Модернизация схемы защиты высоковольтных электродвигателей напряжением 6 кВ, на насосной станции 2-го подъема ГВС Боз-Су

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

ТАШКЕНТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени А.Р. БЕРУНИ

Факультет «Электроника и автоматика»

Кафедра «Электроника и микроэлектроника»

Диссертационная работа

на соискание степени магистранта по направлению

«5А310801-Электроника и электронная техника

(Промышленная электроника)».

Модернизация схемы защиты высоковольтных электродвигателей напряжением 6 кВ, на насосной станции 2-го подъема ГВС Боз-Су

Закиров Жамшид Махамаджанович

Ташкент - 2013

Аннотация

ГСВ Боз Су - один из головных сооружений ГУП «Сувсоз» по снабжению водой города Ташкента. Важным аспектом является модернизация и реконструкция сооружения, что обеспечит экономичную, стабильную и надежную работу технологического процесса.

На ГСВ Боз-Су насосы станции первого подъема (НС-1п) предназначены для перекачки воды после горизонтальных отстойников на фильтры. Подача воды осуществляется по двум водоводам Д-1000 мм. В НС-1п установлены 4 насосных агрегата. В здании насосной установлены два вакуум-насоса, используемые перед запуском насосов для их заполнения. Подключение насоса к вакуумной магистрали производится с помощью электромагнитного клапана.

Все насосы 1-го оборудованы электродвигателями с напряжением питания 6 кВ с постоянным числом оборотов. Электропитание электродвигателей производится от ЗРУ №1, расположенного в здании НС-1п. Ячейки отходящих линий питания электродвигателей насосных агрегатов оборудованы защитой - максимальной токовой защитой, токовой отсечкой, земляной защитой.

Все насосы 2-го подъема оборудованы электродвигателями с напряжением питания 6 кВ с постоянным числом оборотов. Электропитание электродвигателей производится от ЗРУ №2, расположенного в здании НС-2п. Ячейки отходящих линий питания электродвигателей насосных агрегатов оборудованы защитой - максимальной токовой защитой, токовой отсечкой, земляной защитой.

Вода НС-2п подается в городскую сеть водоснабжения.

В теме диссертации рассматривается модернизация релейной защиты высоковольтных электродвигателей напряжением 6кВ, как одно из направлений в проекте по реконструкции ГСВ Боз Су. В схеме защиты использованы блоки микропроцессорной релейной защиты, в которых была запрограммирована двухступенчатая максимальная токовая защита, токовая отсечка, минимальная токовая защита и земляная защита. Также, было внедрено полупроводниковое фотоуправляемое реле, в целях предотвращения неправильного действия обслуживающего персонала, которое может привести к тяжелым авариям с угрозой для жизни персонала.

После модернизации схемы релейной защиты высоковольтных электродвигателей, были произведены профилактические испытания Электротехнической лабораторией ГУП «Сувсоз» по проверке пригодности электрооборудования к эксплуатации по ПУЭ.

Задачи темы диссертации: «Модернизация схемы защиты высоковольтных электродвигателей напряжением 6 кВ на насосной станции 2-го подъема ГСВ Боз Су» внедрено в производство и подготовлено проектное предложение от кафедры «Электроника и микроэлектроника» Ташкентского Государственного технического университета по внедрению фотоуправляемых полупроводниковых реле на остальных сооружениях ГУП «Сувсоз».

Annotation

Head Building of Plumbing (HBP) Boz Su - one of head building of State Unitary Enterprise (SUE) "Suvsoz" on a water of city of Tashkent supply. It is important an aspect there is modernization and reconstruction, which will provide economical, stable and reliable work of technological process in this building.

On HBP Boz Su the pumps of the pumping station of the first getting (PS-1g) up are intended for pumping over of water after horizontal отстойников on filters. The serve of water comes true on two водоводам of D- 1000 mm. In PS-1g is set 4 pumping aggregates. In building a pump is set two vacuum-pumps used before the start of pumps for their filling. Connection of pump to a vacuum highway is produced by means of electromagnetic valve.

All pumps of 1-g are equipped by electric motors with tension of feed 6 kV with the permanent number of turns. The power supply of electric motors is produced from closed distributive device (CDD) №1 PS-1g located in building. The cells of outgoing feedlines of electric motors of pumping aggregates are equipped by defence of electric motors - maximal current defence, current pinch-off, earthen defence.

All pumps of 2-g are equipped by electric motors with tension of feed 6 kV with the permanent number of turns. The power supply of electric motors is produced from CDD №2 PS-2g located in building. The cells of outgoing feedlines of electric motors of pumping aggregates are equipped by defence of electric motors - maximal current defence, current pinch-off, earthen defence.

Water of PS-2g is given in the municipal network of water-supply.

In a dissertation theme, modernisation of relay defence of high-voltage electric motors is examined by tension of 6kV, as one direction in a project on the reconstruction of HBP Boz Su. The blocks of microprocessor-based relay defence, in that was programed two step maximal current defence, current pinch-off, minimum current defence and earthen defence, are used in the chart of defence. Also, it was inculcated the semiconductor photo guided relay, in aims prevention maloperation of auxiliary personnel that can result in heavy accidents with a threat for life.

After modernisation of chart of relay defence of high-voltage electric motors, were produced prophylactic test by the electrical Engineering laboratory of SUE "Suvsoz" on a fitness electrical equipment to exploitation on the rules of device of electro-devices.

Tasks of dissertation theme: "Modernisation of chart of defence of high-voltage electric motors with tension 6 kV, at the pumping station of the 2th getting up of HBP Boz Su", were applied in industry, also prepared project suggestion from the department of "Electronics and microelectronics" of the Tashkent State technical university on introduction of semiconductor the photo guided relays in other building of SUE "Suvsoz".

Содержание

Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Назначение релейной защиты

1.2 Основные требования, предъявляемые к релейной защите

1.3 Элементы защиты, реле и их разновидности

1.4 Схемы защиты электроустановок

1.5 Описание общего положения по выполнению диссертационной работы

Глава 2. Модернизация схемы защиты насосной станции 2-го подъема ГВС Боз-су

2.1 Микропроцессорная релейная защита

2.2 Блок микропроцессорной релейной защиты - 101 и схема подключения

2.3 Описание ячейки электродвигателя с напряжением 6кВ

2.4 Внедрение фотоуправляемого полупроводникового реле

Глава 3. Техническая документация по наладке и испытанию вновь вводимого оборудования

3.1 Перечень приборов для проведения испытаний

3.2 Испытание силовой части электрооборудования и Блока Микропроцессорной Релейной Защиты - 101

Заключение

Список литературы

Приложение. Протоколы по эксплуатации релейной защиты

Введение

В Узбекистане 2013 год объявлен годом процветания и благополучия. Вода является источником жизни, у которого есть бесценные свойства. Без источника жизни построить благополучную и процветающую жизнь невозможно. На сегодняшний день ГУП «Сувсоз» ведет свою успешную деятельность по снабжению питьевой водой и очисткой сточных вод города Ташкента. ГУП «Сувсоз» включает в себя Головные водопроводные сооружения, станции аэрации, насосные станции, водораспределительные узлы и административное управление.

Головное водопроводное сооружение Боз Су, является первым сооружением, у которого была и остается на сегодняшний день функция по очистке и подачи воды, тем самым обеспечить стабильный режим водоснабжения города.

ГВС Боз Су состоит из: двух насосных станций (первого и второго подъема), зданий фильтрации и хлорирования воды. Очень важно, чтобы насосные агрегаты на насосных станциях, не только в ГВС Боз Су, работали экономично, эффективно, надежно и безопасно.

Поэтому основной целью данной магистерской диссертации является модернизация схем защиты высоковольтных электродвигателей напряжением 6 кВ на насосных станциях 2го подъема ГВС Боз Су.

Объектом исследования являлись сооружения ГУП «Сувсоз», насосные станции ГВС Боз Су.

Научная новизна: Внедрение блоков микропроцессорной релейной защиты, количественное увеличение видов схем защиты высоковольтных электродвигателей на насосной станции 2го подъема ГВС Боз Су. Так же внедрение фотоуправляемого полупроводникового реле в целях обезопасить обслуживающий персонал от не правильных действий, которые могут привести к тяжелым авариям.

Практическая ценность: обеспечить экономичную, надежную и безопасную работу насосных агрегатов, что приведет к экономии электропотребления насосных станций.

Публикации: Закиров Ж.М., Рахмонов Б.Р. Модернизация схемы защиты высоковольтных электродвигателей напряжением 6кВ на насосной станции 2го подъема ГС Боз Су. Актуальные вопросы в области технических и социально-экономических наук. Республиканский межвузовский сборник. Ташкент-2012. Стр.421.

Закиров Ж.М., Мирзакулов Б.А., Абдурахмонов Б.К. Применение программного прикладного пакета Multisim. Республиканская научно-прикладная конференция «Актуальные проблемы современной физики». Бухара- 2012. Стр.295.

Зокиров Ж.М., Расулов Ш.Р., Зикриллаев Н.Ф. Наногетроструктуры Si-Ge-GaAs для фотоэлектрических преобразователей. Актуальные вопросы в области технических и социально-экономических наук. Республиканский межвузовский сборник. Ташкент-2011. Стр.292.

Объем и структура работы: Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка цитируемой литературы, приложения А. Она состоит из 89 страниц, 24 рисунков, 30 источников.

релейный защита электрооборудование микропроцессорный

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Назначение релейной защиты

В энергетических системах на электрооборудовании электростанций, в электрических сетях и на электроустановках потребителей электроэнергии могут возникать повреждения и ненормальные режимы.

Повреждения в большинстве случаев сопровождаются значительным увеличением тока и глубоким понижением напряжения в элементах энергосистемы. Повышенный ток выделяет большое количество тепла, вызывающее разрушения в месте повреждения и опасный нагрев неповрежденных линий и оборудования, по которым этот ток проходит.

Понижение напряжения нарушает нормальную работу потребителей электроэнергии и устойчивость параллельной работы генераторов и энергосистемы в целом. Ненормальные режимы обычно приводят к отклонению величин напряжения, тока и частоты от допустимых значении. При понижении частоты и напряжения создается опасность нарушения нормальной работы потребителей и устойчивости энергосистемы, а повышение напряжения и тока угрожает повреждением оборудования и линий электропередачи.

Таким образом, повреждения нарушают работу энергосистемы и потребителей электроэнергии, а ненормальные режимы создают возможность возникновения повреждений или расстройства работы энергосистемы.

Для обеспечения нормальной работы энергетической системы и потребителей электроэнергии необходимо возможно быстрее выявлять и отделять место повреждения от неповрежденной сети, восстанавливая таким путем нормальные условия работы энергосистемы и потребителей.

Опасные последствия ненормальных режимов также можно предотвратить, если своевременно обнаружить отклонение от нормального режима и принять меры к его устранению (например: снизить ток при его возрастании, повысить напряжение при его снижении и т. д.).

Для обеспечения надежного электроснабжения приемников и сохранения оборудования электроустановок необходимо при тех или иных авариях возможно быстрее отключать поврежденный участок, а также плавно управлять возникающим режимом, опасным для приемников и оборудования. Характерным случаем такого режима является перегрузка.

Для этих целей служат автоматические устройства, защищающие систему и ее элементы от опасных последствий повреждений. Если повреждение не представляет для установки непосредственной опасности, то релейная защита должна приводить в действие сигнальные устройства, не отключая установку. Задача таких устройств состоит в ограничении размеров повреждений и их влияния на работу приемников, а также в предупреждении повреждений оборудования. Большинство повреждений связано с разрушением изоляции.

Первоначально в качестве защитных устройств, применялись плавкие предохранители. Однако с ростом мощности и напряжения электрических установок такой способ защиты стал недостаточным (в частности, из-за невозможности осуществления избирательного действия, т.е. селективности), вследствие чего возникли защитные устройства, выполняемые при помощи специальных аппаратов -- реле. Эти устройства получили название релейной защиты.

Рассмотрим основные виды релейной защиты, применяемые в системах электроснабжения строительства, и основные требования, предъявляемые к ним.

Релейная защита предназначена для автоматического отключения поврежденных элементов электрической системы и сигнализации о тех нарушениях нормального режима, которые не требуют немедленного отключения. Релейная защита должна обеспечить быстроту действия, избирательность действия, надежность работы и чувствительность. Кроме того, стоимость релейной защиты должна быть по возможности небольшой.

Быстрота действия защиты предупреждает расстройство параллельной работы станций и нарушение нормальной работы приемников при коротком замыкании и значительных понижениях напряжения. Эго уменьшает величину ущерба при коротком замыкании.

По времени действия релейные защиты можно разделить на быстродействующие (полное время отключения порядка 0,06--0,20 с, что соответствует 2--10 периодам) и с выдержкой времени (специально создается замедление действия).

Избирательным действием релейной защиты называют такое, при котором обеспечивается выявление поврежденного участка и его отключение; при этом неповрежденная часть электроустановки остается в работе.

Надежность работы релейной защиты заключается в ее правильном и безотказном действии во всех предусмотренных случаях. Надежность обеспечивается применением высококачественных реле и совершенных схем защиты, тщательным выполнением монтажа и квалифицированной эксплуатацией защитных устройств.

Чувствительностью релейной защиты называется свойство - реагировать на самые малые изменения контролируемого параметра. Чувствительность обеспечивает действие защиты при малых изменениях контролируемого параметра и ненормальных режимах работы установки. Этим уменьшаются разрушения поврежденного элемента и быстро восстанавливаются нормальные условия работы неповрежденной части электроустановки. Чувствительность всех видов защиты оценивается коэффициентом чувствительности, величина которого нормируется Правилами устройства электроустановок (ПУЭ).

1.2 Основные требования, предъявляемые к релейной защите

Ни один элемент электроэнергетической системы (генератор, трансформатор, линия электропередачи, сборные шины и др.) не обладает абсолютной надежностью. С большей или меньшей вероятностью он может быть поврежден, причем большинство повреждений сопровождается возникновением короткого замыкания (КЗ). Режим КЗ опасен для энергосистемы: устойчивая работа энергосистемы может быть нарушена, из-за существенного искажения параметров режима энергосистемы потребители электроэнергии теряют электропитание, длительное существование токов КЗ разрушает повредившийся элемент энергосистемы до неремонтопригодного состояния.

Назначением релейной защиты (РЗ) является выявление поврежденного элемента и быстрейшее его отключение от энергосистемы. Кроме того, устройства релейной защиты должны предупреждать повреждение элемента энергосистемы в случае возникновения ненормального и опасного для него режима работы (перегрузка, неполнофазный режим и др.).

Основные требования, предъявляемые к устройствам релейной защиты:

Селективность -- способность устройства релейной защиты выявить и отключить именно поврежденный элемент энергосистемы, а не какой-либо иной, хотя при наличии короткого замыкания нарушается нормальная работа многих элементов энергосистемы.

Селективностью, или избирательностью, защиты называется способность защиты отключать при к.з. только поврежденный участок сети.

На рис. 1.1 показаны примеры селективного отключения повреждений. Так, при к. з. в точке К₁ защита должна отключить поврежденную линию выключателемВв, т. е. выключателем, ближайшим к месту повреждения. При этом все потребители, кроме питавшихся от поврежденной линии, остаются в работе.

В случае к. з. в точке К₂ при селективном действии защиты должна отключаться поврежденная линия I, линия II остается в работе. При таком отключении все потребители сети сохраняют питание. Этот пример показывает, что если подстанция связана с сетью несколькими линиями, то селективное отключение к. з. на одной из линий позволяет сохранить связь этой подстанции с сетью, обеспечив тем самым бесперебойное питание потребителей.

Таким образом, требование селективности является основным условием для обеспечения надежного питания потребителей. Неселективное действие защиты приводит к развитию аварий и поэтому является ее существенным недостатком. Как будет показано ниже, неселективные отключения могут допускаться, но только в тех случаях, когда это диктуется необходимостью и не отражается на питании потребителей.

Быстродействие -- способность релейной защиты в кратчайший промежуток времени (лучше всего мгновенно) выявить и отключить поврежденный элемент энергосистемы.

Отключение к. з. должно производиться с возможно большей быстротой для ограничения размеров разрушения оборудования, повышения эффективности автоматического повторного включения линий и сборных шин, уменьшения продолжительности снижения напряжения у потребителей и сохранения устойчивости параллельной работы генераторов, электростанций и энергосистемы в целом. Последнее из перечисленных условий является главным.

Допустимое время отключения к. з. по условию сохранения устойчивости зависит от ряда факторов. Важнейшим из них является величина остаточного напряжения на шинах электростанций и узловых подстанций энергосистемы. Чем меньше остаточное напряжение, тем хуже условия устойчивости и, следовательно, тем быстрее нужно отключать к. з. Наиболее тяжелыми по условиям устойчивости являются трехфазные к. з. и двухфазные к. з. на землю в сети с глухозаземленной нейтралью, так как при этих повреждениях происходят наибольшие снижения всех междуфазных напряжений.

В современных энергосистемах для сохранения устойчивости требуется весьма малое время отключения к. з. Так, например, на электропередачах 300--500 кв необходимо отключать повреждение за 0,1--0,12 сек после его возникновения, а в сетях 110--220 кв за 0,15--0,3 сек. В распределительных сетях 6 и 10 кв к. з., отделенных от источников питания большим сопротивлением, можно отключать со временем примерно 1,5--3 сек, так как они не влияют на устойчивость системы.

Точная оценка допустимого времени отключения производится с помощью специальных расчетов устойчивости, проводимых для этой цели.

В качестве приближенного критерия (меры) необходимости применения быстродействующих защит Правила устройства электроустановок (ПУЭ) [1] рекомендуют определять остаточное напряжение на шинах электростанций и узловых подстанции, при трехфазных к. з. в интересующей нас точке сети. Если остаточное напряжение получается меньше 60% номинального, то для сохранения устойчивости следует применять быстрое отключение повреждений, т. е. применять быстродействующую защиту.

Полное время отключения повреждения I_откл складывается из времени работы защиты t₃ и времени действия выключателя t_B, разрывающего ток к. з., т. е. t_0ткл = t₃ + t_В- Таким образом, для ускорения отключения нужно ускорять действие как защиты, так и выключателей. Наиболее распространенные выключатели действуют со временем 0,15--0,06 сек.

Чтобы обеспечить при таких выключателях указанное выше требование об отключении к. з., например, с t= 0,2 сек, защита должна действовать с временем 0,05--0,12 сек, а при необходимости отключения с t= 0,12 сек и действии выключателя с 0,08 сек время работы защиты не должно превышать 0,04 сек.

Защиты, действующие с временем до 0,1--0,2 сек, считаются быстродействующими. Современные быстродействующие защиты могут работать с временем 0,02--0,04 сек.

Требование быстродействия является в ряде случаев определяющим условием, обеспечивающим устойчивость параллельной работы электростанций и энергосистем.

Создание селективных быстродействующих защит является важной и трудной задачей техники релейной защиты. Эти защиты получаются достаточно сложными и дорогими, поэтому они должны применяться только в тех случаях, когда более простые защиты, работающие с выдержкой времени, не обеспечивают требуемой быстроты действия.

В целях упрощения допускается применение простых быстродействующих защит, не обеспечивающих необходимой селективности. При этом для исправления неселективности используется АПВ, быстро включающее обратно неселективно отключившийся элемент.

Требование к времени действия защиты от ненормальных режимов зависит от их последствий. Часто ненормальные режимы носят кратковременный характер и ликвидируются сами, например, кратковременная перегрузка при пуске асинхронного электродвигателя. В таких случаях быстрое отключение не только не является необходимым, но может причинить ущерб потребителям. Поэтому отключение оборудования при ненормальном режиме должно производиться только тогда, когда наступает действительная опасность `для защищаемого оборудования, т. е. в большинстве случаев с выдержкой времени.

Чувствительность -- способность устройства релейной защиты четко отличать режим короткого замыкания любого вида (трехфазное, двухфазное, однофазное короткое замыкание) от всевозможных, даже утяжеленных режимов работы защищаемого объекта при отсутствии короткого замыкания.

Для того чтобы защита реагировала на отклонения от нормального режима, которые возникают при к. з. (увеличение тока, снижение напряжения и т. п.), она должна обладать определенной чувствительностью в пределах установленной зоны ее действия. Каждая защита (например, I на рис. 1.2) должна отключать повреждения на том участке АБ, для защиты которого она установлена (первый участок защиты I), и, кроме того, должна действовать при к. з. на следующем, втором участке БВ у защищаемом защитой II. Действие защиты на втором участке называется дальним резервированием. Оно необходимо для отключения к. з. в том случае, если защита II или выключатель участка БВ не сработает из-за неисправности. Резервирование следующего участка является важным требованием. Если оно не будет выполняться, то при к. з. на участке БВ и отказе его защиты или выключателя повреждение останется не отключенным, что приведет к нарушению работы потребителей всей сети.

Действие защиты I при к. з. на третьем участке не требуется, так как при отказе защиты третьего участка или его выключателя должна подействовать защита II. Одновременный отказ защиты на двух участках (третьем и втором) маловероятен, и поэтому с таким случаем не считаются.

Некоторые типы защит по принципу своего действия не работают за пределами первого участка. Чувствительность таких защит должна обеспечить их надежную работу в пределах первого участка. Для обеспечения резервирования второго участка в этом случае устанавливается дополнительная защита, называемая резервной.

Каждая защита должна действовать не только при металлическом к. з., но и при замыканиях через переходное сопротивление, обусловливаемое электрической дугой.



Рис. 1.1. Селективное отключение поврежденного участка при к. з. в сети.

Рис. 1.2. Зоны действия защиты

Чувствительность защиты должна быть такой, чтобы она могла подействовать при к. з. в минимальных режимах системы, т. е. в таких режимах, когда изменение величины, на которую реагирует защита (ток, напряжение и т. п.), будет наименьшей. Таким образом, чувствительность защиты должна быть такой, чтобы она действовала при к. з. в конце установленной для нее зоны в минимальном режиме системы и при замыканиях через электрическую дугу.

Чувствительность защиты принято характеризовать коэффициентом чувствительностиk₄. Для защит, реагирующих на ток к. з.,

1.1

где I_к.з.мин -- минимальный ток к. з.; I_с.з.-- наименьший ток, котором защита начинает работать (ток срабатывания защиты).

Надежность -- отсутствие отказов или ложных срабатываний релейной защиты, что обеспечивается как функциональной, так и аппаратной надежностью устройства защиты.

Требование надежности состоит в том, что защита должна безотказно работать при к. з. в пределах установленной для нее зоны и не должна работать неправильно в режимах, при которых ее работа не предусматривается.

Требование надежности является весьма важным. Отказ в работе или неправильное действие какой-либо защиты всегда приводит к дополнительным отключениям.

Например, при к. з. в точке К (рис. 1-3) и отказе защиты B_I сработает защита В_III, в результате чего дополнительно отключаются подстанции II и III, а при неправильной работе в нормальном режиме защиты В_IV в результате отключения линии Л_IV потеряют питание потребители подстанций: I, II, III и IV. Таким образом, ненадежная защита сама становится источником аварий.

Надежность защиты обеспечивается простотой схемы, уменьшением в ней количества реле и контактов, простотой конструкции и качеством изготовления реле и другой аппаратуры, качеством монтажных материалов, самого монтажа и контактных соединений, а также уходом за ней в процессе эксплуатации.

В последнее время ведутся разработки методики оценки и анализа надежности устройств релейной защиты с помощью теории вероятности [1].

В СССР общие принципы выполнения релейной, защиты регламентируются ПУЭ [2], а типовые схемы релейной защиты и их расчет -- «Руководящими указаниями по релейной защите» [2--6].

Устройства релейной защиты реагируют, естественно, на значения параметров режима защищаемого объекта (ток, напряжение, направление мощности и др.). По способу обеспечения селективности устройства релейной защиты подразделяются на две группы: с относительной селективностью и с абсолютной селективностью. Селективность защит первой группы обеспечивается выбором значений параметров срабатывания (уставок) защиты, а селективность защит второй группы обеспечивается принципом их действия, т.е. защиты с абсолютной селективностью по принципу своего действия не реагируют на внешние по отношению к защищаемому объекту КЗ. К защитам с относительной селективностью относятся в основном токовые и дистанционные защиты, а к защитам с абсолютной селективностью продольные и поперечные дифференциальные защиты, направленные защиты с высокочастотной блокировкой, дифференциально-фазные защиты, а также защиты, реагирующие на неэлектрические параметры (газовая защита трансформатора, дуговая защита шин и др.).

1.3 Элементы защиты, реле и их разновидности

Обычно устройства релейной защиты состоят из нескольких реле, соединенных друг с другом по определенной схеме.

Реле представляет собой автоматическое устройство, которое приходит в действие (срабатывает) при определенном значении воздействующей на него входной величины.

В релейной технике применяются реле с контактами -- электромеханические -- и бесконтактные -- на полупроводниках или на ферромагнитных элементах. У первых при срабатывании замыкаются или размыкаются контакты. У вторых -- при определенном значении входной величины скачкообразно меняется выходная величина, например, напряжение.

Каждое устройство защиты и его схема подразделяются на две части: реагирующую и логическую.

Реагирующая (или измерительная) часть является главной, она состоит из основных реле, которые непрерывно получают информацию о состоянии защищаемого элемента и реагируют на повреждения или ненормальные режимы, подавая соответствующие команды на логическую часть защиты.

Логическая часть (или оперативная) является вспомогательной, она воспринимает команды реагирующей части и, если их последовательность и сочетание соответствуют заданной программе, производит заранее предусмотренные операции и подает управляющий импульс на отключение выключателей. Логическая часть может выполняться с помощью электромеханических реле или схем с использованием электронных приборов -- ламповых или полупроводниковых.

В соответствии с этим подразделением защитных устройств реле так же делятся на две группы: на основные, реагирующие на повреждения, и вспомогательные, действующие по команде первых и используемые в логической части схемы.

Признаком появления к. з. могут служить возрастание тока /, понижение напряжения Uи уменьшение сопротивления защищаемого участка; характеризуемого отношением напряжения к току в данной точке сети, z = U/I.

Соответственно этому в качестве реагирующих реле применяют реле токовые, реагирующие на величину тока, реле напряжения, реагирующие на величину напряжения, и реле сопротивления, реагирующие на изменение сопротивления.

В сочетании с указанными реле часто применяются реле мощности, реагирующие на величину и направление (знак) мощности к. з., проходящей через место установки защиты.

Реле, действующие при возрастании величины, на которую они реагируют, называются максимальными, а реле, работающие при снижении этой величины, называются минимальными.

Для защит от ненормальных режимов, так же, как и для защит от к. з., используются реле тока и напряжения. Первые служат в качестве реле, реагирующих на перегрузку, а вторые -- на опасное повышение или снижение напряжения в сети. Кроме того, применяется ряд специальных реле, например, реле частоты, "действующие при недопустимом снижении или повышении частоты; тепловые реле, реагирующие на увеличение тепла, выде-деляемого током при перегрузках, и некоторые другие.

К числу вспомогательных реле относятся: реле времени, служащие для замедления действия защиты; реле указательные -- для сигнализации и фиксации действия защиты; реле промежуточные, передающие действие основных реле на отключение выключателей и служащие для осуществления взаимной связи между элементами защиты.

Каждое реле можно подразделить на две части: воспринимающую и исполнительную. Воспринимающий элемент в электромеханических конструкциях имеет обмотку, которая питается током или напряжением защищаемого элемента в зависимости от типа реле (токовые или напряжения).

Реле мощности и реле сопротивления имеют две обмотки (тока и напряжения). Через обмотки реле воспринимает изменение той электрической величины, на которую оно реагирует.

Исполнительный элемент электромеханического реле представляет собой подвижную систему, которая, перемещаясь под воздействием сил, создаваемых воспринимающим элементом, действует на контакты реле, заставляя их замыкаться или размыкаться.

Имеются также реле, в которых подвижная система реле действует непосредственно механическим путем на отключение выключателя.

Для защиты от междуфазных коротких замыканий широко применяют максимальные токовые защиты, а также токовые отсечки. Их используют также для защиты от однофазных замыканий на землю.

Максимальная токовая защита. Максимальной токовой называют защиту, действующую в случаях, когда ток в защищаемой цепи превышает величину, равную максимальному рабочему току этой цепи. Эта защита является наиболее надежной, дешевой и простой по выполнению. Ее применяют для защиты кабельных и воздушных линий при одностороннем их питании, генераторов, трансформаторов, высоковольтных электродвигателей.

Максимальная токовая защита относится к защитам с выдержкой времени. Ее обычно выполняют при помощи электромагнитных реле максимального тока и реле времени.

На рис. 1.4,a показана принципиальная схема максимальной защиты, выполненной при помощи электромагнитного реле максимального тока 1 и реле времени 2.

В нормальном режиме работы защищаемого звена контакты реле 1 и 2 разомкнуты.

При увеличении тока в обмотке реле / до определенного значения Iср (ток срабатывания защиты), оно срабатывает и замыкает своими контактами цепь обмотки реле времени, которое приходит в действие и через заданную выдержку времени замыкает контактами цепь отключающей катушки 4 привода выключателя; выключатель отключается.

В схеме предусмотрена оперативная цепь постоянного тока, заблокированная через блок-контакты 5 привода выключателя. При отсутствии блок-контактов контакты реле 2 при размыкании отключили бы ток, в отключающей катушке привода, вследствие чего они могли бы быть повреждены (из-за недостаточной мощности на размыкание).

Время действия t₃ зависит от времени срабатывания реле 2 и не зависит от величины тока к. з. в обмотке токового реле /, поэтому такую защиту называют защитой с независимой выдержкой времени (рис. 1.4,б).

На схеме рис.1.4, a показано также указательное реле 3, являющееся вспомогательным и служащее для сигнализации срабатывания реле.

В радиальных сетях с односторонним питанием максимальную токовую защиту включают с питающей стороны каждой линии. При этом для обеспечения селективности отключения выдержку времени защиты подбирают по ступенчатому принципу, согласно которому у каждой последующей защиты, считая по направлению к источнику питания, выдержку времени принимают на ступень времени больше, чем у предыдущей защиты.

Рис. 1.3. Неселективное отключение к. з. из-за отказа защиты вследствие ее неисправности.

Рис. 1.4. Максимальная токовая защита с независимой выдержкой времени а -- принципиальная однолинейная схема, б-- характеристика

Рассмотрим пример защиты от однофазного короткого замыкания на землю кабельных линий в сети напряжением 6--10 кВ с заземленной нейтралью. На рис. 1.5,a приведен эскиз применяемого для такой защиты специального трансформатора тока типа ТЗ, а на рис.1.5,б -- схема действия защиты. Действие защиты основано на том, что в нормальном режиме суммарный поток, создаваемый трехфазной системой токов в жилах кабеля, равен нулю. При замыкании на землю одной из фаз кабеля симметрия токов нарушается и возникает магнитный поток, который наведет э. д. с. в обмотке трансформатора тока ТЗ и в цепи реле Т появится ток. Реле срабатывает и дает сигнал о наличии повреждения в данной кабельной линии.

Расцепитель максимально-токовой защиты (МТЗ). Расцепитель состоит из датчика тока (для переменного тока -- трансформатора тока), блока сопротивления, полупроводникового блока и расцспителя МГЗ. Реле откалиброваны на заводе-изготовителе на определенную уставку по току и времени.

Блок МТЗ не срабатывает и выключатель не отключается по одной из следующих причин: нарушен контакт в цепи от датчика до блока МТЗ, неисправны трансформаторы тока, обрыв или витковое замыкание катушки максимального расцепителя, неисправность блока МТЗ, нарушение регулировки расцепителя с отключающим валиком. Возможные неисправности: зацепление И упора 9 толкателя за валик 7 мало-- необходимо установить зацепление 0,7--1,0 мм (рис. 1.6, б); при включении минимальный расцепитель отключает выключатель при нормальном напряжении -- необходимо проверить цепь катушки и восстановить контакт; при нажатии на кнопку включения электропривод не работает -- проверить цепь управления приводом: ярмо реле не притягивается -- проверить исправность катушки; выключатель не отключается при срабатывании одного из расцепителей -- довести зацепление и до нормы, проверить катушки расцепителей.

Расцепители максимального тока автомата проверяют током нагрузки, присоединив автомат к нагрузочному трансформатору НТ-10 (или аналогичного) и постепенно увеличивая ток нагрузки до срабатывания расцепителя. Трансформатор рассчитан на ток до 10 кА при напряжении 2--4 кВ и мощности 50 кВ·А. Все обнаруженные дефекты подлежат устранению или ремонту.

Реле минимальною напряжения мгновенного действия РНМ с выдержкой времени РНВ и максимального тока мгновенного действия РТМ с выдержкой времени РТВ. Они являются вторичными реле прямого действия, встраиваемыми в привод, в частности ПП-67. При осмотре и ремонте проверяют состояние сердечников, ударников, на которых не должно быть вмятин, глубоких рисок и деформаций. Если таковые есть, их устраняют шлифованием. Проверяют наличие осевых люфтов, которые устраняют регулировочным винтом. Проверяют состояние пружин и механизмов выдержки времени. Неисправные пружины заменяют. Проверяют и испытывают изоляцию обмоток реле. Проверяют места креплений, ослабленные пинты подтягивают. Проверяют четкость и безотказность работы реле при различных уставках тока, напряжения и времени.

Реле вторичные косвенного действия тока РТ и напряжении РН (рис. 1.6). Проверка реле включает: внешний осмотр, который сводится к очистке от пыли и грязи, проверке наличия пломб, маркировки, плотности прилегании кожуха реле к цоколю, целостности стекол; внутренний осмотр (при необходимости), при котором проверяют отсутствие пыли и посторонних частиц, осмотр деталей, крепление винтов, гаек, неподвижных контактов (17,18), состоящих из заднего гибкого упора 19, переднего упора 20 и бронзовой пластинки с серебряной напайкой 21. [7]

Проверяют трение работы механизма, для чего надо установить указатель на первую уставку шкалы 8 и повернуть ярмо 14 в сторону магнитопровода 1, при этом размыкающие контакты должны разомкнуться, а замыкающие -- замкнуться. Отпущенная подвижная система должна четко вернуться в исходное положение.

Определяют надежность фиксации упоров (левый упор 16), положение спиральной пружины 12 и крепление ее к хвостовику 13 ярма 14. Проверяют надежность затяжки гайки, обеспечивающей необходимое трение при перемещении указателя 9 по шкале 8. Контактные поверхности (подвижные 6 и неподвижные 17 и 18) очищают воронилом и протирают чистой тряпкой. Пользоваться для этой цели надфилем, бензином или касаться поверхности контактов руками запрещается! Ход контактов до замыкания не должен быть больше 2,5 мм. Угол поворота контактного мостика определяется упорами 16, имеющимися на ярме, и может изменяться посредством подгибания упоров.

Проверяют целостность обмоток 2 и сопротивление изоляции, которая должна быть 50 кОм. Электрическая прочность изоляции должна выдержать 1000 В, 50 Гц в течение 1 мин без перекрытия и пробоя. Проверяют ток (напряжение срабатывания, коэффициент возврата), пользуясь заводской документацией.

При необходимости и невозможности устранить дефекты подвижной системы, при значительных разбросах тока или напряжения (более 5%) от заданных уставок реле следует разобрать, соблюдая следующие правила.

Рис. 1.5. Защита от замыканий на землю в кабельных сетяха -- установка трансформаторов тока типа ТЗ; б -- схема действия защиты; 1 -- магнитопровод; 2 -- кабель; 3 -- обмотка



Рис. 1.6. Реле вторичные косвенного действия тока РТ и напряжения РН: а -- общий вид, б -- неподвижные контакты, в -- схема устройства реле, г -- схема соединений, д -- схема испытания реле РТ, е -- то же, реле РН; SF -- автомат, Т1 -- автотрансформатор, Т2 -- трансформатор ОСО-0,25, КА -- реле тока, KV -- реле напряжения, ТА -- трансформатор тока, R -- реостат, HL -- сигнальная лампа.

Реле устанавливают в строго вертикальном положении и выводят указатель шкалы влево за начальную уставку. При повороте указателя на 20--30° влево от первой точки шкалы при затирании подвижной системы, загрязнении или неисправности подпятника или концов оси 5 переход подвижного мостика происходит вяло или с рывком. При разборке отсоединяют провода, идущие к неподвижным контактам, отвертывают два винта и снимают шкалу и подшкальник. Отпаивают наружный конец спиральной пружины от хвостовика и снимают со стойки подвижную систему. Ослабляют стопорные винты, крепящие верхнюю и нижнюю полуоси, опускают верхнюю полуось 4, а нижнюю поднимают, после чего подвижная система легко вынимается. Отвертывают два винта и снимают пружинодержатель10 с укрепленными на нем указателем и пружиной.

Отвертывают гайки М5, снимают шкалы и вынимают из отверстия в пружинодержателе фасонный винт с шестигранной втулкой 11 и укрепленной пружиной.

Осматривают полуоси реле. Стальную шпильку, запрессованную в латунный цилиндр, очищают от грязи и полируют; поверхность стальной шпильки не должна иметь следов ржавчины, царапин или выбоин. Проверяют соосность латунного цилиндра и стальной шпильки, для этого латунный цилиндр зажимают в патроне ручной дрели и при вращении наблюдают за биением шпильки.

Очищают отверстия для полуосей в латунной П-образной скобе. Полочка ярма должна быть параллельна П-образной скобе и иметь ровный изгиб на всем своем протяжении. Проверяют надежность крепления гасителя колебаний 3 к латунной скобе и изоляционной колодки 7 с подвижным контактом к ярму; надежность закрепления внутреннего конца спиральной пружины в шестигранной втулке. Проверяют, с достаточным ли трением поворачивается шестигранная втулка на фасонном винте. Чистку подвижных и неподвижных контактов выполняют кусочком дерева твердых пород или кожей. Подгоревшие или имеющие выбоины контакты зачищают и полируют воронилом. Пользоваться надфилем, наждачной бумагой или другими абразивными материалами нельзя! Кроме того, недопустимо промывать контакты ацетоном или бензином, так как они образуют плохо проводящий налет.

После сборки и всех испытаний следует отрегулировать уставку реле по току (рис. 1.6, д) и уставку по напряжению (рис. 1.6, е). Пользуются реостатом 5--10 Ом и лампой 3,5 В, 1 Вт. Срабатывание реле определяют по лампе, возврат -- на слух в момент остановки ярма.

Промежуточное реле РП-341 (рис. 1.7). Сердечник должен быть установлен так, чтобы ярмо свободно вращалось на оси и в притянутом положении упиралось в немагнитную прокладку и полюс сердечника с катушкой. Зазор между ярмом и полюсом сердечника со стороны оси вращения ярма должен быть 0,1--0,2 мм при притянутом ярме (проверяется щупом). Установку положения сердечника производят перемещением его вверх или вниз при отпущенных винтах, крепящих сердечник к скобе. Нажатие подвижного контакта на неподвижный должно быть 0,12-- 0,18 Н, а каждой подвижной контактной пластины замыкающего контакта на толкатель -- не менее 0,08 Н. Провал контактов при нормальной мощности должен быть не менее 0,3 мм. При опущенном ярме зазор между угольником и подвижной пластиной переключателя контакта нормальной мощности должен быть 0,5--0,8 мм, а между замыкающими контактной нормальной мощности -- не менее 0,6 мм.

Межконтактный зазор усиленного замыкающего контакта должен быть 1,5--2 мм, размыкающего контакта после срабатывания реле -- не менее 2 мм. Для обеспечения переключения без разрыва цепи усиленных замыкающего и размыкающего контактов должен быть зазор 0,5-- 0,8 мм между угольником и подвижной контактной пластиной размыкающего контакта в момент замыкания замыкающего контакта. Регулировку при необходимости осуществляют подгибанием угольника, укрепленного на толкателе.

Нажатие усиленного замыкающего контакта после замыкания должно быть не менее 0,5 Н, а нажатие усиленного размыкающего контакта при опущенном ярме -- не менее 0,3 Н. Регулировку межконтактных зазоров выполняют подгибанием «язычка» хвостовика ярма, подрегулировки зазоров -- подгибанием неподвижных контактных пластин у места закрепления их в колодках (расстояние от места изгиба до колодки должно быть 3--8 мм, радиус изгиба при этом не менее 2 мм). При обесточенном реле хвостовик ярма должен упираться «язычком» в сердечник. Проверяют ток срабатывания и возврата по схеме рис. 1.7, б и при необходимости регулируют подгибанием переднего хвостовика скобы ярма, упирающегося в сердечник. Проверяют надежность работы контактов при максимальном токе короткого замыкания и дешунтирования электромагнита отключения. Для испытания используют нагрузочный трансформатор мощностью 500 В-А.

РТ- 83 и РТ- 84 - индукционное реле максимального тока с зависимой и независимой выдержкой времени

1. Технические характеристики максимального реле тока РТ-83, РТ-84

Реле применяется для защиты электрических установок при перегрузках и коротких замыканиях.

Реле являются комбинированными и состоят из двух элементов: индукционного с диском, создающего выдержку времени, и электромагнитного мгновенного действия создающего «отсечку» при больших значениях тока короткого замыкания.

Реле исполняются для цепей переменного тока частотой 50--60 гц.

Пределы уставок реле приведены в табл. 1.1

Рис. 1.7. Промежуточное реле РП-341: а -- общий вид, б -- схема регулировки, 1, 2 и 3 -- контакты, 4 -- основание, Б быстронасыщающийся трансформатор, 6--выпрямитель, 7 -- ярмо, 8 -- конденсатор, 9 -- обмотка реле, 10 -- сердечник, R -- реостат, ТН -- трансформатор нагрузочный, KL -- реле

Таблица 1.1. Пределы уставок реле

Тип	Iн, А	Индукционный элемент	Электромагнитный элемент
		Iср, А	время срабатывания*, сек	Iср.отсIср.инд.эл
РТ 83/1РТ 83/1у**	10	4; 5; 6; 7; 8; 9; 10	1; 2; 3; 4	2-8
РТ 83/2РТ 83/2у	5	2; 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5; 5	0,5; 1; 2; 3; 4	2-8
РТ 84/1РТ 84/1у	10	4; 5; 6; 7; 8; 9; 10	4; 8; 12; 16	2-8
РТ 84/2РТ 84/2у	5	2; 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5; 5	4; 8; 12; 16	2-8

* - При токе в реле, равном 10 Iср ** Буквой «у» обозначаются реле утопленного монтажа

Уставки тока отсечки регулируются до 16-кратной величины, однако при кратностях, больших 8, наблюдаются увеличенные разбросы токов срабатывания.

Разброс времени срабатывания (определение разброса см. реле РТ 40/Ф) индукционного элемента при полуторакратном токе уставки не более 1 сек для реле РТ 83 и 2 сек для реле РТ 84.

Отклонение величины I_ср электромагнитного элемента (отсечки) при уставке на Iср индукционного элемента 4 а для реле РТ 83/1 и РТ 84/1 и 3 а для реле РТ 83/2 и РТ 84/2 не превышает ±30% от Iнэлектромагнитного элемента.

При переходе на уставку № 7 индукционного элемента. отклонение действительных кратностей Iср электромагнитного элемента от, измеренных при указанных выше уставкахна Iср индукционного элемента (4 а для реле РТ 83/1 и РТ 84/1 и 3 а для реле РТ 83/2 и.РТ.84/2) не превосходит величин, указанных в табл. 1.2.

Погрешности для обоих типов реле при разных уставках времени идентичны таковым соответственно для реле РТ 81 и 82 (см. табл. 1.3). Инерционная ошибка реле не более 0,15 сек.

Мощность, потребляемая реле при токе, равном току уставки, не более 10 ва. Коэффициент возврата не менее 0,8.

Характеристики срабатывания индукционного элемента реле см. рис. 1.8 и 1.9.

Обмотка реле длительно выдерживает 1,1 Iн.

Обмоточные данные реле для исполнения 50 гц аналогичны реле РТ81 и 82 (табл. 1.4).

Таблица 1.2. Отклонения действительных кратностей I_ср электромагнитного элемента от измеренных при уставках 4а (РТ 83/1 и РТ 84/1) и 3а (РТ 83/2 и РТ 84/2) индукционного элемента

Номинальная кратность срабатывания	2	4	6	8
Отклонение действительной кратности Iср, %	+15	+40	+60	+100

Таблица 1.3. Погрешность реле, сек

РТ 81, 83 и 85	РТ 82, 84 и 86
Уставка времени	Погрешность	Уставка времени	Погрешность
0,5	0,1	2*	0,5
1	0,15	4	0,5
2	0,2	8	0,6
3	0,2	12	0,75
4	0,25	16	1

* - только для реле РТ 82 и РТ 84



Рис. 1.8. Характеристики времени действия индукционного элемента реле РТ 81/1, 83/1 и 85/1. Уставки на время срабатывания: 1 -- 0,5 сек; 2--1,0 сек; 3 -- 2,0 сек; 4-- 3,0 сек; 5 -- 4,0 сек.

Рис. 1.9. Характеристики времени действия индукционного элемента реле РТ 82/1, 84/1 и 86/1. Уставки на время срабатывания: 1--2,0 сек; 2 -- 4,0 сек; 3 -- 8,0 сек; 4 -- 12,0 сек; 5 -- 16,0 сек

Контактная система состоит из основного 1з контакта (может быть переделан в 1р контакт), срабатывающего от электромагнитного элемента (отсечки) мгновенно, и сигнального 1з контакта, срабатывающего от индукционного элемента с зависимой от тока выдержкой времени. Основной контакт реле допускает замыкание цепи постоянного или переменного тока, равного 5 а, при напряжении 250 в; разрыв включенной цепи должен быть произведен другим аппаратом. Контакт допускает разрыв цепи переменного тока, равного 2 а, и постоянного тока -- 0,5 А при напряжении до 250 в.Если управляемая цепь питается от трансформатора тока и при токе 4 а имеет полное сопротивление не более 4 ом, то контакты реле способны шунтировать и дешунтировать эту цепь при токе до 50А.

Коммутационная способность сигнального контакта при напряжении до 250 в составляет 0,2 а в цепи постоянного и 1 А в цепи переменного тока. Реле снабжено указателем срабатывания главных контактов с ручным возвратом (для возврата указателя не требуется снятия кожуха).

Таблица 1.4. Обмоточные данные реле

Iн, А	Число витков	Марка и диаметр провода по меди, мм
10	60*	ПБД 1,95
5	120**	ПБД 1,45

* - Ответвления 12, 20, 26, 30, 33, 36 витков** - Ответвления 24, 40, 52, 60, 66, 72 витков

РЕЛЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

Применение полупроводниковых приборов (диодов и триодов) [8] позволяет уменьшить размеры реле, снизить потребление мощности от измерительных трансформаторов, повысить чувствительность, улучшить характеристики и выполнить реле без контактов и движущихся частей.

Полупроводниковые приборы имеют большие разбросы характеристик, зависимость параметров от температуры и нелинейность сопротивлений. Однако при учете этих недостатков в процессе конструирования их нежелательное влияние на параметры реле можно ограничить до допустимых пределов.



Рис.1.10. Габаритные размеры реле РТ 83 и 84

а - переднее присоединение, б - заднее присоединение* - для реле типов РТ-81, РТ82, РТ-91; ** - для реле типов РТ-83, РТ84, РТ-96; *** - для реле типов РТ-85, РТ95; **** - для реле типов РТ-83, РТ84, РТ-85, РТ86, РТ-95.

С использованием полупроводников могут выполняться как основные реле (т. е. реле тока, напряжения, мощности и сопротивления), так и элементы логической части схем защит.

Простые реле, реагирующие на одну электрическую величину -- ток или напряжение, выполняются, как правило, на выпрямленном токе с помощью диодов. В качестве реагирующего (исполнительного) органа при этом используются высокочувствительные электромагнитные, поляризованные или магнитоэлектрические реле.

Более сложные реле, такие как реле мощности и сопротивления, реагирующие на две электрические величины -- ток и напряжение, могут выполняться с использованием полупроводников на одном из следующих принципов [9]:

1) н а сравнении абсолютных значений двух электрических величин и - Такие реле выполняются на.выпрямленном токе: в них сравниваемые напряжения переменного тока и выпрямляются, а затем сопоставляются по величине с помощью специальных схем сравнения (фазочувствительных схем);

2) на сравнении фаз мгновенных значений двух электрических величин и - Реле такого типа выполняются с помощью фазосравнивающих схем, позволяющих определить сдвиг фаз между и -

...