Размещено на http://www.allbest.ru/

27

1. Переходные процессы в устройствах релейной защиты

1.1 Виды повреждений оборудования и линий электропередач

Короткие замыкания, возникающие в электрических сетях, машинах и аппаратах, отличаются большим разнообразием, как по виду, так и по характеру повреждений. В электрических сетях имеет место наибольшее количество повреждений по сравнению с другими элементами электрической системы. Основные виды повреждений линий в трехфазных сетях:

Трехфазные замыкания:

замыкания между тремя фазами;

замыкания между тремя фазами и на землю.

Двухфазные замыкания:

замыкания между двумя фазами;

замыкания между двумя фазами и на землю.

Двойные замыкания на землю (замыкание двух фаз на землю в разных точках).

Однофазные замыкания на землю.

Обрыв фазы.

Возможны и более сложные виды повреждений, представляющие сочетание некоторых из перечисленных. Так, например, при обрыве провода линии один его конец, расположенный близко к изолятору, может остаться изолированным, а другой, упав на землю, образует однофазные замыкания на землю. В процессе развития повреждения возможны переходы одного вида повреждения в другой (однофазных в многофазные).

Причинами повреждений линий являются:

перекрытия или пробои изоляторов линий в результате прямых ударов молний или перенапряжений;

неправильные действия эксплуатационного персонала (включение на заземления, разрыв разъединителем рабочего тока ВЛ);

гололед и вибрация проводов;

перекрытие изоляции при загрязнении;

нарушение изоляции животными или птицами;

замыкания проводов стрелами кранов и т.п.;

механические повреждения опор, изоляторов, разъединителей и т.п.

Распределение в количественном отношении повреждений (КЗ) в сетях и их схематическое изображение даны в таблице 1.

Таблица 1

На относительное число тех или иных видов повреждений и характер их протекания оказывают влияние режим заземления нейтралей сети, время отключения повреждения и некоторые другие факторы. Так, например, двойные замыкания на землю учитываются при выполнении защиты только в сетях с нейтралями, изолированными или заземленными через дутогасящие реакторы, хотя и для них являются относительно редкими видами КЗ. Трехфазные КЗ, несмотря на их относительно малую вероятность, принято учитывать для сетей всех видов и напряжений.

Различают однофазные замыкания на землю в сетях с глухо (эффективно) заземленными нейтралями и однофазные замыкания в сетях с изолированными или заземленными через дугогасящие реакторы (катушки) нейтралями, не называемые КЗ, так как при этом нет аварийных токов.

Работа защитных устройств при повреждениях преимущественно определяется периодическими составляющими промышленной частоты токов I_р и напряжений U_р, воздействующих на реле, и фазными сдвигами ц_р между ними.

При рассмотрении указанных видов КЗ различают, в каких системах они возникают: в системах с заземлённой нейтралью (с глухозаземлённой, заземлённой через сопротивление) или в системах с изолированной нейтралью. релейная защита электропередача замыкание сеть

В системах с глухозаземлённой нейтралью (установки с большим током замыкания на землю) наибольший ток КЗ при однофазном КЗ (при трехфазном - в 2,5, а при двухфазном - в 1,5 раза меньше однофазного КЗ). Но при удалённых КЗ наиболее опасным является всё же трёхфазное КЗ.

В системах с заземлением нейтрали для ограничения величины однофазного КЗ применяют сопротивления или реакторы, где наибольший ток однофазного КЗ обычно не превышает ток трёхфазного КЗ (т.н. установки с малыми токами замыкания на землю).

В системах с изолированной нейтралью при однофазном замыкании на землю токи КЗ незначительны, носят ёмкостный характер и зависят от уровня напряжения и длины линии, и поэтому нет необходимости мгновенно её отключать. Защита в этом случае действует на сигнал. Впрочем, однофазное замыкание на землю опасно, если идет через электрическую дугу. Применяются указанные защиты для сетей напряжением до 35кВ.

1.2 Ненормальные режимы работы

Основными видами ненормальных режимов работы электрических сетей, учитываемыми при выполнении их релейной защиты, являются:

- сверхтоки, обусловленные перегрузками или КЗ., возникающими вне защищаемого участка сети.

Сверхтоки оказывают на линии термическое воздействие, что может привести к ускоренному износу проводов, особенно в местах установки соединительных зажимов, или даже к повреждениям этих линий. От сверхтоков, вызванных внешними КЗ, обычно используется защита участка от КЗ, действующая как резервная в случаях отказа защит или выключателей поврежденного элемента.

При сверхтоках, вызванных перегрузками, немедленного отключения воздушных линий не только не требуется, но это даже считается недопустимым, поэтому защита от перегрузок на них не устанавливается, и работа контролируется только приборами (амперметрами). Защита от перегрузок кабельных линий принципиально могла бы потребоваться. Следует, однако, иметь в виду, что в правильно спроектированной и эксплуатируемой распределительной сети недопустимые перегрузки маловероятны и специальная защита от них обычно не устанавливается.

Если недопустимые перегрузки вероятны, иногда встает вопрос о качаниях и нарушении синхронизма между параллельно работающими в системе машинами. Наиболее часто интенсивные качания синхронных машин возникают вследствие недостаточно быстрого отключения КЗ в системе. В наиболее тяжелых случаях возможно возникновение кратковременного или затяжного нарушения их синхронной работы. Этими режимами сопровождаются также используемые иногда в эксплуатации автоматические несинхронные включения.

При качаниях и асинхронных режимах в элементах системы проходят уравнительные пульсирующие токи. Эти токи имеют максимальные значения при углах сдвига э. д. с. машин, близких к 180°; они определяются удвоенным значением э. д. с. (при Е_А = Е_В) и могут быть даже больше токов КЗ в защищаемых линиях.

Напряжения на линиях в рассматриваемых режимах также пульсируют. Наиболее сильные их колебания происходят в точках системы, расположенных вблизи электрического центра.

Ряд защит от КЗ может реагировать на качания, поскольку последние сопровождаются повышениями токов и понижениями напряжений, как и при КЗ. Срабатывание защит при этом является, однако, недопустимым, так как может приводить к нарушениям работы системы, отключениям потребителей.

Предотвращение работы защит (с небольшими выдержками времени) в ряде случаев достигается только посредством специальных устройств, усложняющих схемы защит.

Системы должны эксплуатироваться так, чтобы затяжные выходы из синхронизма были практически исключены. Это, в частности, обеспечивается применением быстродействующих защит, использованием комплекса устройств противоаварийной автоматики.

Выход из синхронизма является весьма редким видом нарушения работы систем. Если, однако, синхронизм оказывается нарушенным и обратное втягивание машин в него, несмотря на работу разного рода устройств, не наступает, систему приходится автоматически делить в определенных, заранее установленных местах на несинхронно работающие части так, чтобы, в последних были по возможности сбалансированы генерирующие мощности и мощности, потребляемые нагрузками.

2. Изменение тока КЗ

Наибольшее значение токов КЗ в цепи может произойти в любой момент времени при любом мгновенном значении напряжении и тока.

Для расчётов релейной защиты и автоматики (РЗ и А) и другого оборудования необходимо знать наиболее неблагоприятный момент КЗ, когда мгновенное напряжение равно нулю, а мгновенное значение тока КЗ достигает наибольшего по амплитуде значения. На рис. 4.1 показана диаграмма изменения тока КЗ при питании от источника неограниченной мощности. Здесь также показан момент перехода от нормального режима электроустановки в режим КЗ.

Апериодическая составляющая тока Ia затухает по экспоненте.

Наибольшее из мгновенных значений полного тока КЗ Ik (сумма мгновенных значений периодической и апериодической составляющих) называется ударным током Iу. Условия, при которых возможно возникновение наибольшего ударного тока, являются расчётными.

Если источник питания имеет ограниченную мощность, то переходные процессы, в основном, протекают аналогично, с тем отличием, что периодическая составляющая не остаётся постоянной, а изменяется от некоторого наибольшего значения до некоторого установившегося значения. Характер возникновения и затухания апериодической составляющей остаётся таким же.

1. Диаграмма (осциллограмма) изменения тока КЗ Ik при питании от источника неограниченной мощности

Здесь:

- In- мгновенное значение тока нормального режима;

- Ik- мгновенное значение тока КЗ;

- Ia- мгновенное значение апериодической составляющей тока;

- Io - начальное значение апериодической составляющей тока;

- Iу- ударный ток КЗ.

3. Влияние переходных процессов на устройства релейной защиты и автоматики (РЗ и А)

Основное влияние на работу трансформаторов тока и других трансформаторов, относящихся к релейной защите (РЗ), оказывает апериодическая составляющая. Эта составляющая имеет наибольшее значение, равное амплитуде установившегося тока КЗ в том случае, если КЗ наступает в момент, когда кривая напряжения проходит через нулевое или близкое к нулю значение. В этом случае примерно через половину периода амплитуда тока КЗ (ударный ток) может достигать почти удвоенной амплитуды установившегося значения этого тока.

Если магнитопровод трансформатора тока или согласующих трансформаторов не был насыщен предыдущей нагрузкой нормального режима, то в его вторичной цепи кроме периодической появляется и апериодическая составляющая. Ударный ток при этом может вызвать излишнее действие тех защит, которые не предназначались для этого. В этом же случае, если магнитопровод трансформатора тока или согласующих трансформаторов был насыщен предыдущей нагрузкой нормального режима, то из-за апериодической составляющей тока КЗ эти трансформаторы могут перейти в режим глубокого насыщения. В таком режиме трансформация периодической тока (на которую обычно настраивается защита) ухудшается. В этом случае защита может не срабатывать до тех пор, пока апериодическая составляющая не затухнет. В этом случае срабатывание происходит с замедлением.

Для быстродействующих защит снижение влияния апериодической составляющей тока КЗ является весьма желательным. Такое снижение может быть обеспечено с помощью немагнитных зазоров в магнитопроводах трансформаторов тока, согласующих и промежуточных трансформаторов в цепях тока. Такие трансформаторы (трансреакторы) создают вторичные Э.Д.С., пропорциональные производной тока по времени. Поэтому апериодическая составляющая плохо трансформируется. Наличие зазоров в магнитопроводах приводит, однако, при той же величине вторичной нагрузки к увеличению сечения магнитопроводов и, следовательно, габаритов. Кроме того, имеются существенные технологические трудности изготовления магнитопроводов с зазором при обеспечении от образца к образцу совпадающих магнитных характеристик.

В том случае, если измерительные органы РЗ выполнены с применением интегральной микроэлектроники или микропроцессоров, т.е. имеют весьма высокое входное сопротивление, то согласующие и промежуточные трансформаторы могут быть выполнены с ферритовыми магнитопроводами. При этом они обладают свойствами трансреакторов.

Подавление апериодической составляющей на входе РЗ может быть обеспечено также с помощью дифференцирующих цепочек или частотных фильтров.

Что касается трансформаторов напряжения, а также согласующих и промежуточных в цепях напряжения, то переходные процессы в них существуют практически только в первом полупериоде. Основная гармоника первичного напряжения хорошо ими трансформируется и на работу даже быстродействующих защит практически не влияет. Переходные процессы в отдельных элементах электронных защит затухают практически через 0,5-1 периода, т.е. через 10-20 мс.

Размещено на Allbest.ru