МТЗ). Коэффициент возврата реле Kв = 0,85.

Шаг 1. Определить ток срабатывания защиты по условию отстройки от максимального рабочего тока с учётом самозапуска:

Iс.з = (Kотс × Kсзп × Iраб.макс) / Kв

Iс.з = (1,2 × 2,0 × 120) / 0,85 = 288 / 0,85 ≈ 338,8 А

Шаг 2. Определить ток срабатывания реле с учётом коэффициента трансформации трансформатора тока.

При схеме включения трансформаторов тока с коэффициентом трансформации, например, 400/5 А:

Kтт = 400 / 5 = 80

Iс.р = Iс.з / Kтт = 338,8 / 80 ≈ 4,24 А

Это значение и есть уставка тока срабатывания реле, которая выставляется на самом устройстве защиты.

Шаг 3. Проверить чувствительность защиты при коротком замыкании в конце защищаемой зоны.

Пусть расчётный минимальный ток двухфазного короткого замыкания в конце линии составляет Iкз.мин = 850 А. Коэффициент чувствительности:

Kч = Iкз.мин / Iс.з = 850 / 338,8 ≈ 2,51

Для основной защиты по нормам требуется коэффициент чувствительности не менее 1,5 — в данном случае условие выполняется с запасом, значит защита достаточно чувствительна.

Выбор выдержки времени

Помимо тока срабатывания, для защит с выдержкой времени нужно определить время срабатывания — оно выбирается по принципу ступенчатости селективности: защита каждого следующего (по направлению к источнику питания) участка сети должна срабатывать с выдержкой времени больше, чем у предыдущего, обычно на ступень селективности Δt = 0,3–0,5 с. Это обеспечивает, что при повреждении отключается только ближайшая к месту КЗ защита, а не все защиты одновременно.

Если, например, защита самой удалённой от источника линии имеет выдержку t1 = 0,5 с, то защита следующего по цепи участка выбирается с выдержкой:

t2 = t1 + Δt = 0,5 + 0,4 = 0,9 с

И так далее по направлению к источнику питания — этот принцип называется согласованием защит по времени.

Токовая отсечка (без выдержки времени)

Помимо МТЗ, часто рассчитывается токовая отсечка — защита без выдержки времени, отстроенная от тока короткого замыкания в конце защищаемой линии (а не в начале следующего участка). Уставка отсечки берётся выше максимального тока КЗ на границе защищаемой зоны с коэффициентом отстройки Kотс = 1,1–1,2, чтобы отсечка не срабатывала при повреждениях за пределами своей зоны действия.

Типичные ошибки в расчёте уставок

Не учтён коэффициент самозапуска электродвигателей. Особенно критично для линий, питающих группы электродвигателей — после кратковременного снижения напряжения (например, при КЗ на соседнем присоединении) двигатели одновременно потребляют повышенный пусковой ток, и без учёта Kсзп защита может ложно сработать.
Не проверена чувствительность защиты. Расчёт уставки только по условию отстройки без проверки коэффициента чувствительности при минимальном токе КЗ — частая ошибка, из-за которой защита формально рассчитана, но реально может не сработать при удалённом повреждении.
Неверно выбран коэффициент трансформации трансформатора тока. Уставка реле должна пересчитываться через реальный коэффициент трансформации ТТ, установленного на присоединении, а не приниматься произвольно.
Нарушен принцип селективности по времени. Если выдержки времени соседних защит выбраны без учёта ступени селективности, при КЗ может отключиться не только повреждённый участок, но и вышестоящий, что приводит к необоснованному погашению большего числа потребителей.

Итог

Расчёт уставок релейной защиты строится на двух базовых условиях — отстройке от максимального рабочего тока (с учётом самозапуска) и достаточной чувствительности при минимальном токе короткого замыкания в конце защищаемой зоны. Для защит с выдержкой времени дополнительно важно выдержать принцип селективности по ступеням. Внимательная проверка обоих условий на каждом шаге — это то, что отличает формально выполненный расчёт от реально работоспособной защиты.