Предмет и цели изучения модуля № 8

8. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИЗАЦИЯ

Лабораторная работа № 8.1

Лабораторная работа № 8.2

Лабораторная работа № 8.3

8.3.1 Принцип действия токовых защит

8.3.2 Защита сетей с помощью максимальной токовой защиты

8.3.3 Защита сетей с помощью токовых отсечек

8.3.4 Защита радиальных линий напряжением 10 кВ и силовых трансформаторов

8.3.5 Расчет параметров срабатывания МТЗ

Лабораторная работа № 8.4

Вопросы для самопроверки к модулю 8

Тест к модулю 8

Предмет и цели изучения модуля № 8

В условиях эксплуатации возможны повреждения отдельных элементов системы электроснабжения. В ряде случаев повреждение должно быть ликвидировано в течение долей секунды, совершенно очевидно, что человек не в состоянии справиться с такой задачей. Поэтому для определения места повреждения и подачи сигнала на отключение соответствующих выключателей устанавливаются специальные автоматические устройства называемые релейной защитой. Релейная защита в зависимости от аварийной ситуации может действовать на отключение или на сигнал.

Релейная защита - только часть автоматики, получившая применение в системах раньше других автоматических устройств. Вместе с тем, одна релейная защита не в состоянии обеспечить надежность и бесперебойность электроснабжения. В этом нетрудно убедиться на примере рассмотренных схем электроснабжения. Распределительную подстанцию в сетях напряжением 6 – 10 кВ (см. раздел 7) обычно выполняют в виде двух секций. Каждая питающая линия связана только со своей секцией и обеспечивает питание потребителей только своей секции. При повреждении одной из линий и ее отключении соответствующая секция обесточивается, а электроснабжение ее потребителей прекращается. Электроснабжение потребителей может быть восстановлено, если включить секционный аппарат. Эта операция должна быть осуществлена возможно быстрее для потребителей первой категории, поэтому в качестве секционного аппарата используется выключатель и для его включения используется устройство автоматики, получившее название автоматического включения резерва - АВР.

Опыт эксплуатации воздушных линий электропередач показывает, что после быстрого отключения до 70 – 90% повреждений самоустраняются, а линия, включенная повторно, остается в работе. И здесь повторное включение осуществляется с помощью автоматики - устройством, получившим название автоматического повторного включения - АПВ.

В результате изучения этого модуля вы будете знать:

–принцип действия и схемы основных защит, применяющихся в сельских электрических сетях.

–возможные схемы соединения измерительных трансформаторов тока для подключения устройств релейной защиты.

–рассчитывать параметры срабатывания основных защит.

8. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИЗАЦИЯ

Релейной защитой называются устройства, реагирующие на возникновение в электрической установке аварий или ненормальных режимов. Она выполняется на основе специальных автоматических устройств, называемых реле, которые приходят в действие (срабатывают) при определенном значении, воздействующих на них входных величин. Под релейным действием понимается скачкообразное изменение состояния управляемой цепи (например, ее замыкание или размыкание) при заданных значениях величин, характеризующих определенное отклонение режима контролируемого объекта.

1. Селективность (избирательность) действия. Релейная защита должна подавать сигнал на отключение только поврежденного участка, т.е. действовать избирательно.
2. Быстродействие. Релейная защита должна как можно быстрее реагировать на появившееся в сети или электроустановке повреждение и быстро подавать сигнал на отключение, т.к. время отключения электроустановки складывается из времени действия релейной защиты и полного времени отключения выключателя.
3. Чувствительность. Под чувствительностью релейной защиты понимается ее способность реагировать на возможные повреждения при минимальном значении величины, на которую она настраивается (например, при минимальном значении тока короткого замыкания).
4. Надежность. Под надежностью понимается свойство релейной защиты безотказно выполнять заданные функции в пределах установленной для нее зоны действия. Релейная защита не должна работать неправильно в режимах, при которых ее работа не предусматривается.

В устройствах релейной защиты и автоматики применяются электрические, механические и тепловые реле.

Механические реле реагируют на неэлектрические величины: давление, скорость истечения жидкости или газа, частоту вращения, уровень жидкости и т. п.

Тепловые реле реагируют на количество выделенного тепла или изменение температуры.

Электрические реле реагируют на электрические величины: ток, напряжение, мощность, частоту, сопротивление, угол между током и напряжением или двумя токами, или двумя напряжениями.

Наибольшее распространение в релейной защите получили электрические реле, которые выполняются, главным образом, на электромагнитном и индукционном принципах. Все более широкое распространение получают поляризованные и магнитоэлектрические реле, включаемые в цепи переменного тока через выпрямители, а также полупроводниковые реле на электронной элементной базе.

Все электрические реле делятся по назначению на три группы:

- основные реле, непосредственно реагирующие на изменение контролируемых величин (ток, напряжение, мощность, частота, сопротивление и т. д.);

- вспомогательные реле, управляемые другими реле и выполняющие функции введения выдержки времени, размножения контактов, передачи команд от одних реле к другим, воздействия на выключатели, сигналы и т.п. (реле времени, промежуточные);

- сигнальные (указательные) реле, фиксирующие действие защиты и управляющие звуковыми и световыми сигналами.

Все электрические реле имеют воспринимающий орган, который непосредственно воспринимает изменения электрических величин, подведенных к реле (катушка), и производит соответствующие им изменения в других органах или частях реле, и исполнительный орган (контакты), который, воздействуя на внешние цепи, производит отключение выключателей, подачу предупредительных сигналов или запуск других реле.

В зависимости от электрической величины, на которую реагирует воспринимающий орган, электрические реле бывают: тока, напряжения, мощности, сопротивления и частоты, а по характеру изменения воздействующей величины делятся на реле максимальные и реле минимальные.

Максимальные реле срабатывают, когда значение воздействующей величины превосходит заданную, а минимальные – когда значение воздействующей величины снижается ниже заданной.

По способу включения воспринимающего органа различаются реле первичные, у которых воспринимающий орган включается непосредственно в цепь защищаемого элемента, и вторичные, у которых воспринимающий орган включается через измерительные трансформаторы тока и напряжения.

По способу воздействия исполнительного органа различаются реле прямого действия, у которых исполнительный орган отключает выключатель путем механического воздействия (реле максимального тока типа РТМ и РТВ и реле минимального напряжения типа РНМ и РНВ), и реле косвенного действия, исполнительный орган которых воздействует на катушку отключения (включения) выключателя с помощью оперативного тока.

Практическое применение получили следующие три группы реле:

1) первичные реле прямого действия это максимальные реле тока, минимального напряжения и электротепловые реле. Первичные реле прямого действия встраиваются непосредственно в выключатели и магнитные пускатели;

2) вторичные реле прямого действия это максимальные реле тока и напряжения, действующие мгновенно и с выдержкой времени, которые встраиваются в приводы выключателей;

3) вторичные реле косвенного действия это основная и наиболее многочисленная группа реле всех типов.

Все реле характеризуются следующими основными параметрами:

Параметр срабатывания – это значение влияющего параметра (тока, напряжения и т. д.), при котором реле срабатывает.

Заданное пороговое (граничное) значение воздействующей величины, при котором реле должно сработать, называется уставкой, а положение указателя на шкале реле, соответствующее этому значению, называется уставкой по шкале.

Параметр возврата – это значение влияющего параметра, при котором реле возвращается в исходное положение.

Коэффициент возврата К_в – отношение параметра возврата к параметру срабатывания.

Для максимальных реле К_в<1, для минимальных К_в>1.

Погрешность срабатывания – отклонение параметра срабатывания реле от уставки, выраженное в процентах, например:

,

(8.1)

где I_с.р. – ток срабатывания реле при данной уставке;

I_у – уставка тока срабатывания.

Принцип действия электромагнитных реле основан на взаимодействия магнитного поля обтекаемой током обмотки с ферромагнитным якорем.

Реле могут работать на постоянном и переменном оперативном токе.

Оперативным током называется ток, питающий цепи дистанционного управления выключателями, устройства релейной защиты, автоматики, сигнализации, телемеханики.

В качестве источников постоянного оперативного тока на подстанциях используются аккумуляторные батареи, которые являются независимым и наиболее надежным источником питания оперативных цепей. Однако это дорогостоящее устройство, требующее наличия специального отапливаемого помещения с вентиляцией, квалифицированного обслуживающего персонала, зарядного и подзарядного агрегатов и т.п. Поэтому аккумуляторные батареи используются только на электростанциях и крупных подстанциях при напряжениях 110 кВ и выше.

В сельских электрических сетях чаще всего применяется переменный оперативный ток. Источниками переменного оперативного тока могут служить:

- измерительные трансформаторы тока и напряжения;

- трансформаторы собственных нужд подстанций;

- специальные блоки питания, преобразующие переменный ток в постоянный;

- предварительно заряженные конденсаторы.

Лабораторная работа № 8.1

Цель работы: Целью работы является изучение принципа действия, конструкции и проведение испытаний электромагнитных реле тока типа РТ-40, напряжения типа PH-50, промежуточных реле типа РП-26, указательных реле типа РУ-81.

Схема реле типа РТ-40 представлена на рис. 8.1. Реле состоит из следующих основных частей (деталей): электромагнита 1 с обмоткой 10, состоящей из двух катушек, расположенных на верхнем и нижнем стержнях электромагнита; якоря 2, жестко укрепленного на оси 9; подвижных контактных мостиков 5, укрепленных на якоре с помощью изоляционной колодки; спиральной противодействующей пружины 8, связанной внутренним концом с осью якоря, а внешним концом с указателем уставки 7; неподвижных контактов 4. Перестановкой перемычек на выведенных концах катушек обмотки 10 можно осуществить параллельное и последовательное соединение катушек реле и соответственно изменять значение уставок в 2 раза.

При прохождении по обмоткам электромагнита тока магнитный поток, создаваемый этим током, намагничивает подвижный якорь и он притягивается к сердечнику, в результате чего поворачивается контактный мостик 5 и соприкасается с неподвижными контактами 4, цепь замыкается. Электромагнитный момент зависит от числа витков обмотки, значения тока в обмотке и угла поворота якоря, а усилие от пружины – от начальной затяжки пружины, угла и поворота якоря. Уставки срабатывания токовых реле РТ-40 регулируются изменением натяжения пружины с помощью поводка 7 и изменением соединения катушек обмотки реле (последовательно или параллельно), что изменяет пределы шкалы в 2 раза. Коэффициент возврата у максимальных реле не менее 0,8, у минимальных – не более 1,2.

Рис. 8.1. Электромагнитное токовое реле РТ-40

Погрешность тока срабатывания не превышает ±5 %. Для гашения вибрации контактов реле тока РТ-40 имеют механическое устройство – гаситель вибрации 3, представляющий полый цилиндр и заполненный песком, который поглощает энергию удара якоря об упоры.

Реле РТ-40 является максимальным и используется в схемах РЗА в качестве органа, реагирующего на повышение тока в контролируемой цепи. Реле выпускают девяти исполнений с различными диапазонами уставок, от 0,05 до 200 А. Потребляемая мощность от 0,2 до 8 ВА.

Реле напряжения переменного тока типов РН-53 и РН-54 выполнены конструктивно аналогично реле РТ-40. Отличием является отсутствие гасителя вибрации и иная схема включения обмоток. У этих реле, которые постоянно находятся под напряжением, для снижения вибрации подвижной системы обмотка реле, состоящая из двух последовательно соединенных катушек с большим числом витков, включена в сеть переменного тока не непосредственно, а через выпрямительный мост и добавочные резисторы (см. схему внутренних соединений на этикетке реле). У реле два диапазона уставов. В диапазоне меньших уставок обмотка реле подключается к контролируемой цепи через один резистор, в диапазоне больших уставок – через два последовательно соединенных резистора.

Максимальные реле напряжения типа РН-53, применяемые в схемах РЗА, имеют коэффициент возврата не ниже 0,8, а минимальные реле напряжения типа РН-54 – не выше 1,25. Напряжением срабатывания минимального реле называется напряжение, при котором происходит отпускание реле и замыкание размыкающих контактов; напряжением возврата – напряжение, при котором якорь реле притягивается к сердечнику, и замыкающие контакты замыкаются.

Кроме рассмотренных, выпускаются реле напряжения постоянного тока типа РН-51 и специальные реле переменного тока типа РН-58 с повышенным коэффициентом возврата – 0,95.

Основным назначением РП является: разгрузка контактов основного реле при необходимости замыкания или размыкания цепей такой мощности, на которую контакты основного реле не рассчитаны; размножение контактов основного реле в тех случаях, когда при срабатывании последнего требуется одновременно замкнуть или разомкнуть несколько цепей (например, одновременное отключение от защиты нескольких выключателей).

Промежуточные реле выполняются на электромагнитном принципе и могут работать на оперативном постоянном и переменном токе. В зависимости от назначения промежуточные реле выпускаются с обмотками напряжения или обмотками тока или теми и другими одновременно. Реле постоянного тока изготавливаются на напряжения 24, 48, 110 и 220 В, а переменного тока – на 127, 220 и 380 В.

Промежуточные реле типов РП-23 и РП-24 выполняются для работы на постоянном токе, а РП-25 и РП-26 – на переменном токе. Для предотвращения вибрации подвижной системы реле РП-25 и РП-26 имеют короткозамкнутый виток на сердечнике электромагнита.

Реле РП бывают быстродействующие (0,011...0,6 с) и с замедлением при срабатывании (до 0,25 с) или при возврате (до 1,4 с). Последнее достигается установкой на сердечнике медных демпфирующих шайб (реле РП-252), демпфирующих обмоток (РП-253), а также при помощи контура RC, подключаемого параллельно обмотке реле.

1. Записать основные технические (паспортные) данные используемых в работе реле приборов и аппаратуры управления.

2. Изучить принцип действия и конструкцию представленных на стенде реле. Выяснить принципиальные отличия реле тока и напряжения, способы регулирования уставок.

3. Ознакомиться со схемами внутренних соединений и начертить их в тетради для лабораторных работ.

4. Измерить токи и напряжения срабатывания и возврата реле на разных уставках на шкале. Определить коэффициенты возврата и погрешность срабатывания реле.

Рис. 8.2. Схема испытаний реле тока РТ-40

Собрать схему рис. 8.2. Измерить токи срабатывания и возврата реле на разных уставках по шкале. Для этого плавно увеличивайте ток в обмотке реле до загорания сигнальной лампы (ток срабатывания реле), а затем уменьшайте ток до погасания лампы (ток возврата реле). В таблицу 8.1 запишите результаты трехкратных измерений для максимальной, минимальной и промежуточной уставок. Определите средние значения тока срабатывания и возврата и по ним подсчитайте коэффициенты возврата, оцените погрешности срабатывания реле.

Таблица 8.1

Собрать схему для испытаний реле минимального напряжения типа РН-54 (рис. 8.3).

Измерить напряжения срабатывания и возврата реле на разных уставках по шкале. Плавно увеличивайте напряжение до погасания сигнальной лампы (напряжение возврата реле), а затем снижайте до загорания лампы (напряжение срабатывания реле). Запишите результаты измерений для трех уставок реле в таблицу 8.2. Оцените погрешность срабатывания и коэффициенты возврата.

Рис. 8.3. Схема испытаний реле напряжения

Таблица 8.2

Собрать схему для испытания промежуточных реле типа РП-25 (рис. 8.4).

Рис. 8.4. Схема испытаний промежуточных реле

Определите напряжение и ток срабатывания РП (плавно увеличивая напряжение ЛАТРом) по показаниям приборов. Результаты записать в таблицу 8.3.

Таблица 8.3

Собрать схему для испытания указательных реле типа РУ-21 (схема аналогична рис. 8.4). Замерить ток и напряжение срабатывания реле РУ-21. Результаты записать в таблицу 8.4.

Таблица 8.4

5. Сделать выводы по работе.

Отчет должен содержать:

1. Цель работы.
2. Характеристику используемых в работе реле.
3. Схемы испытания реле.
4. Таблицы с результатами испытаний.
5. Выводы по работе.

1. Как регулируется ток и напряжение срабатывания у реле типов РТ-40 и РН-50?
2. Почему для максимальных реле коэффициент возврата меньше единицы, а для минимальных реле – больше единицы?
3. Какие электромагнитные реле относятся к категории вспомогательных реле?
4. Каковы конструктивные особенности рассмотренных реле?
5. Что такое оперативный ток?
6. Назовите главное требование к источникам оперативного тока.
7. Преимущества и недостатки источников постоянного оперативного тока.
8. Преимущества и недостатки источников переменного оперативного тока.
9. Какие реле называются реле прямого и косвенного действия?
10. Преимущества и недостатки первичных и вторичных реле.

Лабораторная работа № 8.2

Цель работы: Изучить принцип действия, конструкцию и провести испытания реле серии РТ-80 и реле времени ЭВ-200.

Реле типов РТ-80 и РТ-90 по принципу действия являются комбинированными и состоят из двух элементов: индукционного с вращающимся диском электромагнита имеющих общий магнитопровод. Конструктивное выполнение реле РТ-80 показано на рис. 8.5, а.

Индукционный элемент состоит из электромагнита 1; подвижной рамки 13; алюминиевого диска 9, укрепленного вместе с червяком 12 на оси, стальной скобы 5, укрепленной на рамке; зубчатого сектора (сегмента) 11; тормозного постоянного магнита 10; винта регулировки уставки выдержки времени 16 с движком шкалы уставок времени 14; пружины 6, удерживающей рамку в начальном положении; винтов 4 и 8 для регулирования угла поворота рамки.

Электромагнитный элемент, представляющий собой токовое реле мгновенного действия, состоит из стального якоря 19 с укрепленным на нем коромыслом 15 для поворота якоря; регулировочного винта отсечки 18 со шкалой.

Кроме того, общими для обоих элементов являются: обмотка 22 с ответвлениями, выведенными на контактную колодку 20 с двумя контактными винтами 21; контакты реле 17 и механический указатель (флажок) срабатывания, который на рис. 8.5, а, не показан.

При прохождении тока по обмотке реле в зазоре между полюсами создаются магнитные потоки, сдвинутые в пространстве и по фазе (за счет наличия на части полюса короткозамкнутого витка), которые пронизывают находящийся в зазоре диск и создают на нем вращающийся момент, рис. 8.5, б. При токе, равном 20...30% тока срабатывания, диск начинает вращаться и вращать укрепленный на его оси червяк 12. Но так как рамка 13 оттянута пружиной в крайнее положение, то червяк не входит в зацепление с зубчатым сектором.

Рис. 8.5. Реле серии РТ-80

При определенном значении тока в реле суммарная сила, воздействующая на диск и через него на рамку, превысит силу пружины 6. В этот момент рамка с диском повернется, и червяк войдет в зацепление с зубчатым сектором, который начинает подниматься.

Наименьшей ток, при котором происходит зацепление червяка с зубчатым сектором, называется током срабатывания индукционного элемента реле.

По истечении некоторого времени сектор упирается своим рычагом в коромысло якоря, поворачивая его. Правый конец якоря при этом опускается и притягивается к магнитопроводу, а своим левым концом замыкает (или размыкает) контакты реле.

Скорость вращения диска зависит от протекающего по обмотке тока, то есть реле имеет зависимую от тока характеристику времени срабатывания. При увеличении тока в обмотке реле до 6-8-кратного значения от тока срабатывания реле, наступает насыщение стали электромагнита, вследствие чего при дальнейшем увеличении тока магнитный поток остается почти неизменным и реле работает с одним и тем же временем. При этом зависимая часть характеристики переходит в независимую.

Если к обмотке реле подвести сразу большой ток, достаточный для притягивания якоря электромагнитного элемента к магнитопроводу, то реле будет срабатывать без выдержки времени мгновенно. Таким образом, электромагнитный элемент может действовать как совместно с индукционным элементом, так и самостоятельно, отсекая часть характеристики при больших токах. Поэтому электромагнитный элемент называется отсечкой.

Ток срабатывания отсечки регулируется путем изменения числа витков обмотки (одновременно с индукционным элементом) и, кроме того, с помощью регулировочного винта 18.

Реле типа РТ-90 имеет характеристику времени срабатывания, мало зависящую от тока, ее независимая часть начинается примерно при 3-4-кратном токе срабатывания.

Реле типов РТ-85, PT-86 и РТ-95 имеют контакты специальной усиленной конструкции и предназначены для выполнения защиты на оперативном переменном токе. Контакты этих реле рассчитаны на шунтирование и дешунтирование цепи отключающей катушки с сопротивлением до 4,5 Ом при токе до 150 А.

Уставку кратности отсечки, нанесенную на регулировочном винте, изменяющим зазор между якорем и электромагнитом, регулируют в пределах от 2 до 8:

.

(8.2)

Уставку выдержки времени t_у, отсчитываемую по независимой части характеристики реле, наносят на шкале времени и регулируют винтам 16, изменяющим величину перемещения сегмента с рычагом, вызывающим замыкание (или размыкание) контактов реле.

Выдержка времени реле зависит от трех факторов: от уставки выдержки времени, уставки тока и силы тока, действительно протекающего в обмотке реле. На табличке реле нанесены две крайние характеристики, соответствующие минимальной и максимальной уставкам выдержки времени.

Коэффициент возврата реле (для элемента с выдержкой времени) не менее 0,8.

Благодаря универсальности реле серии РТ-80, включающего в себя мгновенное токовое реле, реле с выдержкой времени, не требующего промежуточных реле для усиления контактов, оно очень широко применяется в схемах защит систем сельского электроснабжения.

Реле времени типа ЭВ-200

Реле времени предназначены для замедления действия релейной защиты, т. е. для создания выдержки времени. В нашей стране получили широкое распространение и изготовляются промышленностью реле времени с часовыми механизмами для работы на постоянном (реле серии ЭВ-100) и переменном (реле серии ЭВ-200) оперативном токе.

Основными элементами этих реле являются электромагнит и специальный часовой механизм, с помощью которого создается требуемая выдержка времени. Устройство реле времени типов ЭВ-100 и ЭВ-200 показано на рис. 8.6. При отсутствии тока в обмотке катушки 1, якорь 3, под действием возвратной пружины 4, поднимает заводной рычаг 9 часового механизма вверх до упора. При этом зубчатый сектор 10 покачивает шестерню 11 и устанавливает подвижный контакт 12 в начальное положение, одновременно растягивается рабочая пружина 15-часового механизма.

Рис. 8.6. Устройство реле времени типов ЭВ-100 и ЭВ-200

При прохождении тока в обмотке якорь 3 втягивается, освобождает рычаг 9, и под действием рабочей пружины 15, выходной вал часового механизма вместе с подвижным контактом 12, начинает поворачиваться до замыкания неподвижного контакта 13. Последним производится изменение уставки выдержки времени, закрепляя его на шкале на разном расстоянии от подвижного контакта. Реле имеют также проскальзывающие контакты 5, 6 и замыкающиеся мгновенно.

Реле серии ЭВ-200 используют в схемах релейной защиты и автоматики на переменном оперативном токе для создания выдержки времени при срабатывании (ЭВ-217, ЭВ-227, ЭВ-237, ЭВ-247) или при возврате из-за исчезновения напряжения в контролируемой цепи (ЭВ-215...ЭВ-245).

Реле этой серии отличаются от реле серии ЭВ-100 только конструкцией электромагнита, который набирается из листовой стали, и тем, что на его полюсах размещаются короткозамкнутые витки для предотвращения вибрации.

1. Записать основные технические (паспортные) данные используемых в работе реле, приборов и аппаратуры управления

Рис. 8.7. Схемы для испытания реле РТ-83

2. Изучить принцип действия и конструкцию реле РТ-83 и реле времени ЭВ-237, представленных на стенде. Изучить принцип действия и устройство реле тока типа РТ-83, обратив внимание на магнитную систему, короткозамкнутые витки, диск, подвижную рамку, зубчатый сегмент якорь электромагнита мгновенного действия, контакты реле устройства для регулировки времени действия и тока срабатывания, винт регулировки отсечки.

Ознакомиться с принципом действия и конструкцией реле типа ЭВ-237.

З. Ознакомиться со схемами внутренних соединений реле.

4. Проверить шкалу токов срабатывания индукционного элемента реле типа PT-83 и шкалу кратностей отсечки реле, снять временные характеристики реле – время срабатывания реле в функции от тока в обмотке реле при заданной уставке выдержки времени и неизменной уставке тока.

Для элемента с выдержкой времени собрать схему испытания реле РТ-80, (рис. 8.7,а). Проконтролировать токи срабатывания и возврата индукционного реле на всех уставках. Определить коэффициенты возврата. На одной из уставок проверить ток начала работы реле. (Поставить уставку тока при плавном увеличении тока от нуля определить ток, при котором срабатывает реле, когда червяк входит в зацепление с зубчатым сегментом). Результаты измерений записать в таблицу 8.5.

Собрать схему рис. 8.7, б. При минимальной уставке снять характеристику зависимости времени срабатывания от тока реле, снять 5-6 точек (после каждого срабатывания поднимать блинкер, на отсечке поставить максимальную уставку). Результаты измерений записать в таблицу 8.6.

Таблица 8.5

Собрать схему рис. 8.7, в. Установить максимальное время уставки. Проверить ток срабатывания электромагнитного элемента.

Результаты измерений записать в таблицу 8.7.

Таблица 8.6

Таблица 8.7

I_{у min}= A, t_у= C

5. Провести испытания реле времени ЭВ-237. Определить напряжение срабатывания и проверить шкалу уставок выдержки времени.

Собрать схему испытания реле времени типа ЭВ-237 (рис. 8.8).

Определить напряжения срабатывания реле, т.е. минимальное напряжение, при котором якорь реле четко до упора втягивается в катушку, (напряжение срабатывания определяется при подаче на обмотку реле напряжения толчком); плавно уменьшая напряжение, определить значение напряжения возврата реле. Полученное значение напряжения срабатывания не должно превышать 0,7×U_ном. Напряжение возврата должно быть не менее 0,05 U_ном.

Проверить время срабатывания на наибольшей, наименьшей и рабочей (заданной преподавателем) уставках по шкале при номинальном напряжении на обмотке. На каждой уставке следует производить не менее пяти измерений, полученные результаты испытаний записать в таблицу 8.8. Подсчитать абсолютные значения разброса и отклонения от уставки, сравнить полученные результаты с техническими данными в справочной литературе.

Разброс точек срабатывания определяется:

(8.3)

Сделайте вывод по работе, проанализируйте результаты испытаний реле РТ-80 и РB-237. Сделайте выводы о влиянии регулирования отдельных уставок на другие параметры реле.

Рис. 8.8. Схема испытаний реле времени

Таблица 8.8

Отчет должен содержать:

1. Цель работы.
2. Характеристику используемых в работе реле.
3. Схемы испытания реле.
4. Таблицы с результатами испытаний.
5. Выводы по работе.

1. Поясните принцип действия индукционных реле.

2. Назовите основные элементы реле тока типа РТ-80.

3. Что такое независимая, ограниченно зависимая и зависимая характеристика реле?

4. Объясните, как получается ограниченно зависимая характеристика реле РТ-80.

5. Объясните действие токовой отсечки в реле РТ-80.

6. Как регулируются параметры срабатывания реле РТ-80 в зависимой и независимой частях характеристик?

7. Как производится изменение тока срабатывания токовой отсечки реле?

8. Как производится регулирование выдержки времени у реле типа ЭВ-200?

9. В чем отличие реле РТ-81…РТ83 от РТ-85…РТ-86?

Лабораторная работа № 8.3

Цель работы: Изучить назначение и принцип работы максимальных токовых защит (МТЗ) и токовых отсечек (ТО), методы расчета основных параметров защиты.

8.3.1 Принцип действия токовых защит

Одним из наиболее характерных признаков возникновения короткого замыкания (КЗ), а также других нарушений нормального режима работы электроустановок является резкое увеличение тока, который становится значительно больше тока нагрузки. Этот признак используется для выполнения защит, называемых токовыми.

Токовые защиты подразделяются на максимальные токовые защиты (МТЗ) и токовые отсечки (ТО), основное различие между этими защитами заключается в способе обеспечения селективности.

Селективность действия МТЗ достигается с помощью выдержки времени, а селективность действия ТО обеспечивается соответствующим выбором тока срабатывания.

8.3.2 Защита сетей с помощью максимальной токовой защиты

МТЗ является основным видом защиты для сетей с односторонним питанием (радиальных), а в сетях более сложной конфигурации она используется как вспомогательная (резервная).

Структурная схема МТЗ приведена на рис. 8.9.

МТЗ устанавливается в начале каждой линии со стороны источника питания. К токовому реле МТЗ через трансформатор тока ТА подводится ток, проходящий по защищаемому элементу. При нормальных значениях тока нагрузки защита не действует, но когда ток увеличивается и достигает заранее установленного значения, защита сработает и отключит выключатель Q. При КЗ в точке К₁ ток КЗ проходит по всем участкам сети от источника питания до места повреждения, в результате чего приходят в действие все защиты (1,2,3), но по условиям селективности должна сработать защита МТЗ₃. Значение тока, при котором происходит срабатывание защиты, называется током срабатывания защиты. Время срабатывания защиты от момента возникновения сверхтока до воздействия на выключатель называется выдержкой времени. В схеме (рис. 8.9) наименьшую выдержку времени t, должна иметь защита MT3₁, большую на М имеет защита MT3₂ и еще большую на М защита MT3_3. При такой настройке выдержки времени электросети при возникновении КЗ в точке К₁ запустятся все защиты, но первой сработает защита MT3₃ и отключит выключатель Q₃. После этого прохождение тока КЗ прекратится, и защиты MT3₁ и MT3₂ вернутся в исходное положение, не успев подействовать на отключение из-за установленной на них выдержки времени.

Рис. 8.9. Схема размещения МТЗ в радиальной сети с односторонним питанием

В результате ликвидации аварии будет отключен только поврежденный участок, а неповрежденные участки останутся в работе. МТЗ широко применяются для защиты от КЗ линий, трансформаторов двигателей.

Схема выполнения МТЗ с выдержкой времени осуществляется обычно с использованием токовых реле типа РТ-40 в качестве пускового органа, и реле времени в качестве органа выдержки времени (рис. 8.10, а) В реле типа РТ-80 и РТВ оба органа объединены в одно реле (рис. 8.10, б).

Схемы включения пусковых органов МТЗ с трансформаторами тока рассмотрены в лабораторной работе № 8.4 (вместо приборов включаются токовые катушки реле).

Рис. 8.10. Схемы выполнения МТЗ: а – на базе реле типа РТ-40; б – на базе реле типа РТ-80 или РТВ

Наиболее распространенными схемами максимальной токовой защиты для сетей с изолированной нейтралью являются: схемы МТЗ, выполненные с помощью реле тока прямого действия РТВ, которые встраиваются непосредственно в приводы выключателя.

Защита такого типа широко применяется в сетях до 35 кВ включительно на выключателях, оборудованных ручными, грузовыми и пружинными автоматическими приводами с встроенными реле.

В сельских электрических сетях могут использоваться схемы МТЗ с независимой характеристикой времени срабатывания на оперативном постоянном и переменном токе, включающие в себя два пусковых токовых реле мгновенного действия типа РТ-40, одно реле времени и одно указательное реле. В схеме на переменном оперативном токе, кроме указанных реле используются также два промежуточных реле типа РП-341, имеющие мощные переключающие контакты для включения отключающих катушек.

В сетях с изолированными нейтралями (сети напряжением 10 и 35 кВ) применяются двухфазные схемы максимальной токовой защиты с зависимой характеристикой времени срабатывания на постоянном оперативном токе с использованием реле типа РТ-81…РТ-83, а в схеме на переменном оперативном токе – с реле типа РТ-85 или РТ-86 с мощными переключающими контактами для дешунтирования катушек отключения выключателей.

Максимальные токовые защиты обладают относительной селективностью и могут приходить в действие при внешних КЗ, резервируя предыдущие защиты. Поэтому для каждой защиты выявляют основную зону действия и зону резервирования. Работа МТЗ в радиальной сети с односторонним питанием показана на рис. 8.9. Например, для МТЗ второго участка линии (основная зона защиты от Q₂ дo Q₃) короткие замыкания на участке 1 (точка К₁) входят в зону ее резервирования.

8.3.3 Защита сетей с помощью токовых отсечек

Отсечка является разновидностью токовой защиты, позволяющей обеспечить быстрое отключение КЗ. Токовые отсечки подразделяются на отсечки мгновенного действия и отсечки с выдержкой времени (0,3–0,6 с).

В отличие от МТЗ селективность действия токовой отсечки достигается не выдержкой времени, а ограничением зоны ее действия так, чтобы отсечка не работала при КЗ на смежных участках сети. Для этого ток срабатывания отсечки отстраивается от тока при КЗ в конце защищаемой линии; или другой определенной точке, где отсечка не должна действовать.

Характер изменения тока КЗ при удалении места КЗ от источника питания показан на рис. 8.11. Ток срабатывания отсечки мгновенного действия выбирается так, чтобы она не работала при повреждениях на смежной линии или в трансформаторе питаемой подстанции. Для этого ток срабатывания должен быть больше максимального значения тока при КЗ на шинах предыдущей подстанции, то есть в точке 5, рис. 8.11.

Рис. 8.11. К понятию работы токовой отсечки

Зона действия отсечки определяется графически. Сначала определяются токи КЗ, проходящие по защищаемой линии при КЗ в начале и конце линии и на расстояниях ¹/₄, ¹/₂ и ³/₄ длины линии от начала. Затем строится кривая изменения тока КЗ в зависимости от удаленности места КЗ от источника питания (кривая 1). Определяется ток срабатывания отсечки и на чертеже проводится прямая тока срабатывания 2. Точка пересечения прямой 2 с кривой 1 определяет зону действия отсечки. Токовая отсечка действует в зоне, где ток КЗ превышает ток срабатывания.

Токовая отсечка без выдержки времени имеет один орган – токовый пусковой (например, реле тока РТ-40, рис. 8.10, а).

В отдельных случаях отсечка может защищать всю линию, например, когда к линии подключен один трансформатор. Ток срабатывания отсечки выбирается так, чтобы она не действовала при повреждениях на линиях низшего напряжения за трансформатором, то есть отстраивается от тока КЗ на шинах низшего напряжения. В этом случае мгновенная отсечка будет надежно защищать всю линию, шины высшего напряжения подстанции и часть обмотки трансформатора.

В ряде случаев применяется сочетание отсечки мгновенного действия с отсечкой, имеющей небольшую выдержку времени и с максимальной токовой защитой. При таком сочетании защита имеет три ступени и соответственно трехступенчатую характеристику времени срабатывания.

При сочетании отсечек с МТЗ с зависимой характеристикой времени срабатывания установки дополнительных реле не требуется, так как реле типа РТ-80 имеют встроенный электромагнитный элемент отсечки.

8.3.4 Защита радиальных линий напряжением 10 кВ и силовых трансформаторов

На линиях напряжением 10 кВ с изолированной нейтралью используют релейную защиту от многофазных замыканий и однофазных замыканий на землю. Токовая защита линий с односторонним питанием от многофазных замыканий двухступенчатая: первая ступень – максимальная токовая отсечка без выдержки времени, вторая – максимальная токовая защита с выдержкой времени.

В сельских сетях напряжением 10 кВ широко применяют устройства максимальной токовой защиты, выполненные на реле прямого действия типа РТВ или косвенного действия типа РТ-85. Токовую осечку обеспечивает реле типа РТМ или РТ-85 (электромагнитный элемент). При выборе типа реле учитывают простоту и экономичность схемы, селективность действия, надежность, чувствительность.

Самая простая схема защиты – на реле типов РТВ и РТМ, но она наименее чувствительна. Большую чувствительность к повреждениям имеет система защиты, выполненная на реле РТ-85, самую высокую – на реле РТ-40.

Схема защиты на реле РТ-85 (рис. 8.12) – двухфазная двухрелейная; дешунтирование электромагнита отключения уменьшает вторичную нагрузку ТТ в нормальном режиме и повышает чувствительность. В этом режиме работы ток протекает через вторичную обмотку ТТ, обмотку реле и размыкающие контакты. При аварийном режиме ток во вторичной обмотке ТТ увеличивается, и при превышении тока уставки I_у реле срабатывает, замыкает свой замыкающий контакт, а затем размыкает размыкающий. Контакты переключаются без обрыва цепи. При коротком замыкании в первичной цепи ток во вторичной может достигать значения 150 А, поэтому реле РТ-85 имеет мощные переключающие контакты.

Рис. 8.12. Схема защиты линии на базе реле РТ-85

8.3.5 Расчет параметров срабатывания МТЗ

Основные параметры МТЗ:

5. ток срабатывания пусковых токовых реле выбирается таким, чтобы выполнить следующие условия:

а) защита не должна приходить в действие при прохождении по защищаемому элементу максимального тока нагрузки;

б) защита должна надежно действовать при КЗ на защищаемом участке и иметь коэффициент чувствительности (К_ч) не менее 1,5;

в) защита, как правило, должна действовать и при КЗ на смежном (резервируемом) участке и иметь коэффициент чувствительности в конце этого участка не менее 1,2.

Ток срабатывания МТЗ определяют из условия

(8.4)

где К_н – коэффициент надежности отстройки, учитывающий погрешности реле (для реле РТ-40 и РТ-80 К_н = 1,2);

К_сзв – коэффициент самозапуска, учитывающий увеличение тока нагрузки в результате самозапуска электродвигателей (К_сзп = 1,2…1,3 для линий 10 кВ);

К_в – коэффициент .возврата реле (для реле РТ-40 и РТ-80 К_в = 0,8…0,85);

I_рmах – максимальный так защищаемого элемента.

Для обеспечения селективного действия последовательно установленных защит требуется, чтобы ток срабатывания каждой последующей защиты увеличивался по мере приближения к источнику. Для рассматриваемой схемы, рис. 8.9:

I_сзIII > I_сзII > I_сзI, то есть

Для участков линий с учетом тока нагрузки (рабочего тока)

где К_нс – коэффициент надежности согласования смежных защит (для реле РТ-40 К_нс = 1,2; для РТ-80 К_нс = 1,3);

I_р(n), I_р(n-1) – рабочие токи нагрузки нормального режима соответственно предыдущего и последующего участков линии.

Для защит, установленных на пунктах автоматического секционирования и резервирования, допускается принимать

Ток срабатывания реле определяют

(8.8)

где – коэффициент схемы при симметричном режиме, равный 1 при соединении трансформаторов тока в полную и неполную звезду; при включении реле на разность токов двух фаз А и С ;

К_тт – коэффициент трансформации трансформатора тока.

Ток уставки реле:

Чувствительность МТЗ оценивают по коэффициенту чувствительности:

,

(8.10)

где ;

I_{к min} – минимальное значение тока КЗ (в конце защищаемого участка или в конце зоны резервирования) при двухфазном КЗ I_{к max} определяется по приборам при имитации КЗ;

I_{с з} – уточненное (с учетом выбранной уставки реле) значение тока срабатывания защиты:

(8.11)

Для основной зоны нормируемое значение К_{ч доп} ≥ 1,5, для зоны резервирования К_{ч доп} ≥ 1,2. Если по расчету К_ч < К_{ч доп}, то необходимо повысить чувствительность, изменив схему МТЗ, или заменить ее на более совершенную защиту, или уменьшить основную зону защиты за счет установки на линии секционирующего выключателя с защитой.

Максимальное значение тока срабатывания защиты можно определить из условий обеспечения нормируемой чувствительности:

.

(8.12)

Выдержка времени МТЗ, согласно ступенчатому принципу, определяется

при этом выдержку времени каждой последующей защиты увеличивают на ∆t по сравнению с предыдущей.

Ступень селективности ∆t складывается из времени отключения выключателя предыдущей п–1 защиты t_в = 0,15-0,3 с, положительной погрешности в выдержке времени этой защиты t_вр(+), отрицательной погрешности t_вр(–), погрешности из-за инерции индукционного элемента t_ин (для РТ-80), времени запаса:

Для МТЗ, выполненной на базе реле типа РТ-40 и РТ-80, ∆t = 0,5…0,6 с.

Ток срабатывания токовой отсечки выбирают больше максимального тока короткого замыкания в месте установки предыдущей защиты, то есть

,

(8.15)

где К_н – коэффициент надежности отстройки, равный 1,5 для реле РТ-80.

Кроме того, отсечку отстраивают от бросков намагничивающих токов потребительских трансформаторов 10/0,4 кВ ΣΙ_нм, появляющихся при срабатывании АПВ линии:

(8.16)

Для линии 10 кВ:

(8.17)

где – суммарная установленная мощность трансформаторов 10/0,4 кВ, подключенных к защищаемому участку, кВ·А.

Селективная токовая отсечка на сельских ВЛ 10 кВ очень часто не удовлетворяет требуемой чувствительности, так как ближайшая предыдущая защита – это плавкие предохранители на ТП 10/0,4 кВ, которая обычно находится недалеко от начала линии, и поэтому ток срабатывания отсечки оказывается больше минимального или даже максимального тока трехфазного КЗ в месте установки защиты.

В этом случае применяют неселективную токовую отсечку, которая может срабатывать при КЗ в трансформаторах 10/0,4 кВ, когда должна действовать защита предохранителями, то есть неселективно. Такая неселективная отсечка применяется совместно с МТЗ и АПВ, которые исправляют неселективность ее действия, то есть при КЗ в зоне совместного действия отсечки и предыдущей МТЗ раньше срабатывает отсечка, затем АПВ включает линию снова (одновременно блокируется отсечка) и, если КЗ устойчиво, то поврежденный трансформатор или смежный участок линии отключается предыдущей защитой.

Коэффициент чувствительности токовой отсечки определяется как

(8.18)

где I_{к min} – ток КЗ в месте установки отсечки (точка 1, рис. 8.11). Коэффициент чувствительности отсечки должен быть не ниже 2.

Расчет системы защиты линий, выполненной на реле РТ-85, разберем на конкретном примере.

Пример 8.1. В устройство защиты воздушной линии входят реле РТ-85, включенные через трансформаторы тока на фазные токи по схеме неполной звезды (см. рис. 8.12). В начале линии напряжением 10 кВ ток КЗ I_k1 = 2000 А, в конце линии I_k2 = 400 А. Максимальный рабочий ток I_р.макс = 101 А. Суммарная мощность трансформаторов на линии S_устΣ= 2200 кВ× А. Определить ток уставки МТЗ (индукционной части реле) и МТО (электромагнитной части реле).

Решение: 1. Рассчитываем МТЗ – индукционную часть реле. Ток срабатывания защиты с учетом максимальных значений рабочего тока (см. формулу 8.4)

I_ср.з1 ≥ 1,2·1,2/0,85·101 = 171 А.

Чтобы обеспечить достаточную чувствительность защиты, ток ее срабатывания должен быть (по формуле 8.12):

I_ср.з2 ≤ 400·0,87/1,5 = 232 А.

В данном случае минимальным током КЗ является ток двухфазного короткого замыкания в конце линии. Принимаем ток срабатывания защиты (I_ср.з1 ≤ I_ср.з ≤ I_ср.з2) 200 А.

Ток срабатывания реле (см. формулу 8.8)

I _cр.р = 200·1/20 = 10 А.

Здесь коэффициент трансформации трансформатора тока выбран по значению I_р.макс = 105 А:

К _тт = 105/5 ≈ 20.

Итак, ток уставки реле РТ-85 I _у = 10 А.

2. Определяем параметры ТО – электромагнитной части реле. Ток срабатывания отсечки:

- с учетом тока КЗ в конце линии (формула 8.15)

I_ср.отс1 ≥ 1,5·400 = 600 А.

- с учетом бросков тока намагничивания потребительских ТП (формула 8.17).

I_ср.отс2 ≥ 0,25·2200 = 550 А.

Из условий I_ср.отс≥I_ср.отс1; I_ср.отс≥I_ср.отс2 принимаем I_ср.отс=600 А.

Ток срабатывания реле токовой отсечки (по условию 8.8)

I_ср.отс ≤ 600·1/20 = 30 А.

Для настройки реле РТ-85 по токовой отсечке определяем кратность тока срабатывания:

I_ср.о / I_ср.р = 30/10 = 3.

Релейная защита силовых трансформаторов от токов КЗ аналогична защите линий. В схеме защиты трансформаторов от перегрузок обычно используют реле РТ-40. Рассмотрим на примере, как рассчитывают его параметры.

Пример 8.2. Номинальная мощность силового трансформатора напряжением 35/10 кВ S_ном = 2500 кВ× А; коэффициент трансформации ТТ 200/5 = 40. Коэффициент надежности реле РТ-40 К_н = 1,05, коэффициент возврата К_в = 0,8...0,9. Определить ток уставки реле.

Решение: Номинальный ток силового трансформатора на стороне низшего напряжения

I_ном.т = 2500/(1,73·10) = 144,5 А.

Ток срабатывания реле по формулам (8.8 и 8.5)

1,05·144,5/(0,8·40) = 4,74.

Из условия I_у ≈ I_ср.р принимаем стандартное значение тока уставки I_у = 5 А.

1. Записать основные технические (паспортные) данные реле, приборов и аппаратов управления, используемых при исследовании.

2. Изучить принципиальные схемы МТЗ (с реле РТ-40 и РТ-85) и ТО. Ознакомиться со схемой (рис. 8.13) электрических соединений подстанций, размещенных последовательно в электросети и изучить принцип действия максимальной токовой защиты и токовой отсечки для этой схемы. По исходным данным заданным преподавателем (табл. 8.9 и 8.10) определить параметры защиты: ток срабатывания и время срабатывания, подобрать уставки реле, входящих в состав защит, используя выражения 8.4-8.18 и результаты расчетов записать в табл. 8.11.

Рис. 8.13. Схема для изучения МТЗ и токовой отсечки

Таблица 8.9

Таблица 8.10

При расчетах параметров МТЗ и отсечки принять: К_сх = 1; К_тт = 1.

Изучить представленный на лабораторном стенде комплект защиты (МТЗ и отсечка) типа КЗ-12 УХЛ4 для распределительных сетей 10–35 кВ на базе реле тока типа РТ-40 и реле времени ЭВ-100.

3. Определить коэффициенты чувствительности защит по выражениям (8.10) и (8.18) расчеты сравнить с допустимыми (нормированными) значениями. Результаты представить в таблице 8.12. Учесть, что коэффициент чувствительности отсечки в отличие от К_ч МТЗ проверяют не по току КЗ в конце защищаемой зоны, а в месте установки отсечки.

Таблица 8.12

4. Собрать схему рис. 8.14. проверить взаимодействие элементов схемы постоянным током: замыкая контакты токовых реле, убедиться в том, что начинает работать реле времени, замыкая контакты реле времени, убедиться, что срабатывает промежуточное реле и загорается сигнальная лампочка.

Рис. 8.14. Схема максимальной токовой защиты с реле РТ-40 на постоянном оперативном токе

5. Освоить приемы настройки реле для работы в режиме МТЗ и ТО. Опробовать каждую защиту при коротких замыканиях в основной зоне и зоне резервирования.

6. Построить карту согласования (селективности) максимальных токовых защит.

Для построения карты селективности, в основном для защит с разнотипными характеристиками, в которой по оси абсцисс откладывают первичный ток КЗ в разных точках сети, а по оси ординат – время срабатывания защит, необходимо знать также и токи срабатывания каждой из защит. Наиболее просто согласуются защиты с независимыми характеристиками с использованием пускового реле РТ-40 и реле времени ЭВ-200, (рис. 8.9), где каждая последующая защита имеет выдержку времени больше предыдущей.

При согласовании защит с зависимыми характеристиками (с реле РТ-80) необходимо помнить, что время срабатывания защиты каждого участка уменьшается по мере приближения точки КЗ от конца участка к месту установки защиты, то есть с увеличением тока КЗ. Когда применяются однотипные реле, характеристики согласуют при максимальном токе в зоне совместного действия защит. Например, время действия защиты III с защитой II согласуют при токе трехфазного КЗ в месте установки защиты II в точке К₃₃, а время действия защиты II с защитой I – при токе КЗ в месте установки защиты I в точке К₂₃.

Согласование характеристик желательно делать так, чтобы при КЗ в конце зоны, защищаемой данным реле, входящим в МТЗ, оно работало бы в зависимой части характеристики. Это дает возможность снизить выдержку времени работы защиты при КЗ в начале зоны (для защиты II в точке К₂₁).

В случае, когда в месте согласования последующие защиты имеют зависимую часть характеристики, время срабатывания защит по мере приближения к источнику получается меньше, чем при защитах с независимыми выдержками. Это является достоинством защит с зависимыми характеристиками. Недостаток – некоторое увеличение выдержки времени при ее срабатывании в конце резервной зоны.

На карте селективности, для защит с разнотипными характеристиками, границами каждой характеристики являются точки, соответствующие значениям токов срабатывания защиты I_{с з} и максимального тока КЗ в месте установки защиты I_{к max}.

7. Сделать выводы по работе.

Отчет должен содержать:

1. Цель работы.
2. Характеристику используемых в работе реле.
3. Результаты расчета защиты.
4. Схему испытания защиты.
5. Таблицы с результатами испытаний.
6. Выводы по работе.

1. Принцип действия МТЗ.

2. Принцип действия токовой отсечки.

3. Способы обеспечения селективности МТЗ и токовой отсечки.

4. Что такое ток срабатывания защиты и выдержка времени защиты?

5. Нарисуйте схему МТЗ на постоянном оперативном токе с независимой выдержкой времени.

6. Нарисуйте схему токовой отсечки мгновенного действия.

7.Нарисуйте схему МТЗ на переменном оперативном токе.

8. Как осуществляется защита радиальных линий и силовых трансформаторов в сельских электрических сетях?

9. Для чего предназначены размыкающие контакты в схеме МТЗ с дешунтированием катушки отключения

Лабораторная работа № 8.4

Цель работы: Научиться исследовать и оценивать токораспределение в схемах соединения трансформаторов тока и реле при различных видах коротких замыканий в первичной сети.

При выполнении релейной защиты в сельских электрических сетях чаще всего применяются следующие схемы соединения трансформаторов тока (ТА) и реле тока (КА):

1. Схема полной звезды с тремя или четырьмя (в зависимости от наличия или отсутствия в нулевом проводе) реле.

2. Схема неполной звезды с двумя или тремя реле.

3. Схема включения реле на разность токов двух фаз.

Выбор той или иной схемы зависит от назначения защиты, требуемой ее чувствительности, видов повреждений, на которые защита должна реагировать.

Токи, протекающие во вторичных обмотках трансформаторов тока (ТТ), отличаются от первичных токов на коэффициент трансформации К_I (см. лаб. работу № 2).

Схемы соединения ТТ и реле характеризуются коэффициентом схемы К_сх, который определяется отношением тока в реле I_p к вторичному току ТТ I₂ и показывает, во сколько раз ток в реле защиты больше, чем вторичный ток ТТ.

.

(8.19)

Коэффициент схемы учитывается при расчете уставок и чувствительности защиты, его значения зависят от принятой схемы защиты и могут принимать значения 1, или 2.

Рассмотрим области применения, достоинства и недостатки различных схем соединения ТТ и реле.

Схема полной звезды. Трехфазная схема с соединением ТТ и реле в полную звезду (рис. 8.15) реагирует на все виды коротких замыканий (КЗ) и поэтому применяется в сетях с глухим заземлением нейтрали (сети 0,38 и 110 кВ и выше). Вторичные обмотки ТТ соединяются последовательно с реле, т.е. обтекаются одним и тем же током, поэтому схема полной звезды имеет К_сх = 1 при всех видах КЗ.

Рис. 8.15. Схема полной звезды (а) и векторные диаграммы при коротких замыканиях (б-д): б - трехфазное; в - двухфазное (АВ); г - однофазное (АN); д - двухфазное на землю (АВN)

По нулевому проводу протекает ток, равный геометрической сумме токов трех фаз

,

который даже при симметричном КЗ может отличаться от 0 из-за неидентичности характеристик и погрешностей ТТ. Этот ток называют током небаланса.

Обычно четвертое реле устанавливается в нулевой провод, соединяющий концы вторичных обмоток ТТ с реле, для выполнения защиты нулевой последовательности.

Схема неполной звезды. Двухфазная двух- или трехрелейная схема соединения ТТ и реле в неполную звезду (рис. 8.16) не имеет в фазе В ТТ, поэтому не может защищать электроустановку от однофазного КЗ этой фазы, в связи с этим такие схемы можно использовать только в сетях с изолированными нейтралями, где однофазное замыкание на землю сразу защитой не отключается. Схема применяется в сельских электрических сетях 10 и 35 кВ. Она проще полной звезды и имеет К_сх = 1. Третье реле устанавливается только тогда, когда схема защищает силовой трансформатор с соединением обмоток Υ/Δ или Δ/Υ.

Рис. 8.16. Схема неполной звезды (а) и векторные диаграммы (б-г) при различных видах КЗ

Схема включения на разность токов двух фаз. Схема включения реле на разность токов двух фаз (рис. 8.17) применяется в системах с изолированной нейтралью для уменьшения количества вторичного реле.

Рис. 8.17 Схема включения реле на разность токов двух фаз (а) и векторные диаграммы (б-г) при различных видах КЗ

Эта схема отличается от рассмотренных ранее схем неодинаковой чувствительностью к различным видам КЗ из-за того, что К_сх зависит от режима первичной цепи.

При симметричном режиме (нормальный режим работы сети или трехфазное короткое замыкание) . При двухфазном коротком замыкании К_сх зависит от того, в каких фазах оно произошло: при КЗ между фазами А и В или В и С К_сх = 1, а между фазами А и С К_сх = 2.

Модель сети переменного тока выполнена на стенде, получающем питание от трехфазной сети 380 В. Для получения первичных токов в фазах линии порядка 10 А установлены понижающие трансформаторы TV. В первичной сети всех линий в качестве нагрузки установлены реостаты R. Для определения токов линии в первичную сеть включены амперметры РА1-РА3.

Во всех опытах показания этих амперметров устанавливаются реостатами и не должны превышать 10 А. Включение автоматов QS1, QS2 производится только после разрешения преподавателя.

На лабораторном стенде вместо реле к ТТ подключаются амперметры, которые показывают значение токов в цепях схемы.

При проведении опытов схема собирается при отключенном напряжении, вместо реле подключаются амперметры, в конце линии создается соответствующее короткое замыкание включением переключателей SA, SB, SC, SN. Студенты собирают только вторичную цепь, т.е. соответствующим образом подключают вторичные обмотки ТТ и амперметры. Все измерения заносятся в таблицы, здесь же в правой части строится векторная диаграмма токов, соответствующая виду КЗ.

1. Соберите схему полной звезды (рис. 8.18). Режим различных видов КЗ имитируйте включением соответствующих выключателей в конце линии. Переключение выключателей S_A, S_B, S_C, S_N производится при отключенном питании (SF1, SF2). Запишите значения токов в линии и реле в таблицу 8.13.

2. Соберите схему неполной звезды (рис. 8.19). Выполните измерения токов, как и при выполнении пункта 1. Запишите результаты испытаний в таблицу 8.14.

3. Соберите схему включения ТТ на разность токов двух фаз (рис. 8.20). Выполнить измерения токов как и при выполнении пунктов 1 и 2. Запишите результаты испытаний в таблицу 8.15.

4. Для всех схем определить значение коэффициента схемы К_сх, соответствующего каждому виду КЗ. Например, если при испытаниях схемы по рис. 8.20 показания приборов оказались:

• при трехфазном КЗ (замкнуты все включатели) I_А = 4,1 А, I_С = 4,1 А, I_СА = 7 А;

• при двухфазном КЗ между фазами АС (замкнуты рубильники в фазах А и С) I_А = 4,3 А; I_С = 4,3 А; I_СА = 8,6 А;
• при двухфазном КЗ в фазах АВ (замкнуты рубильники в фазах А и В) I_А = 4,3 А; I_С = 0 А; I_СА = 4,3 А, то векторные диаграммы примут вид, представленный на рис. 8. 21.

Значения коэффициентов схемы будут соответственно равны:

Как следует из полученных диаграмм, чувствительность схемы значительно меняется в зависимости от вида КЗ.

5. Сделать вывод о целесообразности использования рассмотренных схем в комплектах защит от междуфазных КЗ и от замыканий на землю.

Таблица 8.13

Таблица 8.14

Таблица 8.15

Рис. 8.18. Соединение трансформаторов тока и обмоток реле по схеме полной звезды

Рис. 8.19. Схема соединения трансформаторов тока и обмоток реле по схеме неполной звезды

Рис. 8.20. Схема включения реле на разность токов двух фаз

Рис. 8.21. Векторные диаграммы токов при испытании схемы включения реле на разность токов двух фаз: а – при трехфазном КЗ; б – при двухфазном КЗ АС; в – то же, АВ

Отчет должен содержать:

1. Цель работы.
2. Характеристику используемых в работе ТТ.
3. Схемы соединения трансформаторов тока.
4. Таблицы с результатами испытаний.
5. Векторные диаграммы токов при разных схемах соединения измерительных трансформаторов тока.
6. Выводы по работе.

1. В каком режиме работает трансформатор тока?

2. Что влияет на его погрешности и, следовательно, на класс точности?

3. На какие параметры ТТ влияет возрастание вторичной нагрузки и до каких пределов можно ее увеличивать?

4. Для какой цели заземляют вторичные обмотки? Чем опасен их разрыв?

5. Где применяют схему полной звезды? Каковы ее достоинства и недостатки?

6. Для чего нужен нулевой провод в схеме полной звезды?

7. Какую схему включения ТТ используют в сетях напряжением 6 - 35 кВ и почему?

8. Каково назначение обратного провода в схеме неполной звезды?

9. В чем недостатки схемы включения реле на разность токов двух фаз?

10. Почему в сетях напряжением 0,38 кВ применяются трехфазные схемы защиты от токов короткого замыкания?

11. Почему цепи ТТ не защищают от токов короткого замыкания?

12. Что будет, если перегрузить ТТ?

13. Какие типы ТТ вы знаете и каковы области их применения?

14. Какие схемы соединения обмоток трансформаторов тока используются в защитах от многофазных КЗ?

15. Как от режима работы нейтрали сети зависит схема защиты от коротких замыканий?

1. Что называется релейной защитой?

2. Какие типы реле вы знаете?

3. Поясните принцип действия токовых защит.

4. Какие типы МТЗ вы знаете?

5. Нарисуйте схему МТЗ на постоянном оперативном токе с независимой выдержкой времени.

6. Как обеспечивается селективность действия МТЗ?

7. Как обеспечивается селективность действия токовых отсечек?

8. Нарисуйте схему токовой отсечки мгновенного действия и с выдержкой времени.

9. Нарисуйте схему МТЗ на переменном оперативном токе.

10. Для чего применяется схема МТЗ с пуском по напряжению?

11. Какие параметры определяются при расчете МТЗ?

12. Что такое токовая направленная защита, в каких сетях она применяется?

13. Поясните принцип работы дистанционной защиты.

14. Что такое оперативный ток?

15. Какие источники оперативного тока вы знаете?

16. что называется уставкой срабатывания реле?

17. Приведите буквенных коды наиболее распространенных реле.

18. Какой элемент в схемах релейных защит обозначается кодом YAT?

19. какие защиты применятся в сетях с глухозаземленными нейтралями?

20. какие защиты применяются в сетях с изолированными и резонансно - заземленными нейтралями?