Релейная защита как часть общего комплекса автоматизации электрической системы

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Общие сведения

Релейная защита как часть общего комплекса автоматизации электрической системы

Среди устройств автоматизации энергетического производства важную роль играют релейная защита и тесно связанные с ней устройства для автоматического включения резервных источников питания, автоматического повторного включения элементов системы после их аварийного отключения (линий, шин, трансформаторов) и автоматической разгрузки системы при дефиците мощности. Этот комплекс устройств объединяют под общим названием «Релейная защита и системная автоматик а».

Устройства релейной защиты выполняют из реле, соединенных по определенным электрическим схемам.

Реле -- это электрический аппарат, который при создании определенных условий питания срабатывает и выполняет необходимые операции в схемах защиты, автоматики и сигнализалции. При восстановлении первоначальных условий питания реле возвращается в исходное состояние.

Повреждение или ненормальный режим работы защищаемого элемента вызывает срабатывание или возврат различных реле, входящих в устройство релейной защиты, в результате чего срабатывает защита в целом и действует на отключение выключателей поврежденного элемента или на включение сигнализации, предупреждающей персонал о нарушении нормального режима элемента.

Устройства релейной защиты должны удовлетворять следующим основным требованиям:

1. Быстрота действия защиты. Поврежденный элемент системы должен быть отключен возможно быстрее в целях уменьшения размеров повреждения и длительности аварийного режима, а также сохранения устойчивой работы источников питания и потребителей электроэнергии.

2. Селективность действия защиты. Селективным называют такое действие защиты, при котором поврежденный элемент системы отключается от источников питания ближайшими к нему выключателями. При неселективном действии защиты отключаются выключатели неповрежденных соседних элементов.

Соблюдение условия селективности действия защиты в ряде случаев приводит к увеличению времени их действия, т. е, к нарушению первого требования. Какому из них следует отдать предпочтение, решают в каждом конкретном случае, исходя из условий работы системы в целом.

3. Надежность действия защиты. Удовлетворение этого требования в большой степени зависит от качества реле и аппаратов, входящих в схему защиты и от ее сложности. Наиболее надежны простые защиты, использующие наименьшее число различных реле при наиболее простом их взаимодействии, обеспечивающем наименьшее число последовательных операций при действии защиты. В целях упрощения защит не следует при их выполнении учитывать маловероятные повреждения.

Кроме основных защит, часто предусматривают также резервные защиты, обеспечивающие отключение поврежденных элементов при отказе их основных защит или выключателей, в последнем случае путем отключения ближайших соседних элементов.

4. Чувствительность защиты. Защиты должны реагировать на возникающие в системе повреждения и ненормальные режимы даже, когда величины, на которые реагирует защита (ток, напряжение, их отношение), меняются в сторону, неблагоприятную для действия защиты. Чувствительность тех Али иных схем защиты является критерием их пригодности. Для оценки чувствительности служит коэффициент чувствительности--отношение расчетного значения электрической величины, на которую реагирует защита, к ее значению при срабатывании.

б) Аппараты и схемы устройств релейной защиты

Устройства релейной защиты выполняют в большинстве случаев с помощью реле переменного тока, которые получают информацию о состоянии защищаемого элемента и срабатывают при его повреждении или нарушении установленного для него режима.

В релейной защите широко применяют р е- ле тока и реле напряжения, реагирующие соответственно на изменение тока и напряжения, и реле направления мощности, реагирующие на изменение

фазного соотношения между током и напряжением, подведенным к реле. Реле срабатывает, когда меняется знак мощности в защищаемом объекте.

Достаточно широко применяют реле сопротивления, реагирующие на изменение соотношения между напряжением и током.

Реле переменного тока выполняют на принципах, принятых в электроизмерительной технике-- электромагнитном, индукционном, индукционно-динамическом н с использованием выпрямленных токов и напряжений. Наиболее распространены электромагнитные и индукционные реле.

Реле переменного тока подразделяют на первичные и вторичные реле, а также на реле прямого и косвенного действия (рис. 15-1).

Первичные реле, обычно реле тока или напряжения, предназначены для включения непосредственно на ток или напряжение первичной цепи защищаемого элемента (рис. 15-1,6? и б).

Вторичное реле рассчитаны на питание от вторичных обмоток измерительных трансформаторов (рис. 15-1,в--д).

Реле прямого действия, также обычно реле тока или напряжения, применяют в приводах выключателей, где они действуют непосредственно на их механизм свободного расцепления (см. гл. 12).

Реле прямого действия могут быть первичными и вторичными.

Реле косвенного действия своими контактами коммутируют оперативные цепи, осуществляя действие защиты на отключение выключателя или сигнал (реле тока РТ на рис. 15-1, д). Наиболее распространены

в устройствах релейной защиты -- реле переменного тока всех ранее упомянутых видов, выполненные как вторичные реле косвенного действия.

В схемах защиты применяют также разного рода вспомогательные реле, обеспечивающие определенную логическую последовательность действия устройств защиты в целом -- реле времени и промежуточные реле (реле РП на рис. 15-1,д). Эти реле, как правило, выполняют на электромагнитном принципе.

В последнее время начали применять новые схемы защиты, использующие линейные и нелинейные ферромагнитные элементы, выпрямители, фазочувствительные схемы, полупроводниковые приборы и усилители, т. е. аппараты радиоэлектроники, импульсной и счетной техники. Такие релейные устройства при повреждении защищаемого элемента изменяют свое состояние на выходных зажимах, что соответствует срабатыванию защиты. Для фиксации их срабатывания используют весьма чувствительные поляризованные и магнитоэлектрические реле, которые своими контактами коммутируют соответствующие оперативные цепи.

Схемы защиты выполняют в условных обозначениях, установленных ГОСТ 7624-55, наиболее употребительные из которых приведены в табл. П-1.

Каждая схема защиты содержит две основные группы электрических цепей: цепи переменного тока, соединяющие реле защиты с источниками информации о состоянии защищаемого элемента, и оперативные цепи, создающие логическую последовательность операций при срабатывании защиты. Во второй группе цепей находятся контакты реле переменного тока, коммутирующие отдельные цепи и вспомогательные реле.

Схемы релейной защиты, как и любые другие схемы автоматики и вторичных цепей, можно выполнять в совмещенном (свернутом) и развернутом виде. В совмещенных схемах (рис. 15-2,с) реле рассматривается как единое целое и к нему подводятся цепи переменного и оперативного тока. Контакты

Рис. 15-2. Примеры изображения схем максимальной токовой защиты.

а -- совмещенная схема; б -- развернутая схема.

± 1 -- плюс и минус источника оперативного тока от предохранителей, питающих цепи управления выключателя В-1\ -ь С -- плюс оперативного тока цепей сигнализации; РТ -- реле тока; РВ -- реле времени; РУ -- указательное (сигнальное) реле; 30-- электромагнит отключения привода выключателя; БК -- блок-контакты привода выключателя.

реле размещают в его верхней части и изображают в нормальном состоянии, в каком они находятся в неоживленном реле. Замкнутые контакты называют размыкающими, а разомкнутые -- замыкающими.

В развернутых схемах (рис. 15-2,6) цепи размещают отдельно в зависимости от той функции, которую они выполняют. В эти цепи входят элементы различных реле вне зависимости от их выполнения. Развернутые схемы легко читаются, поэтому ими обычно пользуются при сложных схемах защиты и автоматики. Их недостаток состоит в том, что они не дают наглядного представления о числе реле, входящих в схему, поэтому дополнительно к развернутой схеме обычно дают условные изображения реле, входящих в комплект защиты, как это показано справа на рис. 15-2,6 (поясняющая схема).

В схемах защиты вторичные реле переменного тока получают информацию о состоянии

Рис. 15-3. Выбор

допустимой нагрузки на трансформатор тока по его кривым 10%-ной погрешности и по расчетной кратности тока короткого замыкания /прасч-

Рис. 15-4. Условные обозначения трансформаторов тока и одноименных зажимов их обмоток.

Л, дифференциальных защит обычно используют' трансформаторы тока с сердечниками типа Д.

При выполнении схем защиты необходимо знать «полярные» соотношения между зажимами первичной и вторичной обмоток измерительных трансформаторов, что обеспечивается соответствующей маркировкой зажимов трансформаторов (рис. 15-4).

Рис. 15-5. Условные положительные направления в первичной и вторичной обмотках трансформаторов тока.

защищаемого элемента от соответствующих измерительных трансформаторов тока и напряжения, основные сведения о которых приведены в § 12-10. Здесь дополнительно укажем на некоторые особенности режимов их работы в схемах релейной защиты.

Трансформаторы тока в устройствах релейной защиты работают при значительных величинах токов, протекающих через них при повреждении защищаемого элемента. Возникающие при этих токах погрешности искажают информацию, получаемую защитой, что может привести к неправильному ее действию. Поэтому во всех случаях погрешности трансформаторов тока не должны превосходить 10% по току и 7° по углу. Из этих условий выбирают трансформаторы тока и их нагрузку, как это показано на рис. 15-3, используя приводимые в каталогах кривые

л* = /(*»),

где m = j-M-ai:c кратность тока, протекаю- т.но м щего через трансформатор тока;

z3 -- допустимая нагрузка, ом.

Для некоторых типов защит заводы подбирают и маркируют комплекты трансформаторов тока, имеющих специальные обмотки, предназначенные для данных защит. Так, для

В схемах защиты принимают условные положительные направления токов в обмотках трансформатора тока, показанные на рис. 15-5. В этом случае ток в реле совпадает по направлению с первичным током и при построении векторных диаграмм первичные и вторичные токи имеют одно направление, что весьма наглядно.

Для защиты применяют те же типы трансформаторов напряжения и те же схемы их соединений, как и для электрических измерений (см. § 12-10). Обмотки трансформаторов напряжения маркируют так же, как и обмотки силовых трансформаторов (рис. 12-72).

Трансформаторы напряжения предназначены для получения информации о напряжении на защищаемом элементе. Однако в целях экономии их не устанавливают на всех защищаемых элементах, а используют трансформаторы напряжения, установленные на сборных шинах, к которым подключен данный элемент. Исключение составляют генераторы, а иногда и повышающие трансформаторы.

Оперативные цепи защит, выполненных с реле косвенного действия, а также оперативные цепи дистанционного и автоматического управления элементами станций и подстанций питают от специальных источников электрической энергии, носящих наименование источников оперативного тока.

На электрических станциях и крупных подстанциях обычно применяют централизованное питание оперативных цепей постоянным током от аккумуляторных батарей. В электроустановках небольшой и средней мощности применяют переменный оперативный ток с использованием в качестве источников тока трансформаторов тока и напряжения защищаемых элементов и источников питания собственных нужд. Применение переменного оперативного тока позволяет создать децентрализованное питание оперативных цепей, что существенно упрощает и удешевляет электроустановки и, как правило, повышает надежность их работы. В некоторых случаях для питания

Рис. 15-3. Выбор

допустимой нагрузки на трансформатор тока по его кривым 10%-ной погрешности и по расчетной кратности тока короткого замыкания трасч.

Рис. 15-5. Условные положительные направления в первичной и вторичной обмотках трансформаторов тока.

защищаемого элемента от соответствующих измерительных трансформаторов тока и напряжения, основные сведения о которых приведены в § 12-10. Здесь дополнительно укажем на некоторые особенности режимов их работы в схемах релейной защиты.

Трансформаторы тока в устройствах релейной защиты работают при значительных величинах токов, протекающих через них при повреждении защищаемого элемента. Возникающие при этих токах погрешности искажают информацию, получаемую защитой, что может привести к неправильному ее действию. Поэтому во всех случаях погрешности трансформаторов тока не должны превосходить 10% по току и 7° по углу. Из этих условий выбирают трансформаторы тока и их нагрузку, как это показано на рис. 15-3, используя приводимые в каталогах кривые m = f (zs),

z2 -- допустимая нагрузка, ом.

Для некоторых типов защит заводы подбирают и маркируют комплекты трансформаторов тока, имеющих специальные обмотки, предназначенные для данных защит. Так, для

дифференциальных защит обычно используют трансформаторы тока с сердечниками типа Д.

При выполнении схем защиты необходимо знать «полярные» соотношения между зажимами первичной и вторичной обмоток измерительных трансформаторов, что обеспечивается соответствующей маркировкой зажимов трансформаторов (рис. 15-4).

В схемах защиты принимают условные положительные направления токов в обмотках трансформатора тока, показанные на рис. 15-5. В этом случае ток в реле совпадает по направлению с первичным током и при построении векторных диаграмм перЕичные и вторичные токи имеют одно направление, что весьма наглядно.

Для защиты применяют те же типы трансформаторов напряжения и те же схемы их соединений, как и для электрических измерений (см. § 12-10). Обмотки трансформаторов напряжения маркируют так же, как и обмотки силовых трансформаторов (рис. 12-72).

Трансформаторы напряжения предназначены для получения информации о напряжении на защищаемом элементе. Однако в целях экономии их не устанавливают на всех защищаемых элементах, а используют трансформаторы напряжения, установленные на сборных шинах, к которым подключен данный элемент. Исключение составляют генераторы, а иногда и повышающие трансформаторы.

Оперативные цепи защит, выполненных с реле косвенного действия, а также оперативные цепи дистанционного и автоматического управления элементами станций и подстанций питают от специальных источников электрической энергии, носящих наименование источников оперативного тока.

На электрических станциях и крупных подстанциях обычно применяют централизованное питание оперативных цепей постоянным током от аккумуляторных батарей. В электроустановках небольшой и средней мощности применяют переменный оперативный ток с использованием в качестве источников тока трансформаторов тока и напряжения защищаемых элементов и источников питания собственных нужд. Применение переменного оперативного тока позволяет создать децентрализованное питание оперативных цепей, что существенно упрощает и удешевляет электроустановки и, как правило, повышает надежность их работы. В некоторых случаях для питания

Оперативных цепей используют выпрямительные установки или источники энергии в виде батарей конденсаторов.

Практическое занятие.

Решение задач по теме [2]; Гл1.

Задание по СРС.

· Ответы на контрольные вопросы [1]; Гл1, §1.1.

· Решение задач по [2]; Гл1.

Занятие по КМРО.

Спрашивать и анализировать вопросы по СРС по модулю №1.

2. Защита электрических двигателей

Основными повреждениями и ненормальными режимами электродвигателей являются:

1) междуфазные повреждения в обмотке статора, на выводах и в питающих кабелях и проводах;

2) однофазные замыкания на землю (корпус) в обмотке статора;

3) витковые замыкания в одной фазе статора;

4) перегрев двигателя токами, превышающими номинальные.

У синхронных двигателей возможно появление замыканий на землю в цепи возбуждения, а также выпадение двигателя из синхронизма.

б) Защита электродвигателей от междуфазных повреждений

Для защиты двигателей от междуфазных повреждений применяют плавкие предохранители, автоматы с максимальными расцепш;.з- лями и токовые защиты, выполненные первичными и вторичными реле тока прямого дейсг-

Рис, 15-68. Схема защиты от коротких замыка- ний и замыканий на землю двигателя, отключаемого при самозапу- ске, выполненная на оперативном постоянном токе с реле ЭТ-520,



Рис. 15-69. Схема защиты от коротких замыканий и сигнализации перегрузок двигателя, выполненная с реле типа РТ-84.

вия и вторичными реле тока на оперативном переменном и постоянном токе. Наиболее широко применяют токовые отсечки без выдержки времени, отстроенные от пусковых током двигателей.

Для защиты высоковольтных двигателей, работающих в электросетях напряжением до 10 кв включительно, используют двухфазные схемы (рис. 15-68). Трансформаторы тока защиты устанавливают вблизи выключателей в целях включения в зону защиты не только двигателя, но и питающего его кабеля.

Защиту выполняют с одним реле РТИ, включенным на разность токов двух фаз. Лишь для мощных двигателей с большими пусковыми токами, когда однорелейная зашита не удовлетворяет требованию чувствительности, применяют двухрелейную схему (рис. 15-69).

В качестве вторичных реле косвенного действия применяют реле тока ЭТ-520 и РТ-80. Последние применяют на двигателях, подверженных перегрузкам, так как они содержат элементы тс^ка с ограниченно зависимой выдержкой времени действия, а также токовую отсечку.

Реле типа РТ-80 используют также при применении оперативного переменного тока (рис. 15-70 и 15-71), так как контактная система этого реле обеспечивает применение схем с дешунтировкой (см. § 15-2).

Ток срабатывания защиты определяют по формуле

Ј„ -- коэффициент надежности; для реле типа ЭТ-520 Ј„=1,2, для отсечки реле РТ-80 и реле прямого действия ввиду плохого коэффициента возврата этих реле следует учитывать апериодическую составляющую в пусковом токе, принимая Ј„=2,2.

На мощных двигателях 2 ООО кет и более, в первую очередь у синхронных двигателей, в случае недостаточной чувствительности токовой отсечки при наличии шести выводов ста- 1в*

торной обмотки применяют продольную дифференциальную защиту с током срабатывания 7с.з= (1,5 = 2)/дНОМ,

На синхронных двигателях для резервирования дифференциальной защиты применяют максимальную токовую защиту с независимой выдержкой времени аналогично тому, как это осуществляется на генераторах (см. § 15-8).

Защита электродвигателей плавкими предохранителями и автоматами рассмотрена в гл. 3.

Рис. 15-70. Схема защиты двигателя от коротких замыканий и перегрузок на оперативном переменном токе с реле типа РТ-80.

в) Защита электродвигателей

от замыканий на землю

В электросетях с токами замыкания на землю более 10 а на электродвигателях устанавливают токовую защиту нулевой последовательности (реле РТ-2) (рис. 15-68), как и на кабельных линиях (см. § 15-2). В случае применения оперативного переменного тока для этой защиты в качестве источника питания следует использовать трансформатор напряжения, так как токовые схемы непригодны ввиду малой величины тока замыкания на землю (рис. 15-71).

Рис. 15-71. Схема защиты от коротких замыканий и перегрузок с реле типа РТ-80 и замыканий на землю на оперативном переменном токе.

Защиту от замыканий на землю мощных синхронных двигателей с несколькими питающими кабелями можно выполнять аналогично защите генератора (см. § 15-8,в).

г) Защита электродвигателей от перегрузок (перегревов)

Перегрузка двигателей приводит к их перегреву и ускоренному старению изоляции об

Рис. 15-72. Примерные характеристики допустимой длительности перегрузки электродвигателей (1) и времени срабатывания реле типа РТ-80 (2).

моток; срок службы двигателей резко сокращается. Перегрузочная способность двигателя, т. е. допустимая длительность его перегрузки, зависит от типа и конструкции двигателя и отношения тока перегрузки к номинальному току двигателя. Примерный характер этой зависимости показывает кривая 1 на рис. 15-72.

Перегрузки электродвигателей вызываются технологическими перегрузками или повреждением механизмов, снижением частоты в питающей сети [уменьшается сопротивление обмоток двигателя), снижением напряжения сети (увеличивается скольжение двигателя) и разрывом цепи одной фазы обмотки статора двигателя, защищаемого плавкими предохранителями.

Защиту от перегрузок устанавливают лишь на двигателях, подверженных технологическим перегрузкам. Действует она на сигнал, а если это возможно, то на разгрузку двигателя.

Если технологическую перегрузку нельзя устранить без остановки двигателя, а также при невозможности самозапуска двигателя, защиту от перегрузки выполняют с действием на отключение.

Защита от перегрузок должна быть выполнена с использованием перегрузочной способности двигателя, поэтому время ее действия должно зависеть от кратности тока так же, как допустимое время перегрузки (рис. 15-72).

Наибольшее приближение к желательной зависимости имеет защита с тепловыми реле, реагирующими на количество тепла, выделившегося в реле под влиянием тока двигателя. Однако существующие конструкции тепловых реле мало надежны, сложны в эксплуатации и не стабильны в работе. Поэтому их применяют для защиты низковольтных двигателей.

В § 3-3 и 12-7 указывалось, что тепловые реле встраиваются в механизмы магнитных пускателей и автоматов.

При выполнении защиты от перегрузок используют реле тока типа РТ-80 с зависимой характеристикой (кривая 2 на рис. 15-72); как видно, она не вполне соответствует перегрузочной зависимости двигателя.

Защиту от перегрузок можно выполнить одним реле, однако, поскольку защита от перегрузки и защита от междуфазных повреждений выполняются одними и теми же реле, их число будет равным числу реле защиты от междуфазных повреждений (рис. 15-69). Ток срабатывания выбирают по номинальному току двигателя по формуле (15-6а).

Выдержку времени согласуют со временем пуска или самозапуска двигателей.

д) Защита минимального напряжения электродвигателей

В тех случаях, когда не все двигатели, питающиеся от какой-либо секции сборных шин, могут развернуться при самозапуске по причине чрезмерного снижения напряжения на их зажимах из-за протекания в питающей сети токов самозапуска, часть менее ответственных двигателей отключают. Отключаются также двигатели, которые не должны самозапускаться по причинам технологии производства и техники безопасности. Для таких двигателей применяют защиту минимального напряжения.

Для высоковольтных двигателей применяют групповую защиту (рис. 15-73) с двумя реле напряжения PH 1 и PH 2, включенными на различные междуфазные напряжения; контакты реле включены последовательно с двумя реле времени РВЗ и РВ 4 с разными уставками. Такое включение реле напряжения устраняет отключение двигателей при перего-

к РП защит двигателей рании предохранителя в цепи трансформатора напряжения, питающего защиту.

Одно реле времени предназначено для отключения с выдержкой времени 0,5 сек двигателей неответственных механизмов, а -второе-- для отключения с выдержкой времени 5-- 10 сек двигателей, для которых недопустим самозапуск.

На электродвигателях напряжением менее 1 ООО в защиту минимального напряжения выполняют при помощи магнитных пускателей.

Напряжение срабатывания реле напряжения принимают (0,5-ь0,6) Ј/пом.

Решение задач по теме [2]; Гл2.

Задание по СРС.

· Ответы на контрольные вопросы [1]; Гл2, §1.4.

· Решение задач по [2]; Гл2.

Занятие по КМРО.

Спрашивать и анализировать вопросы по СРС по модулю №2.

3. Защита сборных шин электрических установок

Тематический план занятий:

1. Цель занятия освоение защиты сборных шин подстанций [2]; Гл3, §1.8.

2. Составление схемы релейной защиты сборных шин [2]; Гл3, §1.9.

3. Выбор аппаратуры релейной зашиты [2]; Гл3, §2.

а) Общие сведения

Сборные шины электрических станций и подстанций выполняют весьма надежно, поэтому повреждения на них достаточно редки. Однако в практике все же бывают короткие замыкания на сборных шинах и при этом все присоединения лишаются питания.

Отключение поврежденных сборных шин или их секций может быть выполнено резервными защитами питающих элементов, как это показано на рис. 15-74, где для защиты секции сборных шин установки использованы резервные защиты источников питания и защита секционного выключателя (под источниками питания сборных шин следует понимать питающие Ашии, трансформаторы и генераторы). Такая защита шин наиболее проста и дешева, но имеет тот недостаток, что выдержка времени резервных защит элементов сетей обычно относительно велика. Поэтому поврежденные шины будут отключаться с большим

временем, что в мощных установках, особенно в сетях 35 кв и выше, может быть недопустимым из условий устойчивости работы системы. Значительное время отключения поврежденной секции сборных шин может быть нежелательным и из условий обеспечения бесперебойной работы потребителей других секций установок. Поэтому на сборных шинах станций и крупных подстанций устанавливают специальные быстродействующие защиты шин, выполняемые обычно на дифференциальном принципе.

б) Дифференциальная защита сборных шин

Сборные шины установок напряжением 35 кв и выше обычно имеют относительно малое число присоединений и для них можно применить обычную дифференциальную защиту с циркулирующими токами, устаповиз па всех присоединениях трансформаторы гока с одинаковым коэффициентом трансформации. Такую защиту применительно к защите шин называют полной дифференциальной защитой шин.

Сборные шины установок на генераторном напряжении имеют значительное число линий, питающих потребителей. Чтобы не ставить на каждом присоединении комплект трансформаторов тока для защиты и тем самым упростить и удешевить последнюю, ограничиваются установкой трансформаторов тока на питающих присоединениях. Такого рода защиту называют неполной дифференциальной защитой шин.

Принципиальная схема полной дифференциальной защиты показана на рис. 15-75.

Рис. 15-74 Принципиальная защита сборных шин с использованием резервных защит питающих элементов.



Рис. 15-75 Схема полной дифференциальной защиты шин с контролем цепи циркуляции.

Рис. 15-76. Схема неполной двухступенчатой дифференциальной защиты шин 6--10 кв

В сетях с большими токами замыкания на землю защиту выполняют трехфазной, а в сетях с малыми токами замыкания на землю -- двухфазной.

При внешних коротких замыканиях в цепи защиты протекает ток небаланса, обусловленный разностью токов намагничивания трансформаторов тока, через которые протекает весь ток короткого замыкания, и токов намагничивания трансформаторов тока на питающих элементах. Относительно большое число трансформаторов тока и возможная неидентичность их характеристик может обусловить большую величину тока небаланса, особенно, если учитывать апериодическую составляющую в этом токе. Чтобы уменьшить расчетное значение тока небаланса, для защиты применяют реле РНТ-562. Наличие разветвленной цепи циркуляции обусловливает повышенную возможность обрыва цепи в каком-либо комплекте трансформаторов тока. В результате обрыва в цепи защиты потечет ток этого элемента, на котором произошел обрыв, и при внешнем коротком замыкании защита может подействовать неселективно. Для сигнализации обрыва в цепи защиты установлено реле контроля РТ-4 (рис. 15-75), которое с некоторой выдержкой времени (реле РВ-6) выводит защиту из действия с помощью промежуточного реле РП-5.

Для замера тока в нулевом проводе служит прибор, нормально зашунтированный кнопкой.

Ток срабатывания дифференциальной защиты выбирают из следующих условий:

1) защита не должна действовать в нормальном режиме работы установки при обрыве в комплекте трансформаторов тока наиболее нагруженного элемента

А:.з == ^'н^раб.макс> (15-25)

где kB--l,2 --1,25 коэффициент надежности; ^раб.макс -- максимальный рабочий ток наиболее нагруженного присоединения;

2) защита должна быть отстроена от расчетного тока небаланса

Л;.а == ku 'Ащ.расч- (15-26)

Ток срабатывания реле контроля принимают I а из условия термической устойчивости реле.

Неполную дифференциальную защиту обычно выполняют двухступенчатой. Она является достаточно эффективной, когда на линиях без трансформаторов тока защиты установлены реакторы. Обычно в этих случаях выключатели линий выбирают по току короткого замыкания за реактором и защита реакторов возлагается на защиту шин.

Первая ступень защиты, выполненная реле тока РТ1 и РТ2 с током срабатывания, отстроенным от тока короткого замыкания за реакторами линий, без выдержки времени отключает все питающие элементы, кроме генератора. Такое выполнение защиты сохраняет питание потребителей секции при неселективном действии ее первой ступени

Вторая ступень защиты выполнена как максимальная токовая защита с реле РТЗ и РТ4 с током срабатывания, определенным по формуле П5-6а) при максимальном рабочем токе, равном сумме токов нагрузки линий, не имеющих трансформаторов тока. Выдержка времени реле РВ5 должна быть на ступень больше наибольшей выдержки времени максимальной токовой защиты линий.

Решение задач по теме [2]; Гл1.

Задание по СРС.

· Ответы на контрольные вопросы [2]; Гл3, §1.8.

· Решение задач по [2]; Гл2.

Занятие по КМРО.

Спрашивать и анализировать вопросы по СРС по модулю №3.

4. Автоматика энергосистем. Автоматическое включение резервных источников питания и электрооборудования

Тематический план занятий:

1. Цель занятия это освоение АВР [1]; Гл4, §2.1.

2. Составление принципиальной схемы АВР [1]; Гл4, §2.2.

3. Применение АВР в системе электроснабжения[1]; Гл4,§2.3.

Кроме неудобства в повседневной жизни, длительный перерыв в электропитании может привести к угрозе жизни и безопасности людей, материальному ущербу и другим, не менее серьезным последствиям.

Бесперебойное питание можно реализовать, осуществив электропитание каждого потребителя от двух источников одновременно. Для потребителей I категории так и делают, а иногда в качестве резерва используют дизель-генераторные установки. Однако подобная схема имеет ряд недостатков:

· электрический ток короткого замыкания при такой схеме гораздо выше, чем при раздельном питании потребителей;

· в питающих трансформаторах потери электроэнергии выше;

· защита сложнее, чем при раздельном питании;

· необходимость учета перетоков;

· в отдельных случаях - невозможность реализации схемы по причине неосуществимости параллельной работы источников питания из-за ранее установленного оборудования.

Сегодня ситуация несколько упростилась, т.к. локальных ответственных потребителей можно обеспечить бесперебойным питанием при помощи источников бесперебойного питания, что позволяет увеличить допустимое время переключения на резервную линию. Но это проблему полностью не решает.

В связи с этим возникает необходимость в раздельном электроснабжении и быстром восстановлении электропитания потребителей. Решение этой задачи и выполняет АВР. АВР может подключить отдельный источник электроэнергии или включить силовой коммутирующий элемент, разделяющий линии питания, при этом перерыв питания может составлять всего 0,3 ... 0,8 секунд (время срабатывания выключателя). Но реально время переключения может составить несколько десятков секунд.

При проектировании схемы АВР, допускающей включение секционного выключателя, важно учитывать пропускную способность питающего трансформатора и мощность источника энергии, питающих параллельную систему. Без учета этих параметров может получиться так, что переключение на питание от параллельной системы выведет из строя и резервную линию, так как источник питания не сможет справиться с суммарной нагрузкой обеих систем. В случае, если невозможно подобрать такой источник питания, обычно предусматривают такую логику защиты, которая отключит наименее важных потребителей тока обеих систем.

АВР разделяют на:

· АВР одностороннего действия. В таких схемах присутствует одна рабочая секция питающей сети, и одна резервная. В случае потери питания рабочей секции АВР подключит резервную секцию.

· АВР двухстороннего действия. В этой схеме любая из двух линий может быть как рабочей, так и резервной.

Общие требования к АВР

· АВР должно срабатывать за минимально возможное время после отключения рабочего источника энергии;

· АВР должно срабатывать всегда, независимо от причины исчезновения напряжения на шинах потребителей;

· АВР должно срабатывать только однократно.

Принцип действия АВР

В качестве измерительного органа для АВР служат реле минимального напряжения, реле контроля фаз или другой прибор контроля качества питающего напряжения, подключенные к защищаемым участкам. В случае снижения напряжения на защищаемом участке электрической сети реле дает сигнал в схему АВР. Однако условие отсутствия напряжения не является достаточным для того, чтобы устройство АВР начало свою работу. Как правило, должен быть удовлетворен еще ряд условий:

· На защищаемом участке должно отсутствовать неустраненное короткое замыкание. Так как понижение напряжения может быть связано с коротким замыканием, включение дополнительных источников питания в эту цепь нецелесообразно и недопустимо.

· Вводной выключатель должен быть включен. Это условие проверяется, чтобы АВР не сработало, когда напряжение исчезло из-за того, что вводной выключатель был отключен намеренно.

· На участке, от которого предполагается получать питание после действия АВР, должно присутствовать напряжение. Если обе питающие линии находятся не под напряжением, то переключение не имеет смысла.

После проверки выполнения всех этих условий логическая часть АВР дает сигнал на отключение вводного выключателя обесточенной части электрической сети и на включение межлинейного (или секционного) выключателя. Межлинейный выключатель включается после того, как вводной выключатель отключился.

Устройства АВР обеспечивают контроль параметров напряжения на вводах по величине (минимально и максимально допустимые значения), по исчезновению хотя бы одной из фаз питающего напряжения и по чередованию фаз.

Устройства обеспечивают электрическую блокировку одновременного включения автоматических выключателей на вводах при работе на один фидер; блокировку включения секционного автомата в схемах с секционированием. При необходимости устройства АВР могут комплектоваться механической блокировкой.

Устройства АВР могут размещаться в отдельных малогабаритных шкафах, полногабаритных шкафах, 2- и 3-секционных шкафах (в зависимости от мощности энергопотребления), а также в шкафах вводных, вводно-учетных и распределительных.

Реализация схем АВР в качестве силовых элементов

- силовые контакторы (в одиночном и реверсивном исполнении) на коммутируемый ток до 800А;

· автоматические выключатели, которые могут комплектоваться дополнительными устройствами (минимальный или независимый расцепитель, различные дополнительные контакты) и электроприводами;

· автоматические выключатели, на базе которых существует вариант решения полностью законченной секционной ячейки с механической блокировкой включения.



Таблица 1. Варианты примерных структурных решений реализации АВР

Рис. 1.Схема АВР с двумя вводами (рабочим и резервным) и одним выводом	Переключение с основного на резервный ввод осуществляется электромагнитными контакторами, получающими управляющий сигнал от реле контроля фаз РКФ, установленного на Вводе1 (рис. 1). Схемой предусмотрено автоматическое переключение питания с рабочего на резервный ввод с последующим возвратом в исходное состояние при восстановлении напряжения на рабочем вводе. Для защиты вводов в схеме предусмотрены автоматические выключатели 1QF и 2QF. Применяется для бесперебойного питания одной линии нагрузки электроприемников 1 категории.
Рис. 2.Схема АВР с двумя вводами (рабочим и резервным) и одним выводом	Переключение с основного на резервный ввод осуществляется автоматическими выключателями с электроприводами, получающими управляющий сигнал от реле контроля фаз РКФ, установленных на обоих вводах (рис. 2). Схемой предусмотрено автоматическое переключение питания с рабочего на резервный ввод с последующим возвратом в исходное состояние при восстановлении напряжения на рабочем вводе.
Рис. 3.Схема АВР с двумя вводами и двумя выводами	В нормальном режиме работы каждый вывод подключен к соответствующему вводу питания через контакторы 1КМ и 2КМ (рис. 3). При пропадании питания на основном вводе, включается секционный контактор 3КМ и секция нагрузки подключается к противоположному вводу. Контроль напряжения на вводах осуществляется при помощи реле контроля фаз. Возможно автоматическое переключение питания секции с последующим возвратом в исходное состояние либо без автоматического возврата (возврат осуществляется вручную) при восстановлении напряжения на рабочем вводе. Для защиты вводов в схеме предусмотрены автоматические выключатели 1QF и 2QF. Применяется для бесперебойного питания двух линий нагрузки от двух вводов.
Рис. 4.Схема АВР с двумя вводами и двумя выводами	В нормальном режиме работы каждый вывод подключен к соответствующему вводу питания через автоматические выключатели 1QF и 2QF (рис. 4). При пропадании питания на основном вводе, включается секционный контактор 3QF и секция нагрузки подключается к противоположному вводу. Контроль напряжения на вводах осуществляется при помощи реле контроля фаз. Возможно автоматическое переключение питания секции с последующим возвратом в исходное состояние либо без автоматического возврата (возврат осуществляется вручную) при восстановлении напряжения на рабочем вводе. Применяется для бесперебойного питания двух линий нагрузки от двух вводов.
Рис. 5.Схема АВР с двумя вводами и двумя выводами	В нормальном режиме работы каждый вывод подключен к соответствующему вводу питания через контакторы 1КМ1 и 2КМ2 (рис. 5). При пропадании питания на одном из вводов, включается секционный контактор 1КМ2 (2КМ1) и секция нагрузки подключается к противоположному вводу. Контроль напряжения на вводах осуществляется при помощи реле контроля фаз. Возможно автоматическое переключение питания секции с последующим возвратом в исходное состояние либо без автоматического возврата (возврат осуществляется вручную) при восстановлении напряжения на рабочем вводе. Для защиты вводов в схеме предусмотрены автоматические выключатели 1QF и 2QF. Применяется для бесперебойного питания двух линий нагрузки от двух вводов. Схема обеспечивает возможность секционирования силового оборудования, что обеспечивает повышенную безопасность.
Рис. 6.Схема АВР с двумя вводами и двумя выводами	В нормальном режиме работы каждый вывод подключен к соответствующему вводу питания через автоматические выключатели 1QF1 и 2QF2 (рис. 6). При пропадании питания на основном вводе, включается секционный контактор 1QF2 (2QF1), и секция нагрузки подключается к противоположному вводу. Контроль напряжения на вводах осуществляется при помощи реле контроля фаз. Возможно автоматическое переключение питания секции с последующим возвратом в исходное состояние либо без автоматического возврата (возврат осуществляется вручную) при восстановлении напряжения на рабочем вводе. Применяется для бесперебойного питания двух линий нагрузки от двух вводов. Схема обеспечивает возможность секционирования силового оборудования, что обеспечивает повышенную безопасность.

Также возможна схема с использованием реле времени для защиты от перетоков в момент переключения . Оперативное автоматическое переключение осуществляется с регулируемой выдержкой времени (0,6-30сек.)

АВР на магнитных пускателях с двумя трёхфазными вводами, одной группой нагрузок, с временными задержками на переключение вводов, с механической блокировкой магнитных пускателей, с приоритетом ввода №1 и реле контроля фаз (KV) на каждом вводе.

Переключение с одного ввода на другой происходит при пропадании одной или нескольких фаз питающей сети, изменении чередования фаз, асимметрии фазных напряжений. Схема может быть дополнена защитой от переключения на резервный ввод при перегрузке или коротком замыкании и соответствующей индикацией.

Рис 7. Схема АВР с 2 вводами, 2 выводами, с использованием реле контроля и реле времени

Решение задач по теме [2]; Гл2.

Задание по СРС.

· Ответы на контрольные вопросы [1]; Гл4, §2.1.

· Решение задач по [2]; Гл2.

Занятие по КМРО.

Спрашивать и анализировать вопросы по СРС по модулю №4.

5. Автоматическое повторное включение

Тематический план занятий:

1. Цель занятия освоение АПВ [1]; Гл5, §2.4.

2. Составление принципиальных схем АПВ [1]; Гл5, §2.5.

3. Применение АПВ в системе электроснабжения [1]; Гл5, §2.6.

Автоматическое повторное включение

Автоматическое повторное включение линий передачи после их отключения, обусловленного теми или иными причинами, является весьма эффективным мероприятием, повышающим надежность питания потребителей.

Рис 15-78. Принципиальная схема устройства автоматического повторного включения (АПВ) однократного действия.



Статистика показывает, что в воздушных электросетях успешные однократные автоматические повторные включения достигают 75-- 80% числа всех повторных включений, а в кабельных сетях до 50%. В ряде случаев применяют двукратное автоматическое повторное включение, дающее примерно 15% успешных включений от общего числа двукратных включений.

Для осуществления автоматического повторного включения применяют специальное устройство АПВ, выпускаемое отечественной промышленностью в виде комплекта реле в одном кожухе. В этом устройстве используется запасенная в нормальном режиме энергия конденсатора. Схема такого устройства показана на рис. 15-78.

Устройство АПВ должно удовлетворять следующим основным требованиям:

1) обеспечивать повторное включение выключателя линии передачи во всех случаях его аварийного отключения;

2) не допускать повторного включения при отключении линии ключом управления и при включении линии на повреждение;

3) не допускать многократное включение выключателя на устойчивое повреждение,даже при повреждении в самом устройстве АПВ;

4) обеспечивать автоматический возврат устройства АПВ в состояние готовности.

Для запуска устройства АПВ обычно используют несоответствие между положениями ключа управления и выключателя (ключ управления и его схема описаны в § 20-4).

При нормальной работе линии электропередачи, когда ее выключатель включен, контакты ключа управления КУ в цепи сопротивления Г\ и емкости С замкнуты, что отмечено на схеме жирной точкой на вертикальной пунктирной линии, обозначающей положение ключа управления. Около этих линий ставится индекс, обозначающий состояние выключателя, например В -- включено; О -- отключено.

При дистанционном управлении выключателем замыкаются соответствующие контакты, состояние которых указано жирными точками на пунктирной линии В\ и Ои что обозначает соответственно -- включить и отключить выключатель. Поскольку указанный ключ управления выполнен с самовозвратом, то контакты, обеспечивающие включение и отключение выключателя, замкнуты лишь при совершении указанных операций.

Постоянная времени контура Г\С велика и равна примерно 15--20 сек.

При отключении выключателя от защиты возникает несоответствие между положением ключа управления КУ и положением выключателя В-2: выключатель отключился и его блок-контакты переключились, а ключ КУ остался в положении включено. Цепь питания реле РП1 замыкается блок-контактами выключателя. В эту цепь включено сопротивление г3, ограничивающее ток в ней до величины тока срабатывания реле РП1, значительно меньшего тока включения катушки КВ контактора привода выключателя.

Реле РП1 запускает реле времени РВ-2, которое с выдержкой времени замыкает цепь разряда конденсатора С на обмотку 01 реле РПЗ. Выдержка времени реле РВ2 определяется временем деионизации дуги в месте короткого замыкания и готовностью выключателя к возможному повторному отключению тока устойчивого короткого замыкания. Это время зависит от напряжения линии передачи и колеблется в пределах 0,2--0,3 сек.

Реле РПЗ через свою вторую (последовательную) обмотку 02, указательное реле РУ5 и размыкающий контакт реле, от многократных включений РП4 замыкает цепь включения

выключателя (цепь катушки КВ контактора). Реле РПЗ самоудерживается на время повторного включения выключателя, чем ограничивается необходимая емкость конденсатора С. Запасенная в нем энергия должна быть достаточна лишь для срабатывания реле РПЗ.

В случае неуспешного повторного включения и отключения выключателя защитой повторное включение не произойдет, так как конденсатор не успеет зарядиться и, будучи шунтирован катушкой реле РПЗ, не сможет зарядиться и в дальнейшем.

Если линию отключают ключом управления, то емкость С разряжается через сопротивление г2.

При включении линии емкость С заряжается не сразу, что обеспечивает недействие устройства АПВ при включении линии на повреждение.

Реле РП4 не является элементом устройства АПВ и входит в схему управления выключателем, обеспечивая блокировку от многократного включения.

В том случае, если приварятся контакты реле РПЗ или же останутся замкнутыми контакты ключа управления, подающие питание на катушку включения, возможны многократные включения выключателя и его разрушение. Если в этих условиях подействовала релейная защита и отключила выключатель, то срабатывающее при каждом отключении реле РП4 самоудержится через свои замыкающий контакт и обмотку 02. Размыкающий контакт реле РП4 разомкнет цепь включения выключателя, препятствуя повторному включению.

Автоматическое повторное включение широко применяют и на выключателях с ручными грузовыми и пружинными приводами, в которых запасается энергия для однократного включения. Для дистанционного завода механизма АПВ служит небольшой двигатель переменного тока, встроенный в привод (см. гл. 12).

Кроме линий электропередачи, автоматическое повторное включение применяют и на шинах подстанций напряжением 35 кв и выше. При коротком замыкании на шинах защита последних отключает все источники питания, сохраняя включенными выключатели потребителей. После некоторой выдержки времени включается один источник питания, и если включение успешно, то восстанавливается нормальная схема питания подстанции; если же короткое замыкание устойчивое, то отключаются выключатели всех элементов.

Автоматическое повторное включение иногда применяют и на трансформаторах подстанций, сочетая его с АВР Если повторное включение было не успешным и трансформатор поврежден, то он отключается и секция шин, которую он питал, подключается к резервному источнику.

Решение задач по теме [2]; Гл2.

Задание по СРС.

· Ответы на контрольные вопросы [1]; Гл5, §2.4.

· Решение задач по [2]; Гл2.

Занятие по КМРО.

Спрашивать и анализировать вопросы по СРС по модулю №5.

6. Автоматическое повторное включение трансформаторов и электродвигателей

Тематический план занятий:

1. Цель занятия освоения АПВ трансформаторов и электродвигателей[1]; Гл5, §2.7.

2. Составление принципиальных схем АПВ трансформаторов и электродвигателей[1]; Гл5, §2.8.

3. Применение АПВ тр - ров и эл - дв - лей в системе электроснабжения[1]; Гл5, §2.9.

АПВ предназначено для восстановления нормальной схемы питания линии и потребителей, при помощи включения выключателя, отключенного в результате кратковременной неисправности в линии или электрооборудовании.

Успешное срабатывание АПВ достигается за счет того, что большинство неисправностей в линиях являются неустойчивыми, а потому самоустраняются, это может быть схлест проводов в ветренную погоду, посадка напряжения во время грозы и т. д.

Классификация АПВ

Автоматическое повторное включение АПВ классифицируется по пяти основополагающим признакам - это:

1. По защищаемому оборудованию, АПВ: линий электропередач, АПВ электродвигателей 6 кВ, АПВ трансформаторов, АПВ шин.

2. Однофазное АПВ (ОАПВ) или трехфазное (ТАПВ), зависит от количества включаемых в работу фаз.

3. Количество срабатываний АПВ - однократное или многократное действие.

4. По способу, применяемому для синхронизации:

1. без проверки синхронизации в этом случае нарушение синхронизма исключается,

2. когда допустимо появление не синхронизма АПВ,

3. без проверки синхронизма, когда существуют быстродействующие выключатели и в наличии релейная защита,

4. АПВ с ожиданием синхронизма АПВОС,

5. АПВ с улавливанием синхронизма,

6. АПВ совмещенное с синхронизацией генераторов и синхронных компенсаторов.

5. В зависимости от воздействия на привод выключателя, механическое АПВ оказывающее непосредственное воздействие.

Основные требования к АПВ

1. АПВ должно работать соответственно установленной выдержке времени, после срабатывания должно возвращаться в состояние готовности к новому срабатыванию.

2. Продолжительность импульса, идущего на включение должна гарантировать надежное включение оборудования.

3. АПВ не должно включаться при оперативных переключениях, при любой оперативной команде, в том числе и при сигнале по телеуправлению.

4. При устойчивом к. з. на линии или любом другом участке схеме необходимо исключить многократное срабатывание АПВ.

5. Схемы устройств АПВ должны иметь блокировку от других устройств противо-аварийной автоматики и релейных защит таких как частотная разгрузка и защиты трансформаторов от внутренних повреждений.

6. В устройстве АПВ должна быть предусмотрена последующая настройка ускоренного действия защиты до или после АПВ.

Рис № 1. Схема ускоренного действия защиты 1. После АПВ, 2. до АПВ. Работа схемы осуществляется за счет действия промежуточного реле ускорения KL2.1 типа РП-252

Рис №2. Схема АПВ трансформатора применяемая для высоковольтного выключателя нагрузки

оборудованного приводом электромагнитного действия со стороны 6/10 кВ работающего на переменном оперативном токе. а - принципиальная схема устройства автоматического повторного включения, б - схема элементов цепей включения

Двухпозиционное реле фиксации 12РП является блокировкой от многократного действия, выходное реле 11РП относится к цепи включения АПВ и служит для разделения цепей переменного и выпрямленного токов, а также предназначено для включения контактора привода выключателя.

Электромагнит включения запитан от выпрямительного устройства, контакты реле 11РП включаются попарно последовательно и параллельно, с целью повышения значения разрывной мощности так, как в цепи обмотки контактора присутствует большая индуктивность при значении напряжения 300В.

...