Защита путей электроснабжения путем ввода автоматического резерва

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Автоматический ввод резерва

Автоматический ввод резерва - один из видов релейной защиты, который позволяет значительно увеличить надежность сетей электроснабжения. Данный метод защиты заключается в автоматическом подключении источников электроэнергии в сеть при сбое работы или аварии на основном вводе, обеспечивает поддержание электрической энергией устройств, которые критичны к кратковременному или длительному исчезновению электропитания.

Система АВР должна срабатывать в автономном режиме за минимально короткий промежуток времени после отключения основного источника питания. Независимо от причины исчезновения напряжения у потребителей АВР обязано всегда срабатывать. При использовании схем дуговой защиты АВР блокируется для снижения повреждении от короткого замыкания. Для того чтобы не допустить включения резервного питания в сеть с не устраненным коротким замыканием система АВР включается только единожды. Для изготовления схем АВР используют: реле различного назначения, Цифровые блоки защит, микропроцессорные блоки управления, а также панели индикации.

Существует несколько схем автоматического включения резерва:

- АВР одностороннего действия. В таких схемах две питающих линии, одна основная и одна резервная. При выходе из строя основной линии в работу вступает резервная.

- АВР двухстороннего действия. При данной схеме обе линии могут работать как резервные и как основные.

- АВР с восстановлением. При появлении напряжения на отключенной линии с выдержкой времени эта линия запускается в работу, а секционный выключатель отключается. Схема возвращается в исходное положение.

- АВР без восстановления.

Перебои в электроснабжении потребителей может привести не только к моральным неудобствам, но нанести ущерб жизни, здоровья не говоря о колоссальных экономических потерях. Обеспечить бесперебойную подачу электроэнергии можно с помощью питания потребителей от двух источников одновременно. Но при данной схеме существует ряд проблем:

- Высокие токи короткого замыкания.

- Большие потери энергии в питающих трансформаторах.

- Трудности с подбором одного режима работы системы.

- Сложная релейная защита.

- Сложность с осуществлением параллельной работы источников электроэнергии.

В высоковольтных сетях в качестве измерительного прибора используют реле минимального напряжения, подключаемые с помощью трансформатора напряжения к определенным участкам сети. Реле посылает сигал на АВР только в случае снижения напряжения на участке, но этого недостаточно для начала работы АВР. Необходим ряд условий:

- на подключенном участке не должно быть короткого замыкания.

- должен быть включен вводный выключатель.

- на участке, с которого планируется взять питание, присутствует напряжение.

В качестве измерительного и пускового органа в низковольтных сетях используют магнитные пускатели. А также специально созданные микропроцессорные контроллеры. Схемы автоматического включения резерва необходимы в сетях питания потребителей 1 и 2 категории. Выключатели нагрузки QS1и QS2 включены. Питание получает контактор КМ, нормально разомкнутые контакт КМ замыкается, а нормально замкнутый контакт КМ размыкается.

В свою очередь нормально разомкнутый контакт КМ15 замыкается, и на щите мы видим горящую зеленую лампочку HLG. Питание подается на автоматический выключатель QF и к потребителю. При сбое в работе основного ввода прекращается подача напряжения на контактор КМ (QS1 выключается) нормально разомкнутые контакты КМ, КМ15 размыкаются, зеленая лампочка гаснет. В этот момент нормально замкнутые контакты контактора КМ размыкаются.

Затем через автоматический выключатель QF, ток поступает к потребителю, при этом загорается зелёная лампочка HLG.

При отсутствии напряжения на основном источнике катушка контактора КМ остается без питания, все контакты контактора КМ возвращаются в свое первоначальное положение, а к потребителю ток поступает уже через резервный источник L21 и загорается красная лампочка HLR.

2. Повреждения и ненормальные режимы работы трансформатора

К повреждениям трансформаторов относят:

междуфазные к.з. на выводах и в обмотках (последние возникают гораздо реже, чем первые);

однофазные к.з. (на землю и между витками обмотки, т. е. витковые замыкания);

«пожар стали» сердечника.

К ненормальным режимам относятся:

перегрузки, вызванные отключением, например, одного из параллельно работающих трансформаторов. Токи перегрузки относительно невелики, и поэтому допускается перегрузка в течение времени, определяемого кратностью тока перегрузки по отношению к номинальному;

возникновение токов при внешних к. з., представляющих собой опасность в основном из-за их теплового действия на обмотки трансформатора, поскольку эти токи могут существенно превосходить номинальные. Длительное прохождение тока внешнего к. з. может возникнуть при неотключившемся повреждении на отходящем от трансформатора присоединении;

недопустимое понижение уровня масла, вызываемое значительным понижением температуры я другими причинами.

Повреждения и ненормальные режимы работы предъявляют определенные требования к устройствам автоматического управления трансформаторами, рассматриваемые ниже.

3. Виды автоматических устройств трансформатора

На трансформаторах устанавливаются следующие защиты:

защита от коротких замыканий, действующая на отключение поврежденного трансформатора и выполняемая без выдержки времени (для ограничения размеров повреждения, а также для предотвращения нарушения бесперебойной работы питающей энергосистемы). Для защиты мощных трансформаторов применяются продольные дифференциальные токовые защиты, а для маломощных трансформаторов -- токовые защиты со ступенчатой характеристикой выдержки временя. Кроме того, при всех повреждениях внутри бака и понижениях уровня масла применяется газовая защита, работающая на неэлектрическом принципе;

защита, от токов внешних к. з., основное назначение которой заключается в предотвращении длительного прохождения токов к. з. в случае отказа выключателей или защит смежных элементов путем отключения трансформатора. Кроме того, защита может работать в качестве основной (на трансформаторах малой модности, а также при к. з. на шинах, если отсутствует специальная защита шин). Защиты от внешних к. з. обычно выполняются токовыми или (значительно реже) дистанционными -- с выдержками времени;

защита от перегрузок, выполняемая с помощью одного максимального реле тока, поскольку перегрузка обычно является симметричным режимом. Поскольку перегрузка допустима в течение длительного промежутка времени (десятки минут при токе не больше 1,5Iт,ном), то защита от перегрузки при наличии дежурного персонала должна выполняться с действием на сигнал, а при отсутствии персонала -- на разгрузку или на отключение трансформатора.

На трансформаторах предусматриваются следующие устройства автоматики:

автоматическое повторное включение, предназначенное для повторного включения трансформатора после его отключения максимальной токовой защитой. Требования к АПВ (автоматическое повторное включение) и способы его осуществления аналогичны рассмотренным ранее устройствам АПВ линий. Основная особенность заключается в запрещении действия АПВ трансформаторов при внутренних повреждениях, которые.отключаются дифференциальной или газовой защитой;

автоматическое включение резервного трансформатора, предназначенное для автоматического включения секционного выключателя при аварийном отключении одного из работающих трансформаторов или при потере питания одной из секций по другим причинам;

автоматическое отключение и включение одного из параллельно работающих трансформаторов, предназначенное для уменьшения суммарных потерь электроэнергии в трансформаторах;

автоматическое регулирование напряжения, предназначенное для обеспечения необходимого качества электроэнергии у потребителей путем изменения коэффициента n трансформации понижающих трансформаторов подстанций, питающих распределительную сеть. Для изменения n под нагрузкой трансформаторы оборудуются устройствами РПН (регулятором переключения отпаек обмотки трансформатора под нагрузкой). Автоматическое изменение n осуществляется специальным регулятором коэффициента трансформации (АРКТ), воздействующим на РПН.

4. Назначение устройств автоматического включения резерва

В системах электроснабжения потребителей источники питания резервируют. Различают нагруженный, ненагруженный и облегченный резервы.

Нагруженный резерв имеет место при кольцевом двустороннем электропитании электрических сетей и параллельной работе силовых трансформа­торов, т. е. утяжеляются условия работы аппаратуры из-за увеличения токов короткого замыкания и усложняется релейная защита.

Ненагруженный и облегченный резервы используют при одностороннем электроснабжении. Если резерв не нагружен, то один источник питания (рабочий) - нормально включен, а другой (резервный) - отключен. Резерв­ное оборудование простаивает, а при отключениях рабочего источника происходит вынужденный перерыв в электроснабжении. Такой способ резервирования иногда оказывается целесообразным, так как позволяет снизить токи короткого замыкания, потери мощности в трансформаторах при их недогрузке, упростить релейную защиту, создать необходимый режим по напряжению, перетокам мощности и т. д.

При облегченном резерве оба источника включены и нагрузка делится между ними примерно поровну; потребители подключены к двум секциям шин. В случае отключения одного из источников кратковременно теряется питание только некоторых потребителей, а после автоматического включения секционного выключателя электроснабжение восстанавливается, и все потребители получают энергию от одного источника. При двух и более источниках восстановление электропитания достигается методом замещения.

Если электроснабжение одностороннее, то аварийное отключение рабочего источника приводит к прекращению питания потребителей. Применение устройств автоматического включения резерва (АВР) позволяет сделать перерыв питания практически незаметным для потребителей. Устройства АВР должны удовлетворять следующим требованиям:

приходить в действие при исчезновении напряжения на шинах потребителей по любой причине, в том числе и при аварийном, ошибочном или самопроизвольном отключении выключателей рабочего источника питания, а также при исчезновении напряжения на шинах, питающих рабочий источник;

с заданной выдержкой времени включать резервный источник питания после отключения рабочего источника;

осуществлять однократное включение резерва, т. е. не допускать не­скольких включений резервного источника на не устранившееся короткое замыкание. Действие АВР может быть многократным, если резервный источник включается вследствие исчезновения напряжения питания рабочего источника. При восстановлении напряжения резервный источник автоматически отключается, а рабочий - включается;

не приходить в действие до отключения выключателя рабочего источника; это предотвращает короткое замыкание резервного источника при не отключившемся рабочем источнике. Выполнение этого требования в ряде случаев исключает несинхронное включение двух источников питания.

Для того чтобы устройство АВР действовало при исчезновении напря­жения на шинах, питающих рабочий источник, когда его выключатель оста­ется включенным, его дополняют специальным пусковым органом минималь­ного напряжения. Быстрое отключение резервного источника при его включении на не устранившееся короткое замыкание обеспечивается ускорением действия защиты резервного источника после АВР.

Устройства АВР устанавливают на всех источниках питания собственных нужд электростанций и подстанций, на силовых трансформаторах, шиносоединительных и секционных выключателях подстанций, на транзитных линиях, работающих нормально с разомкнутым транзитом, в распределительных сетях низкого напряжения.

Размещено на http://www.allbest.ru/

5. Автоматическое включение аварийного источника питания при отключении трансформатора

трансформатор автоматический включение резерв

На подстанциях широкое распространение получили устройства автоматического включения секционного выключателя С В при исчезновении питания на одной из секций шин низшего напряжения.

Схема АВР СВ, выполненная с помощью реле РПВ-358, представлена на рис. 8. Пуск АВР осуществляется при соблюдении следующих условий: несоответствие положения ключа управления (фиксируемого с помощью реле 1РПФ, обмотки которого не показаны и выключателя 1В (фиксируемого с помощью реле РПО, срабатывающего при отключении выключателя). При этом подается «минус» на зажим 5 комплектного устройства РПВ-358 и происходит срабатывание АВР. Действие АВР контролируется замыкающим контактом реле 2РПФ, который замыкается в случае срабатывания защиты от внутренних повреждений в трансформаторе или защиты от потери питания.

Предусмотрена аналогичная цепь пуска АВР и при отключении трансформатора Т2, питающего вторую секцию подстанции IIс-. Цепь пуска АВР контролируется также размыкающим контактом РПФ, который замкнут при отключенном СВ.

Двухпозиционное реле РПФ срабатывает и переключает свои контакты при отключении СВ ключом управления КУ (фиксируя тем самым отключенное положение выключателя) и при включении выключателя по любой причине от контактов электромагнита включения СВ (фиксируя включенное положение выключателя).

В рассматриваемой схеме АВР предусмотрен также - контроль отсутствия напряжения на резервируемой секции шин, который осуществляется последовательно включенными размыкающими контактами реле минимального напряжения 1РН и 2РН, подающими «плюс» на зажим 6 комплектного устройства РПВ-358. Контроль отсутствия напряжения необходим для предотвращения несинхронного включения резервного источника питания на остаточное напряжение тормозящихся крупных синхронных. или асинхронных двигателей. Затухание э. д. с. синхронного электродвигателя при неотключенном возбуждении будет происходить по мере уменьшения частоты вращения, а при гашении поля - по мере уменьшения тока в обмотке возбуждения.

Пуск АВР при исчезновении напряжения, на секциях шин, когда выключатель питающего трансформатора останется включенным, с помощью минимальных реле напряжения может оказаться неэффективным, поскольку синхронные двигатели и конденсаторные батареи могут длительно поддерживать остаточное напряжение на шинах, потерявших питание. Поэтому в рассматриваемой схеме пусковой орган АВР дополнен устройством, реагирующим на снижение частоты и изменение направления активной мощности. Этот пусковой орган срабатывает при снижений частоты, если активная мощность через питающую линию или трансформатор стала равной нулю или изменила направление.

Устройство состоит из реле частоты РЧ, промежуточных реле РПЧ и РПМ, реле направления мощности 1РМ, 2РМ и реле времени РВ.

К реле мощности подводятся линейное напряжение и ток отстающей фазы: Ubc и --Iс; Uca и --Ia. При таком включении и внутреннем угле, равном 30°, реле имеет положительный момент при направлении активной мощности к шинам и отрицательный -- при направлении активной мощности от шин; реле подключается таким образом, чтобы при направлении мощности к потребителю контакты его были замкнуты. Необходимость двух реле направления мощности объясняется тем, что при двухфазном к. з. за трансформатором одно из реле может сработать 'неправильно. Уставка срабатывания по частоте реле РЧ принимается равной 48--48,5 Гц. Для облегчения работы контактов реле направления мощности и уменьшения нагрузки на трансформатор напряжения напряжение на обмотки реле мощности подается после снижения частоты. Если срабатывание реле частоты будет обусловлено снижением частоты в энергосистеме, контакты РЧ замкнутся, сработает реле РПЧ, а реле времени (с уставкой 0,3--0,5 с) не сработает, так как контакты реле РПМ останутся разомкнутыми (мощность направлена к шинам, и контакты 1РМ и 2РМ замкнуты).

Если срабатывание реле РЧ произойдет вследствие затухания напряжения на шинах подстанции при потере питания, контакты реле направления мощности останутся разомкнутыми и реле времени сработает.

Запрет АВР осуществляется подачей «плюса» на зажим 8 от замыкающего контакта РПФ, который замкнут при включенном СВ.

Важно отметить, что" устройство АВР СВ должно работать только при потере питания (отключении питающей линии) и при внутренних повреждениях трансформатора. В остальных случаях отключения выключателя на низшей стороне трансформатора (от токовых защит) должно работать АПВ шин низшего напряжения путем повторного включения основного источника (трансформатора). Такое разграничение действия устройств АПВ и АВР СВ вызвано тем, что при включении секционного выключателя на к. з. имеется опасность отключения второго трансформатора и полного обесточения потребителя (при отказе защиты секционного выключателя или неисправности самого выключателя). Для реализации указанного сочетания действия устройств АПВ и АВР СВ в схемах защиты трансформатора устанавливается специальное реле 2РПФ, запоминающее работу защит от внутренних повреждений и потери питания.

В отдельных случаях запрещается работа устройства АВР при наличии замыкания на землю в резервируемой или резервирующей сети из-за опасения повышенной вероятности перекрытия другой фазы вследствие коммутационных перенапряжений в момент включения СВ. При этом может возникнуть двойное замыкание на землю - одно на резервирующей части сети, другое -- на резервируемой. Действие АВР должно также запрещаться, если основной источник питания будет отключен от АЧР.

6. Устройство защитного отключения

Устройство защитного отключения (сокр. УЗО; более точное название: устройство защитного отключения, управляемое дифференциальным (остаточным) током, сокр. УЗО?Д) -- механический коммутационный аппарат или совокупность элементов, которые при достижении (превышении) дифференциальным током заданного значения при определённых условиях эксплуатации должны вызвать размыкание контактов. Может состоять из различных отдельных элементов, предназначенных для обнаружения, измерения (сравнения с заданной величиной) дифференциального тока и замыкания и размыкания электрической цепи (разъединителя).

Основная задача УЗО -- защита человека от поражения электрическим током и от возникновения пожара, вызванного утечкой тока через изношенную изоляцию проводов и некачественные соединения.

Широкое применение также получили комбинированные устройства, совмещающие в себе УЗО и устройство защиты от сверхтока, такие устройства называются УЗО?Д со встроенной защитой от сверхтоков, либо просто дифф-автомат

УЗО предназначены для:

Защиты человека от поражения электрическим током при косвенном прикосновении (прикосновение человека к открытым проводящим нетоковедущим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением в случае повреждения изоляции), а также при непосредственном прикосновении (прикосновение человека к токоведущим частям электроустановки, находящимся под напряжением). Данную функцию обеспечивают УЗО соответствующей чувствительности (ток отсечки не более 30 мА). Предотвращения возгораний при возникновении токов утечки на корпус или на землю.

Планируя электромонтажные работы по установке УЗО, необходимо руководствоваться следующими рекомендациями:

1.Суммарный ток утечки всей сети с учетом всех потребителей в штатном режиме работы не должен превышать 1/ 3 номинального тока срабатывания УЗО. Выбор УЗО должен осуществляться из расчета 0,3 мА на 1А тока нагрузки и 10 мкА на 1 метр длины проводника.

2. Необходимо применять только те УЗО, которые обеспечивают при их срабатывании отключение рабочих проводников фазы и нуля, последний при этом может не иметь защиты от сверхтока.

3. Нулевой рабочий провод не должен иметь контакта с нулевым проводом заземления и заземленными элементами на участке, где действует УЗО.

4. Необходимо чтобы УЗО сохраняло свои рабочие характеристики в течении не более 5-и сек. при падении напряжения в питающей сети до половины от номинального значения. Подобный режим характерен для коротких замыканий на период срабатывания АВР.

5. Качество изготовления УЗО и его монтаж должны гарантировать надежную коммутацию рабочих цепей, учитывая возможные перегрузки.

6.При выборе устройства защитного отключения следует остановить свой выбор на УЗО, представляющих собой конструктивно единое целое с АВ (автоматический выключатель), который обеспечивает защиту от сверхтока.

7. Как правило, установка УЗО необходима в сетях, имеющих штепсельные розетки.

8. В помещениях, имеющих повышенную влажность (ванные, душевые и т.п.), которые получают напряжение по отдельной линии, рекомендовано использовать УЗО с током срабатывания величиной до 10 мА. Если одной линией соединены кухня, коридор и ванная комната, то возможно применение УЗО с током срабатывания до 30 мА.

9. Также необходимо учитывать требования подключения УЗО, так как они определяют из какого материала (медь, алюминий) должны быть изготовлены жилы, подключаемых проводов и кабелей.

Список литературы

1. Правила устройства электроустановок Минэнерго СССР. 6-е издание М.: Энергоатомиздат, 2010.-648 с.

2. Андреев В. А. Релейная защита, автоматика и телемеханика в системах электроснабжения: Учебник для студентов вузов спец. «Электроснабжение промышленных предприятий, городов и сельского хозяйства». - 2-е изд., перераб. и доп.-М.: Высшая школа, 2009.-391 с.

3. Кривенков В.В., Новелла В.Н. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учебн. пособие для вузов. -М.: Энергоиздат, 2010.-328 с.

4. Шабад М. А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. - 3-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоиздат, Ленинградское отделение, 2011.-296 с.

5. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 13Б. Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110-500 кВ: Расчёты. - М.: Энергоатомиздат, 2011.-96 с.

6. Шабад М. А. Защита трансформаторов распределительных сетей. Л.: Энергоиздат, Ленинградское отделение, 2010.-136 с.

7. Реле защиты / Алексеев В. С. и др. - М.: Энергия, 2009.-464 с.

8. Сыромятников И. А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей / Под ред. Л. Г. Мамиконянца. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 2010.-240 с.

9. М. А. Беркович, А. Н. Комаров, В. А. Семенов. Основы автоматики энергосистем. - М.: Энергоиздат, 2011.-432 с.

10. М. А. Беркович, В. В. Молчанов, В. А. Семенов. Основы техники релейной защиты. - 6-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоиздат, 2009.-376 с.

11. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 13А. Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110-500 кВ: Схемы. - М.: Энергоатомиздат, 2009.-112 с.

Размещено на Allbest.ru