Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

А. И. Маркевич

 

 

РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА

В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

 

 

Учебно-методическое пособие

 

 

Псков

Издательство ПГУ

2012

УДК 681.5

ББК 31.27-05

  М26

 

Рекомендовано к изданию кафедрой «Электроэнергетика» Псковского государственного университета

Рецензент:

Кулешов В.П., ведущий специалист отдела РЗ Филиала АОА «МРСК Северо-Запада» «Псковэнерго»

 

 

Маркевич, А.И.

М26          Релейная защита и автоматика в системах электроснабжения :                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    

           Учебно-методическое пособие. – Псков : Издательство ПсковГУ.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   

             2012.-138 с.

               

Учебно - методическое пособие предназначено для студентов  специальности 140400 «Электроэнергетика и электротехника» и соответствует учебной программе по дисциплине «Релейная защита и автоматика систем электроснабжения». Пособие состоит из подробной программы курса с краткими комментариями на все разделы программы, дается ссылка на конкретную учебную литературу и другие источники знаний в области релейной защиты и автоматики в системах электроснабжения. В пособии приведены исходные данные для выполнения контрольной и курсовой работ с примерами конкретных расчетов. Приведены необходимые справочные данные по вопросам электроэнергетики, типовые схемные исполнения. Включены контрольные вопросы для самопроверки знаний. Представлен перечень сокращений, используемых в литературе и инструкциях при эксплуатации устройств релейной защиты и автоматики.

Предназначено для студентов всех форм обучения.

 

 

                                                                                                    УДК 681.5

ББК 31.27-05

      

 

© Маркевич А.И., 2012

© Псковский государственный университет, 2012

СОДЕРЖАНИЕ                                                                                                                                                                                                                                                                                             

1. Введение                                                                                                             4

2. Общие вопросы релейной защиты и автоматики                                      6

2.1. Основные понятия о релейной защите и автоматике                       6

2.2. Измерительные преобразователи синусоидальных

напряжений и токов                                                                                      7

2.3. Измерительные и логические органы релейной защиты. Реле      10

3. Релейная защита и автоматика в системах электроснабжения              11

3.1. Защита плавкими предохранителями и автоматами                       11

3.2. Токовые защиты                                                                                  12

3.2.1. Максимальная токовая защита                                                   12

3.2.2. Токовые отсечки                                                                      13

3.2.3. Токовая направленная защита                                                14

3.3. Защита от замыканий на землю в сетях с глухозаземленной

нейтралью                                                                                                     15

3.4. Защита от замыканий на землю в сетях с изолированной

нейтралью                                                                                                     17

3.5. Дистанционная защита                                                                       18

3.6. Дифференциальные токовые защиты                                                   20

4. Релейная защита и автоматика элементов СЭС                                       21

4.1. Защита и автоматика синхронных генераторов                              21

4.2. Защита и автоматика трансформаторов                                            23

4.3. Защита и автоматика электродвигателей. Защита и автоматика

специальных электроустановок систем электроснабжения                       24

5. Устройства системной автоматики                                                           26

6. Список лабораторных работ                                                                          28

7. Вопросы выносимые на экзамен                                                              28

8. Контрольные задания                                                                                      32

8.1. Общие указания                                                                                   32

8.2. Контрольная работа                                                                             35

8.3. Задание на курсовую работу                                                              38

Приложение I. Примерный расчет МТЗ ЛЭП 10 кВ                                     40

Приложение II. Релейная защита силовых трансформаторов                      62

Приложение III. Цифровые защиты                                                              85

Приложение IV. Пример расчета защиты высоковольтного

асинхронного двигателя                                                                                    99

Приложение V.Справочные данные по силовому электро-

оборудованию                                                                                                  103

Приложение VI. Векторные диаграммы токов при различных видах

коротких замыканий для измерительной части

дифференциальной защиты                                                                            110

Приложение VII. Контрольные вопросы                                                     112

Приложение VIII. Перечень сокращений, используемых в

инструкциях по эксплуатации устройств релейной защиты

и автоматики                                                                                                        120               

 

Введение

Надежность энергоснабжения потребителей невозможно обеспечить без автоматического управления элементами системы электроснабжения и их защиты от аварийных и ненормальных режимов.

Системы электроснабжения (СЭС) являются сложными производственными объектами, элементы которых участвуют в едином производственном процессе, особенностью которого является быстротечность явлений, включая и повреждения аварийного характера. Поэтому надежная и экономичная работа систем электроснабжения возможна только при автоматическом управлении ими. Для этих целей используется комплекс автоматических устройств, среди которых первостепенное значение имеют устройства релейной защиты и электросетевой автоматики. Рост потребления электроэнергии и усложнение систем электроснабжения требуют постоянного совершенствования этих устройств. Сегодня этот процесс идет по пути более широкого использования микропроцессорной и цифровой техники. На базе микропроцессорных комплексов разрабатываются интегрированные системы управления электрическими станциями и подстанциями, где все функции релейной защиты, автоматики и оперативного управления совмещены, предусматривается фиксация параметров в действии релейной защиты доаварийного и аварийного режимов и передачи их на расстоянии.

Одновременно широко применяются и простейшие средства защиты и автоматики: предохранители, автоматы, магнитные пускатели, электротепловые элементы. Надежно работают простые токовые защиты на базе электромеханических реле, устройства автоматического повторного включения (АПВ), автоматического включения резервного питания (АВР) и автоматической частотной разгрузки (АЧР).

В соответствии с учебной программой курса пособие включает три основные раздела. В первом предлагается изучить общие вопросы подхода по применению релейной защиты и требования к ней, вопросы аварийных и ненормальных режимов, возникающих в СЭС, устройство и конструкцию реле, работающих на электромагнитном и индукционном принципе (механические реле), полупроводниковые реле, реле на интегральных микросхемах, цифровые реле, параметры, характеризующие работу измерительных и вспомогательных реле. Во втором разделе изучаются виды защит, их схемное исполнение, определение параметров срабатывания и селективности, применение источников оперативного тока. В третьем - вопросы релейной защиты и автоматики оборудования СЭС и потребителей электроэнергии.

Методическое пособие составлено так, чтобы оказать помощь студентам при изучении теории, выполнения лабораторных работ, контрольных заданий и курсовой работы. После каждой темы помещены вопросы для самопроверки. Представлены контрольные вопросы из экзаменационных билетов, вопросы для проверки остаточных знаний.

Пособие имеет приложение, где размещен справочный материал для выполнения контрольной и курсовой работ «Релейная защита и автоматика силового трансформатора», представлены примеры расчета защит элементов СЭС. Приведен перечень сокращений используемых в инструкциях по эксплуатации устройств РЗ и автоматики.

Изучив вышеназванный курс, студенты должны усвоить теоретические вопросы, научиться читать и составлять схемы различных устройств релейной защиты и автоматики, понимать принцип их действия, определять параметры срабатывания и селективной работы.

Методическое пособие составлено в соответствии с учебной программой «Релейная защита и автоматика СЭС» по направлению 140400 «Электроэнергетика и электротехника».

Литература

      Основная:

1. Андреев В.А. Релейная защита, автоматика в системах электроснабжения. – М.: Высшая школа, 2006.

2. Кривенков В.В., Новелла В.Н. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. – М.: Энергоиздат, 1981.

3. Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита. – М.: Энергоатомиздат, 1998.

4. Беркович М.А., Молчанов В.Л., Семенов В.А. Основы техники релейной защиты. – М.: Энергоиздат, 1984.

5. Федосеев А.М., Федосеев М.А. Релейная защита электрических систем. – М.: Энергоатомиздат, 1986.

6. Беркович М.А., Комаров А.Н., Семенов В.А. Основы автоматики энергосистем. – М.: Энергоиздат, 1992.

7. Барзам А.Б. Системная автоматика. – М.: Энергоатомиздат, 1989.

8. Правила устройства электроустановок, 2006.

       Дополнительная:

1. Гуревич В.И. Микропроцессорные реле защиты. Устройства, проблемы, перспективы. – М.: Инфра – Инженерия, 2011.

2. Ванин В.К., Павлов Г.М. Релейная защита на элементах аналоговой вычислительной техники. – Л., 1983.

3. Циглер Г. Цифровая дистанционная защита: принципы и применение. – М.: Энергоатомиздат, 2005.

4. Маркевич А.И., Иванов А.А. Прибор на определение повреждения изоляции в сетях 6-35кВ. – Электрические станции №8, 1998.

5. Булычев А.В. и др. Аналоговая и цифровая микроэлектроника для средств релейной защиты. Учебное пособие. – СПбГТУ, 1998.

6. Маркевич А.И., Иванов В.А. Релейная защита и автоматизация систем электроснабжения. Статические реле. – Псков, 2001.

7. Маркевич А.И., Соловьев Н.С. Проектные расчеты по электроснабжению промышленных предприятий и релейной защите. – Псков, 2001.

8. Дьяков А.Ф., Поляков В.В. Основы проектирования релейной защиты электроэнергетических систем. – М.: МЭН, 2000.

9. Шмурьев В.Я. Цифровые реле. Учебное пособие. – Санкт-Петербург, 1998.

10. А.с. 398885 СССР. Полупроводниковое фазоизмерительное устройство / А.И. Маркевич / Открытия. Изобретения. 1973. №38.

11. А.с. 1005239 СССР. Устройство для защиты обмоток возбуждения синхронного генератора / А.И. Маркевич, А.А. Иванов / Открытия. Изобретения. 1983. №10.

12. А.с. 388332 СССР. Датчик фазы / А.И. Маркевич / Открытия. Изобретения. 1973. №28.

13. Справочник по проектированию электроснабжения. Под ред. В.И. Круповича. – М.: Энергия. 1980.

14. Сайты: Сириус Челябинск http://sirius-chel.ru

 НТЦ «Механотроника» http://www.mtra.ru

        АББ Реле-Чебоксары http://www.promportal.ru/userinfo147

ЗАО « РАДИУС Автоматика» и ООО «НПФ» РАДИУС» http://www.rza.ru/production.htm

 

2 . Общие вопросы релейной защиты и автоматики

Основные понятия о релейной защите и автоматике

Виды повреждений и ненормальных режимов работы элементов систем электроснабжения. Назначение релейной защиты (РЗ) и электросетевой автоматики. Основные требования, предъявляемые к релейной защите. Элементная база защит, реле и их разновидности. Способы изображения и включения реле. Способы воздействия защиты на выключатель. Основные принципы построения защит. Структурная схема релейных защит.

Оперативный ток. Оперативный постоянный ток. Оперативный переменный ток. Схемы источников оперативного тока. Блоки питания. [1, 2, 3, 4]

Методические указания

Анализ рабочих и аварийных режимов дает возможность правильно выбрать, рассчитать и оценить поведение релейной защиты и автоматики элементов электрической системы. Необходимо знать виды повреждений и ненормальных режимов, возникающих в элементах системы, уметь строить векторные диаграммы токов и напряжений при различных видах повреждений, устанавливать закономерность изменения различных электрических параметров режима в зависимости от вида и места короткого замыкания (к.з.), а так же от режима работы системы; разобраться с основными отличиями аварийных режимов в сетях с заземленными и изолированными нейтралями.

Следует твердо усвоить требования, предъявляемые к релейной защите, а так же возможные последствия при невыполнении их.

В настоящее время при выполнении релейной защиты и автоматики систем электроснабжения широкое применение находят различные источники оперативного тока. Надо знать эти источники, уметь применять их. Кроме того, следует иметь представление об источниках оперативного тока для полупроводниковых и цифровых защит.

Вопросы для самопроверки

1. Какие виды повреждений и ненормальных режимов могут возникнуть в электрических сетях?

2. Каковы функции релейной защиты и основные требования, предъявляемые к ней?

3. Каковы основные принципы построения защит, их структурное содержание?

4. Какие источники оперативного тока Вы знаете? Какова область их применения?

5. В чем заключаются достоинства и недостатки источников постоянного и переменного оперативного токов?

6. Какие требования предъявляют к источникам оперативного тока для полупроводниковых и цифровых защит?

Методические указания

Основное требование к ТТ – это более точная передача информации измерительным органам релейной защиты о величине и фазе тока, протекающего в первичной цепи защищаемого объекта при различных эксплуатационных режимах.

ТТ, работающие на линейной части характеристики намагничивания, могут являться источниками оперативного тока: при к.з. ток резко возрастает и мощность ТТ P ₂ = I ₂ · U ₂ становится достаточной для питания цепи оперативного тока.

Следует понять физическую природу возникновения погрешностей в ТТ и способы уменьшения их. Точность работы ТТ характеризуется полной токовой погрешностью ε. Нагрузка ТТ выбирается так, чтобы ε не превышала 10% при заданной вторичной нагрузке и предельной кратности (k ₁₀) ТТ. Под предельной кратностью понимают отношение максимального первичного тока к.з., протекающего через ТТ, к номинальному току ТТ. Основным недостатком кривых предельной кратности является их пригодность только для оценки погрешностей в установившемся режиме работы ТТ.

Следует знать, что расчетная нагрузка на ТТ зависит от схемы соединения ТТ, вида к.з., сочетания поврежденных фаз.

Основное назначение ТН состоит в том, чтобы к измерительным органам релейной защиты подводилась точная информация о величине и фазе напряжения в месте установки защиты. С этой точки зрения ТН должны работать с погрешностью, не превышающей некоторой допустимой величины.

Следует знать схемы соединения обмоток ТН и их назначение. Необходимо представлять для чего осуществляется контроль за исправностью вторичных цепей ТН.

В ряде случаев при отсутствии ТН применяют ёмкостные делители напряжения. Надо ознакомиться с принципом их действия и со способами отбора напряжения.

В электрических сетях широко применяются защиты, реагирующие на отдельные симметричные составляющие токов или напряжений – обратной и нулевой последовательности. Поэтому нужно представлять, как происходит их выделение из несимметричной системы трехфазных токов или напряжений, изучив устройство фильтров токов и напряжений обратной и нулевой последовательности: ZI₂; ZU₂; Z I ₀; ZU₀.

При изучении преобразователей синусоидального тока в напряжение TAL (промежуточный трансформатор тока – трансреактор) и промежуточных трансформаторов напряжения TVL следует знать конструкцию магнитопровода, величину вторичной нагрузки, зависимость выходного напряжения от входных тока и напряжения. Рассмотреть способы экранирования от высокочастотных помех, согласования выходного напряжения с входным напряжением измерительного органа (ИО) реле, исключение гальванической связи.

Как конструктивно устроены магнитные датчики. Их преимущества и недостатки. Катушка Роговского, датчики Холла.

Изучить устройство и работу ОУ и их параметры по входу и выходу, передаточную характеристику. Оценить возможности применения ОУ в устройствах релейной защиты и автоматики (усилитель, компаратор, пороговый элемент с положительной обратной связью, формирователи модуля).

Разобраться в устройстве и работе аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и цифро-аналогового преобразователя (ЦАП).

Изучить три основные логические функции и элементную базу для их реализации. Логические функции оперируют с двоичными переменными, которые могут принимать только два значения: 0 или 1. На основе простых логических функций И, ИЛИ, НЕ строят более сложные функции. Уяснить их устройство и работу. Графическое изображение логических элементов. Цифровая логика. Схемы, выполняющие операции И-НЕ либо ИЛИ-НЕ и функциональные схемы (триггеры, счетчики шифраторы, дешифраторы и др.)

Вопросы для самопроверки

1. Каково назначение измерительных трансформаторов?

2. Как маркируются выводы обмоток измерительных трансформаторов?

3. Чем обусловлены погрешности трансформаторов и каким образом можно уменьшить их величину?

4. Что понимается под номинальным и витковым коэффициентами ТТ и в чем отличие между ними?

5. Как выбрать ТТ для питания релейной защиты?

6. Каковы достоинства и недостатки схем соединения ТТ?

7. Почему не допустим холостой ход для ТТ?

8. Как определить расчетную нагрузку на ТТ?

9. Какие схемы соединения ТН применяются в релейной защите?

10. Для чего применяется контроль исправности цепей напряжения и как он осуществляется?

11. Как проверить ТТ по кривым предельной кратности?

12. Как можно получить симметричные составляющие тока или напряжения различной последовательности?

13. Как выглядит осциллограмма вторичного тока ТТ при глубоком насыщении  

( активная нагрузка)?

14. Почему ток во вторичной обмотке ТТ не зависит от нагрузки и в каких пределах это справедливо?

15. Какие схемы соединения ТТ непригодны для защиты трансформаторов со схемами соединения Y/Δ и Y/Y с заземленной нейтралью?

16. Как устроены и работают фильтры тока и напряжения нулевой последовательности (ФТНП и ФННП)?

17. Как устроены согласующие преобразователи тока и напряжения?

18. Как работают компаратор, пороговый элемент, триггер Шмидта?

19. Какие требования предъявляются к АЦП в схемах РЗ?

20. Какие логические функции реализуются в схемах РЗ?

Методические указания

Изучая данную тему, следует обратить внимание на принцип действия и конструктивные особенности наиболее часто применяемых реле. Нужно хорошо знать характеристики основных типов реле и способы регулирования их параметров.

В последние годы все чаще применяют полупроводниковые реле, разрабатываются устройства защиты и автоматики на основе интегральных микросхем. Следует разобраться с основными достоинствами и недостатками полупроводниковых реле на интегральных микросхемах.

Для оптимального построения логической части защит целесообразно привлечение методов теории релейных устройств. Основными элементарными логическими операциями являются дизъюнкция (ИЛИ), конъюнкция (И) и инверсия (НЕ). Эти операции дают возможность реализации любой более сложной функции. Следует разобраться с основными понятиями алгебры логики, а также со способами выполнения логических элементов. В этом разделе еще раз стоит вернуться к цифровым микросхемам, выполняющим логические функции, и к функциональным схемам (триггеры, счетчики АЦП, ЦАП, шифраторы, дешифраторы и др.)

Вопросы для самопроверки

1. Каков принцип действия электромагнитного и индукционного реле?

2. Что такое коэффициент возврата реле, от чего он зависит и как можно регулировать его величину?

3. Чем отличаются характеристики срабатывания реле тока РТ-40 и РТ-80?

4. Из-за чего наблюдается вибрация подвижной системы электромагнитных реле при питании их обмоток переменным током и как она устраняется?

5. Каково назначение промежуточных и указательных реле?

6. Чем определяется время срабатывания и возврата промежуточных реле и каким образом можно воздействовать на этот параметр?

7. Какова конструкция реле переменного тока типов РП-340 и РВМ?

8. Каков принцип действия поляризованного реле, магнитоэлектри­ческого реле? Почему они реагируют на направление тока в обмотке?

9. Чем объясняется зависимость времени срабатывания индукционного реле типа РТ-80 от тока в его обмотке?

10. Как изменяется вращающий момент в реле направления мощности при изменении угла сдвига фаз между подведенными к нему током и напряжением?

11. Каков принцип действия реле с магнитоуправляемыми контактами, каковы его основные достоинства?

12. Как можно сравнить две электрические величины по модулю?

13. Какие способы выполнения логических элементов Вы знаете?

14. Статические реле тока, напряжения, мощности, устройство и работа (РСТ, РСН, PCM, РВО)

15. Для выполнения каких органов РЗ используются аналоговые ИМС, а для каких – цифровые?

16. Преимущества РЗ, выполненных на базе ИМС, по сравнению с электромеханическими реле.

17. Особенности цифровых реле и их настройка. Структурная схема цифровых (программных) защит. Требования к АЦП.

Методические указания

Предохранитель (автомат) совмещает одновременно функции выключателя и релейной защиты. Основными характеристиками его являются: номинальный ток плавкой вставки I _ВСном; номинальный ток предохранителя I _ПРном; предельный ток отключения предохранителя I _ПРоткл; защитная (времятоковая) характеристика предохранителя. При выборе предохранителя следует исходить из условия его надежной работы в аварийных и нормальных режимах, а плавкая вставка не должна перегорать при кратковременных перегрузках защищаемого объекта. Известно, что для селективной работы предохранителей необходимо выбирать плавкие вставки с номинальными токами, отличающимися по шкале, или совмещать защитные характеристики. Недостатки предохранителя (нестабильность защитной характеристики, невозможность в ряде случаев выполнить защиту от перегрузки и др.) ограничивают область его применения.

Автоматы снабжаются специальным устройством релейной защиты – расцепителем, которое в зависимости от типа автомата выполняется в виде токовой отсечки или максимальной токовой защиты. При малых токах автомат отключается с выдержкой времени, а при больших – мгновенно. Защитные устройства автомата (расцепители) позволяют выполнить токовую защиту без ТТ и без оперативного тока. По сравнению с предохранителями автоматы имеют более устойчивые защитные характеристики и производят одновременно отключение всех трех фаз защищаемого элемента. Кроме того, они являются аппаратами многократного действия, что позволяет с их помощью выполнять схемы сетевой автоматики.

Вопросы для самопроверки

1. Каково назначение предохранителя и автомата?

2. Почему не удается всюду успешно применить предохранители и автоматы для защиты от к.з.?

3. Как выбираются предохранители и автоматы?

4. Как обеспечивается селективная работа предохранителей или автоматов?

5. Какое назначение имеет механизм свободного расцепления?

6. Как обеспечивается необходимая выдержка времени срабатывания автомата?

Токовые защиты

3.2.1.  Максимальная токовая защита

Назначение и принцип действия максимальной токовой защиты (МТЗ). Схемы исполнения защит. Расчет тока срабатывания защиты (I _ср). Определение коэффициента чувствительности (k _ч) в зависимости от схемы соединения ТТ и обмоток реле при к.з. в зоне основного и резервного действий защиты.

Селективная работа максимальных токовых защит. Определение времени срабатывания защит, ступень селективности Δt.

Оценка и область применения МТЗ. [1, 2, 3, 4, 5, 16, 21]

Методические указания

Одним из признаков возникновения к.з. является увеличение тока в цепи по сравнению с максимальным током нагрузки. Этот признак положен в основу работы защит, называемых токовыми. Они делятся на максимальные токовые защиты и токовые отсечки. Основное отличие между этими защитами заключается в способе обеспечения селективности. Селективность действия МТЗ обеспечивается с помощью выдержки времени. Выдержка времени срабатывания МТЗ t _ср выбирается по так называемому ступенчатому принципу, используя ступень селективности Δt. Защита приходит в действие, если ток в защищенном элементе превышает ее ток срабатывания. МТЗ не должна срабатывать при самозапуске электродвигателей после ликвидации внешнего к.з. или после АПВ защищаемой линии. В то же время она должна надежно работать при к.з. не только на своем участке (зона основного действия), но и на соседнем (зона резервного действия) при отказе защиты или выключателя этого участка. Чувствительность МТЗ характеризуется коэффициентом чувствительности (k _ч), определяемым как отношение минимального тока в реле при металлическом к.з. в конце защищаемой зоны к току срабатывания реле. Нужно уметь оценить k_ч различных схем защиты при различных видах к.з. до и за силовым трансформатором с соединением обмоток Y/Δ и Y/Y с заземленной нейтралью.

Следует обратить особое внимание на особенности расчета МТЗ с дешунтированием катушек отключения выключателей, обусловленные различными требованиями к ТТ при работе в режимах до и после срабатывания дешунтирующих реле. Необходимо знать достоинства и недостатки МТЗ. Цифровые защиты и их исполнение.

Вопросы для самопроверки

1. Из каких органов состоит МТЗ, какова функциональная схема защиты?

2. Как выбираются ток срабатывания и время срабатывания МТЗ?

3. Как определить k_ч защиты при к.з. на защищаемом и резервируемом участках?

4. Каким образом обеспечивается селективность действия МТЗ с зависимыми характеристиками?

5. Как работает защита по схеме с дешунтированием катушек отключения выключателей?

6. Какова векторная диаграмма токов в месте установки защиты при двухфазном к.з. за трансформатором с соединением обмоток Y/Δ, при однофазном к.з. за трансформатором с соединением обмоток Y/Y с заземленной нейтралью?

7. Каковы достоинства и недостатки МТЗ?

8. Особенность МТЗ с пуском по напряжению.

9. Особенности МТЗ с магнитными датчиками.

10. Цифровые токовые защиты, выпускаемые предприятиями России.

Токовые отсечки

Назначение и принцип действия. Выбор тока срабатывания мгновенной отсечки. Неселективные отсечки. Отсечки на линиях с двусторонним питанием. Отсечка с выдержкой времени. Токовая ступенчатая защита, область ее применения. [1, 2, 3, 4]

Методические указания

Для обеспечения селективности мгновенной токовой отсечки (ТО) ее ток срабатывания выбирается больше максимального тока, проходящего по защищаемой линии при к.з. в конце линии. Определение тока срабатывания защиты производят, исходя из действующего значения периодической слагающей начального тока трехфазного к.з. (для времени t=0). Поэтому нужно учитывать влияние на работу защиты апериодической слагающей в первичном токе. Зона действия ТО определяется графически при построении зависимости тока к.з. от длины линии I _к.з. = f ( l _ЛЭП ) . Поскольку ТО имеет мертвую зону, она не может быть основной защитой.

Однако в некоторых случаях отсечка линий может являться основной защитой, например, при защите в схеме "блок ЛЭП – трансформатор", где в зону защиты входит вся ЛЭП и первичная сторона силового трансформатора при к.з. за трансформатором.

ТО могут быть использованы и на линиях с двусторонним питанием. Комплекты защиты устанавливаются с обеих сторон защищаемой линии. Ток срабатывания защиты этих комплектов выбирается одинаковым, равным максимальному току внешнего к.з., а также максимального уравнительного тока при качаниях в системе.

Основное назначение отсечки с выдержкой времени - защита зоны, в которую входит конец защищаемого участка и шины приемной подстанции. Для предотвращения срабатывания при КЗ на смежном элементе зона и время действия отсечки с выдержкой времени согласуются с зоной и временем действия мгновенной отсечки смежного элемента.

Если на линии установить мгновенную ТО, отсечку с выдержкой времени и МТЗ, то получим трехступенчатую токовую защиту. Нужно знать выбор параметров срабатывания и уметь оценить чувствительность каждой из ступеней защиты. Цифровые защиты и их исполнение.

Вопросы для самопроверки

1. Как обеспечивается селективность действия мгновенной ТО?

2. С какой целью применяются неселективные ТО?

3. Как выбираются параметры срабатывания отсечки с выдержкой времени и какова зона их действия?

4. Как выбирается ток срабатывания ТО на линиях с двусторонним питанием?

5. Каковы недостатки ТО и как они устраняются в трехступенчатой токовой защите?

6. Почему при расчете тока срабатывания как мгновенной ТО, так и ТО с выдержкой времени не учитывается k_воз?

7. Как выбираются параметры срабатывания всех ступеней трехступен­чатой токовой защиты, как проверяется их чувствительность?

 

3.2.3.  Токовая направленная защита

Максимальная токовая направленная защита: схемное исполнение, расчет и принцип действия.  90° схема включения реле направления мощности на междуфазные напряжения и токи фаз. Токовые направленные отсечки. Селективная работа направленных защит. Область применения токовой направленной защиты. [1, 2, 3, 4]

Методические указания

Токовой направленной называют защиту, реагирующую на значение тока и направление мощности к.з. в месте ее установки. Рассматриваемая защита представляет собой токовую защиту, дополненную реле направления мощности. Она применяется в сложных сетях – сетях с двусторонним питанием, а также в кольцевых сетях с одним источником питания. Комплекты защиты устанавливаются с обеих сторон защищаемой линии и приходят в действие, если мощность к.з. для каждого из комплектов направлена от шин в защищаемую линию, а ток превышает ток срабатывания. Выдержка времени максимальных токовых направленных защит выбираются по встречно-ступенчатому принципу. При выборе тока срабатывания защиты в общем случае учитываются те же основные условия, что и для МТЗ. Однако имеются особенности в выборе тока срабатывания при использовании защиты в кольцевых сетях, а также в сети с глухозаземленной нейтралью, с которыми следует разобраться.

Под схемой включения реле направления мощности понимается определенное сочетание фаз тока и напряжения, подводимых к его обмоткам. Наибольшее распространение получила 90° схема включения реле. Для выявления свойств схемы необходимо уметь анализировать работу реле направления мощности при различных видах к.з.

Выполнение направленной отсечки дает возможность при выборе ее тока срабатывания учитывать только ток внешнего к.з. в направлении действия ее реле мощности. В этом основное отличие направленной отсечки от ненаправленной.

Недостатком направленных токовых защит является наличие мертвой зоны, определяемой минимальным напряжением при трехфазном к.з. вблизи места установки защиты.

Вопросы для самопроверки

1. Каков принцип действия токовой направленной защиты?

2. Чем отличается выбор тока срабатывания направленных защит (МТЗ и ТО) от ненаправленных?

3. В каких точках кольцевой сети с одним источником питания, а также сети с двусторонним питанием можно отказаться от установки реле направления мощности?

4. Как рассчитать выдержки времени направленных защит?

5. Чем обусловлено наличие мертвой зоны токовых направленных защит, как она рассчитывается, при каких видах к.з. возникает?

Методические указания

С глухозаземленными нейтралями работают сети напряжением 110кВ и выше. Для защиты линий этих сетей от к.з. на землю оказывается более целесообразным использовать отдельный комплект реле. Реле тока защиты подключается к фильтру токов нулевой последовательности. Следовательно, защита реагирует только на к.з., сопровождающиеся токами нулевой последовательности. В остальном схема защиты аналогична рассматри­ваемым выше схемам МТЗ и ТО от междуфазных к.з.

В общем случае защита выполняется ступенчатой. Ток срабатывания МТЗ нулевой последовательности отстраивается от тока небаланса I _нб в нормальном режиме, если выдержки времени t₀, рассматриваемой защиты, больше времени действия t_мф защит от междуфазных к.з., установленных на следующем участке. Если t ₀ < t _мф, то защиту нужно отстраивать от I _нб при трехфазном к.з. в начале следующего участка. Наличие I _нб в симметричных режимах обусловлено неравенством токов намагничивания ТТ. Время действия защиты выбирается по ступенчатому принципу Δt, Δt – ступень селективности. При этом обычно получается t ₀ < t _мф.

Принцип действия и условия настройки отсечек нулевой последова­тельности практически такие же, как и отсечек, реагирующих на полные токи фаз.

В сетях с двумя и более заземленными нейтралями, расположенными в разных точках сети, применяются направленные защиты. К органу направления мощности подводятся 3U₀ и 3 I ₀. Ток срабатывания мгновенных отсечек, установленных на параллельных линиях, необходимо выбирать с учетом наличия взаимоиндукции.

Направленные защиты нулевой последовательности не имеют мертвой зоны по напряжению, так как 3U₀ максимально в месте к.з. и равно нулю в заземленной нейтрали трансформаторов. Цифровые защиты и их исполнение.

Вопросы для самопроверки

1. На каком принципе работает токовая защита нулевой последовательности?

2. Как влияют на распределение 3 I₀ схемы соединения обмоток и режимы работы нейтралей силовых трансформаторов?

3. В каких случаях применяются направленные токовые защиты нулевой последовательности?

4. Почему реле направления мощности нулевой последовательности не имеет мертвой зоны?

5. Как выбираются параметры срабатывания трехступенчатой токовой защиты (направленной) нулевой последовательности и как проверяется чувствительность различных ступеней защиты?

6. Каковы преимущества рассматриваемой защиты по сравнению с токовой защитой от междуфазных к.з.?

7. Какова область применения токовой защиты нулевой последовательности?

8. Как рассчитать ток 3 I₀ при различных к.з. на землю?

9. Как определить 3 I₀ в месте установки защиты при к.з. на землю в удаленной точке?

Методические указания

В сетях с изолированной нейтралью замыкания одной фазы на землю не вызывает к.з., так как в этом случае ЭДС поврежденной фазы не шунтируется накоротко, а только закорачивается емкостью (фаза – земля) этой фазы. Возникающий при этом в месте повреждения ток замыкается через емкость проводов "здоровых" фаз относительно земли и имеет небольшую величину (до нескольких десятков ампер). Поэтому снижения напряжения в сети не происходит. Однако фазное напряжение "здоровых" фаз относительно земли повышается до междуфазного. Линейные напряжения остаются неизменными. Чтобы все это усвоить и представить наглядно, нужно разобраться в векторных диаграммах токов и напряжений в нормальном и ненормальном режимах.

Однофазное замыкание на землю не отражается на работе потребителей и не нарушает синхронной работы генераторов. Поэтому в отличие от к.з. замыкания на землю не требуют немедленной ликвидации. Однако этот вид повреждения создает перенапряжение, что представляет опасность с точки зрения нарушения изоляции "здоровых" фаз и возможность перехода однофазного замыкания в междуфазное к.з. Защиту от рассматриваемых повреждений принято выполнять с действием на сигнал.

Известна общая селективная сигнализация замыкания на землю в сети без указания поврежденного участка, реагирующая на появление (3 U ₀). В качестве селективных защит от замыканий на землю, указывающих поврежденный участок, применяются токовые, реагирующие на 3 I ₀. Для выполнения защиты в качестве фильтра нулевой последовательности используется специальный ТТ нулевой последовательности (ТТНП) особой конструкции. В таком однотрансформаторном фильтре, выполняемом с помощью ТТНП, ток 3 I ₀ получается магнитным суммированием от первичных токов трех фаз.

Нужно усвоить, что ток 3 I ₀ в поврежденном присоединении (фидере) отличается от тока 3 I ₀ в неповрежденных фидерах абсолютным значением и направлением.

Если собственные емкостные токи нулевой последовательности отдельных присоединений соизмеримы с полным емкостным током сети, то токовая защита неприменима. В этом случае используются направленные защиты. В качестве подведенных к реле направления мощности величин используются 3 U ₀ и 3 I ₀. Нужно хорошо усвоить выбор параметров рассматриваемых защит, проверку чувствительности   и размещение комплектов защиты, как для радиальных сетей, так и для кольцевых.

Иногда используются защиты, реагирующие на токи неустановивше­гося режима, а также на высшие гармонические в токе нулевой последовательности.

В компенсированных сетях результирующий ток 3 I ₀ поврежденного участка содержит больше гармоник, чем ток в неповрежденных присоединениях. Именно на этом различии основаны защиты в таких сетях.

В последнее время нашел применение способ защиты с наложенным током частотой  более 50 Гц. Цифровые защиты и их исполнение.

 

Вопросы для самопроверки

1. В чем заключается основная особенность защиты сетей с изолированной нейтралью?

2. Постройте векторные диаграммы токов и напряжений в нормальном режиме и при замыканиях на землю.

3. Какие принципы действия защит от замыканий на землю Вы знаете?

4. Какими недостатками обладают трехтрансформаторные фильтры токов 3 I₀?

5. В чем преимущество однотрансформаторных фильтров 3 I₀?

6.  Каким образом можно исключить влияние токов, проходящих по броне кабелей, на работу защиты?

7. В каких случаях используется направленная защита нулевой последовательности?

8. На каких принципах основана защита от замыкания на землю в компенсированных сетях?

9.  Как работают защиты, реагирующие на высшие гармонические (УСЗ -2/2; УСЗ – ЗМ)?

10. Как устроено реле на ИМС РТЗ - 51?

11. Направленные защиты: направленная защита ЗЗП и импульсное реле мощности.

12. Как работают защиты, реагирующие на токи переходного процесса?

13. Как устроены приборы поиска точки замыкания "Квант", "Спектр"? Технология поиска точки замыкания.

Дистанционная защита

Назначение, общие принципы осуществления защиты. Реле сопротивления (характеристики срабатывания, принципы выполнения, схемы включения). Пусковые органы. Схемы защиты. Выбор уставок дистанционной защиты. [1, 2, 3, 5, 9, 11, 22].

Методические указания

В дистанционной защите измерительный орган (реле сопротивления) измеряет величину сопротивления, отделяющее точку к.з. до места подключения реле. Это сопротивление пропорционально расстоянию (дистанции) до точки к.з. В качестве меры дистанции в современных защитах используется величина сопротивления на зажимах дистанционного органа (реле сопротивления) Z _р = U _р / I _р, где U_p и I_p соответственно напряжение, подведенное к реле, и ток, которым оно обтекается. В нормальном режиме сопротивление Z_p имеет максимальную величину и уменьшается по мере приближения точки короткого замыкания к месту установки защиты из-за снижения U_p и увеличения I_p. При этом уменьшают и время срабатывания защиты. Применяют три ступени выдержки времени.

Так как Z_p является комплексной величиной, то работу реле сопротивления удобно анализировать в осях R, j X. Характеристика срабатывания реле сопротивления в комплексной плоскости представляет собой геометрическое место точек, удовлетворяющих условию Z_p ≥ Z_ср, где Z_ср вектор сопротивления срабатывания реле. В зависимости от вида характеристики срабатывания различают следующие виды реле: ненаправленное реле полного сопротивления, направленное реле сопротивления, реле сопротивления со смещенной характеристикой, реле с эллиптической характеристикой. Необходимо разобраться в принципах выполнения реле сопротивления.

Реле сопротивления подключаются к ТТ и ТН таким образом, чтобы Z_р было пропорционально расстоянию до места короткого замыкания и не зависело от вида повреждения. Для этого в защитах, реагирующих на многофазные короткие замыкания, реле сопротивления включаются на линейные напряжения и разности фазных токов, одноименные с напряжением. Указанное условие выполняется и при коротких замыканиях на землю (в том числе и двойных замыканиях на землю), если реле сопротивления включены на фазные напряжения по схеме с токовой компенсацией.

В отечественной практике нашли применение ступенчатые дистанционные защиты. Дистанционные защиты аналогичны токовым направленным защитам, принципиально отличаясь от них реагирующим органом. Число зон и ступеней выдержек времени ограничивается тремя.

Выбор уставок дистанционной защиты сводится к определению сопротивления срабатывания и времени срабатывания каждой из трех ступеней ее. Необходимо учитывать влияние промежуточных подпиток на замер реле сопротивления. Следует разобраться с принципами осуществления блокировок от качаний. Цифровые дистанционные измерения. Цифровые определения направления. Круговые характеристики цифровых устройств.

Вопросы для самопроверки

1. В чем заключается принцип действия дистанционной защиты?

2. Какие преимущества имеет дистанционная защита перед токовыми?

3. Как выглядят в комплексной плоскости сопротивлений характеристики срабатывания реле сопротивлений?

4. Укажите принципы выполнения реле сопротивления.

5. Какие схемы включения дистанционных органов Вы знаете?

6. Какие основные органы имеет дистанционная защита?

7. Каково назначение пусковых органов дистанционной защиты?

8. Как обеспечивается селективность действия защиты при качаниях?

9. Как достигается селективность действия первой ступени защиты?

10. Что собой представляет вторая ступень дистанционной защиты и как выбираются ее уставки?

11. Как влияют промежуточные подпитки на величину сопротивления на зажимах дистанционного органа? Что такое коэффициент токораспределения?

12. Как выбираются уставки третьей ступени защиты?

13. Принципы работы цифровых дистанционных защит.

Методические указания

Дифференциальные токовые защиты являются быстродействующими. Их подразделяют на продольные и поперечные. Продольную дифференциальную токовую защиту используют для защиты одиночных линий малой протяженности. Принцип ее действия основан на сравнении величины и фазы токов одноименных фаз по концам защищаемой линии. Наибольшее распространение получила схема с циркулирующими токами, в которой дифференциальное реле подключается параллельно вторичным обмоткам трансформаторов тока, соединенных между собой при помощи соединительных проводов. Неравенство вторичных токов в плечах дифференциальной защиты приводит к появлению в реле тока, называемого током небаланса (I _нб); ток срабатывания защиты I _сз отстраивается от максимального тока небаланса I _нб в расчетном режиме. Необходимо разобраться, какие причины приводят к появлению I _нб, какие факторы влияют на его величину, а также как повысить чувствительность и отстроенность защиты. Нужно знать особенности выполнения продольной дифференциальной защиты линий, достоинства и недостатки.

Поперечные дифференциальные защиты применяются на параллель­ных или сдвоенных линиях, имеющих приблизительно одинаковые сопротивления.

Принцип действия основан на сравнении токов одноименных фаз, протекающих по обеим линиям в месте установки защиты. Поперечная дифференциальная защита не выявляет повредившуюся линию. Введение в схему защиты реле направления мощности устраняет указанный недостаток. Необходимо знать, как выбирается I _сз и проверяется чувствительность поперечной дифференциальной направленной защиты, достоинства и недостатки ее, схемы и область использования. Цифровое исполнение дифференциальных защит.

Вопросы для самопроверки

1. В чем заключается принцип действия продольной дифференциальной токовой защиты линий?

2. Каковы особенности выполнения продольной дифференциальной защиты?

3. Причины появления I_нб в реле?

4. Какие факторы влияют на величину I_нб?

5. Как можно повысить чувствительность и отстроенность продольной дифференциальной токовой защиты?

6. Как выбирается I_сз рассматриваемых защит?

7. В чем заключается принцип действия поперечной дифференциальной токовой направленной защиты линий?

8. Каковы причины появления "мертвой" зоны и зоны каскадного действия поперечной дифференциальной направленной защиты?

9. Почему в поперечной дифференциальной направленной защите оперативный ток необходимо подводить через блок - контакты выключателей обеих защищаемых линий?

10. Может ли дифференциальная защита сработать при качаниях?

11. Перечислите достоинства и недостатки дифференциальных защит, область использования.

12. Как выполняется измерительная и логическая части дифференциальной цифровой защиты?

Методические указания

Необходимо познакомиться с видами повреждений и ненормальных режимов работы генераторов в статорной цепи и цепи возбуждения, чтобы понять, как должна действовать релейная защита при этих режимах, какие типы защит следует применять с учетом мощности генератора. Следует разобраться в работе продольной дифференциальной защиты обмотки статора генератора и в способах уменьшения величины тока I _нб. Известно, что на величину тока I _нб влияет апериодическая составляющая в токе к.з. и наличие в сердечнике ТТ остаточной индукции. Широкое распространение в практике получили защиты, использующие быстронасыщающиеся трансформаторы и реле с торможением. Нужно разобраться в принципах работы этих устройств.

Нужно знать работу схемы защиты от замыкания фазы обмотки статора на корпус, выбор параметров срабатывания и способы повышения их чувствительности. Следует обратить внимание на схему защиты от внешних к.з. Необходимо разобраться с токовыми защитами от симметричной перегрузки и от токов обратной последовательности.

Для поддержания заданного значения напряжения на выводах статорной обмотки применяется АРВ. Нужно хорошо разобраться в работах регуляторов пропорционального действия (компаундирование, коррекция), а также нужно иметь представление о регуляторах сильного действия. Надо знать, почему при АРВ ускоряется процесс самозапуска электродвигателей, обеспечивается устойчивость их работы и улучшается работа релейной защиты. Следует обратить внимание на методы регулирования возбуждения, на работу устройств форсирования возбуждения.

Вопросы для самопроверки

1. От каких видов повреждений и ненормальных режимов работы защищают генераторы? Турбогенераторы и гидрогенераторы, их конструктивные отличия. Особенности в защите турбогенераторов и гидрогенераторов.

2. Чем опасна несимметрия токов в фазах генераторов?

3. Для чего применяется устройство гашения поля (АГП)?

4. Почему при к.з. не только отключают генератор от сети, но и вводят в действие АГП?

5. Чем обуславливается перегрузка генераторов?

6. В каких случаях применяют защиту от замыкания на корпус (на землю) обмотки статора и по какому принципу она действует?

7. Как выполняют защиту обмотки статора от сверхтоков? Укажите методику ее расчета.

8. В чем преимущество МТЗ с пуском по напряжению перед МТЗ без такого пуска?

9. В чем заключается способ выполнения продольной дифференциальной защиты генераторов? Как выбирается ток срабатывания этой защиты?

10. Почему на гидрогенераторах устанавливается защита от повышения напряжения?

11. Для чего подмагничивают сердечники ТНПШ?

12. Для чего применяют в дифференциальной защите генератора промежуточный насыщающийся трансформатор (НТТ)?

13. Почему не принято отключать турбогенератор при замыкании на землю одной точки в цепи возбуждения?

14. В чем заключаются основные отличия выполнения защит низковольтных генераторов, мощностью до 1 МВт и свыше 1 МВт?

15. Какое назначение имеет устройство АРВ генераторов?

16. Почему устройство компаундирования без корректора напряжения не обеспечивает постоянства напряжения на выводах генератора?

17. В чем преимущество фазового компаундирования по сравнению с компаундированием полным током?

18. Для чего нужна релейная форсировка возбуждения?

19. В чем заключаются основные преимущества регуляторов сильного действия?

20. Цифровые защиты генераторов.

Методические указания

Надо уяснить, какие виды повреждений и ненормальных режимов вероятны у силовых трансформаторов, и какие виды защиты надо установить в зависимости от мощности трансформаторов, схемы соединения обмоток. Следует обратить внимание на распределение тока в обмотках при к.з. на стороне низшего напряжения. Это важно для определения схемы защиты и ее чувствительности. При изучении дифференциальной защиты трансформа­тора надо учесть особенности работы его как объекта релейной защиты, состоящие в различии по величине и фазе токов сторон разных напряжений, в изменении величины тока при регулировании напряжения, в большой величине броска тока намагничивания при подаче на трансформатор напряжения, а также в конструктивной разнотипности ТТ, применяемых на стороне высшего и низшего напряжений силовых трансформаторов и в значительном различии сопротивлений плеч защиты.

Следует усвоить способы уменьшения величины тока небаланса, подбора ТТ для защиты и выбора схем соединения их вторичных обмоток, роль быстронасыщающегося трансформатора БНТ и его работу в переходных режимах.

Необходимо научиться рассчитывать ток срабатывания дифференциальной защиты и определять количество витков дифференциальной и уравнительных обмоток реле типа РНТ-565. Следует разобраться, в каких случаях дифференциальная защита должна выполняться при помощи реле типа ДЗТ. Необходимо ознакомиться со схемами защиты трансформатора на переменном оперативном токе с тем, как обеспечивается селективное действие резервных защит многообмоточных трансформаторов, как осуществляется защита трансформаторов, не имеющих включателей на стороне высшего напряжения. Надо обратить внимание на схемы защиты трансформаторов малой мощности с соединением обмоток звезда-звезда с нулем, на методику расчета уставок защиты. Следует знать виды средств автоматики, применяемых на трансформаторах, принцип работы и схему устройства автоматического регулирования напряжения у трансформаторов под нагрузкой (РПН).

Вопросы для самопроверки

1. Перечислите основные типы защит, устанавливаемых на трансформаторах в зависимости от их мощности.

2. На какие виды повреждений и ненормальных режимов работы трансформатора реагирует газовая защита?

3. Как определить расчетную величину тока небаланса?

4.  В каких случаях на трансформаторах можно устанавливать дифференциальную отсечку и чем она отличается от дифференциальной защиты с реле РНТ?

5. В каких случаях можно применять для защиты трансформаторов от к.з. токовые отсечки?

6. Как соединяются вторичные обмотки ТТ дифференциальной защиты трансформатора с группой соединения Y/Δ?

7. Почему после доливки масла в трансформаторе газовая защита временно переводится на сигнал?

8. Как предотвращается неправильное действие дифференциальной защиты при бросках тока намагничивания?

9. В каких случаях целесообразно применять для трансформаторов МТЗ с пуском по напряжению?

10. Как выполняются защиты от замыкания фазы на нуль у трансформа­торов со схемой соединения обмоток Y/Y-12 с нулем?

11. Как влияет на расчет дифференциальной защиты трансформатора | РПН?

12. Как выполняется защита трансформаторов без выключателей на стороне высшего напряжения?

13. 3а счет чего достигается увеличение чувствительности дифференци­альной защиты в случае выполнения ее с реле РНТ-565 или ДЗТ-11 по сравнению с дифференциальной отсечкой? Устройство и работа реле ДЗТ-21(23).

14. Как устроено реле РСТ-15(16)? Что дает его применение?

15. Структурная схема защиты трансформатора в цифровом исполнении.

16. Какие виды автоматики предусматриваются на трансформаторах?

17. В каких случаях на трансформаторах целесообразно устанавливать АПВ или АВР?

18. Как осуществляется регулирование напряжения под нагрузкой у трансформатора?

19. Цифровые защиты трансформаторов; особенности и требования к АЦП и ЦАП?

 

Методические указания

При изучении этой темы надо ознакомиться с видами повреждений и ненормальных режимов работы асинхронных и синхронных электродвигателей, а также с характером изменения токов при самозапуске электродвигателей и восстановлении напряжения. Необходимо усвоить принцип выполнения защит электродвигателей до 1 кВ и свыше 1 кВ и выбор их уставок; внимательно разобраться в явлениях, происходящих при пуске и самозапуске двигателей, выбор уставок токовых отсечек, устанавливаемых на электродвигателях. Необходимо знать роль защиты минимального напряжения и защиты от перегрузок у электродвигателей. Возможность возникновения технологической перегрузки, способной вызывать повреждение двигателя, учитывать при решении вопроса о применении токовой защиты от перегрузки и включении ее с действием на сигнал, отключение или разгрузку механизма. Вращающий момент электродвигателя и момент сопротивления механизма.

Надо знать основные виды автоматики, применяемые на двигателях и их назначение. Важно понять особенности режима работы печных, преобразовательных и конденсаторных установок. Надо знать виды защиты и автоматики, применяемые на этих установках. Надо понимать, каким образом поддерживают постоянство напряжения у потребителей электроэнергии. Нужно знать типы защиты и автоматики, устанавливаемые на шинах и токопроводах, уметь рассчитать их уставки.

Вопросы для самопроверки

1. Как учитывается пусковой ток двигателя при выборе тока срабатывания защиты от многофазных к.з.?

2. В каких случаях и как выполняется релейная защита двигателя от перегрузки?

3. В каких случаях и как выполняется у электродвигателей защита минимального напряжения?

4. Как предотвращается неправильное действие защиты минимального напряжения при перегорании предохранителей?

5.  В каких случаях токовая отсечка выполняется с двумя реле? Чувствительность защиты.

6. Какие меры принимаются в установках собственного расхода для обеспечения самозапуска?

7. По какому принципу можно осуществить защиту синхронного электродвигателя от несинхронного режима?

8. В каких случаях предусматривается АПВ электродвигателей?

9. Какие виды защиты и автоматики предусматриваются на преобразовательных и печных установках?

10. Как выполняют защиту батареи статических конденсаторов?

11. Как осуществляется автоматическое отключение батареи конденсаторов по режиму?

12. Какие защиты принимаются на шинах и токопроводах?

13. Как осуществляется АПВ шин?

14. Цифровые защиты электродвигателей.

Методические указания

Устройство АВР. Электроснабжение потребителей, потерявших питание, можно восстановить автоматическим подключением их к другому источнику питания с помощью устройства АВР. Многолетний опыт эксплуатации показал высокую эффективность раздельной работы элементов сети в сочетании с устройствами АВР, успешность действия которых по статистическим данным составляет 90% и более.

Существует большое разнообразие устройств АВР. Однако все они должны удовлетворять требованиям, которые положены в основу принципов выполнения устройств АВР. Следует твердо уяснить основные требования, предъявляемые к устройствам АВР и на его предложенной схеме уметь показать, как реализуются эти требования. Надо знать, как выбираются уставки АВР. Кроме того, следует разобраться с особенностями выполнения схем АВР на подстанциях с синхронными двигателями или синхронными компенсаторами.

Действие АВР должно согласовываться с действием других устройств автоматики.

В этом разделе изучить особенности повреждений (к.з.) и выполнение защит сетей напряжением до 1 кВ. Как осуществляется выбор предохранителей, воздушных автоматов. Чувствительность и селективность расцепителей воздушных автоматов. Защита от однофазных к.з. Устройство и работа защитного отключения. Устройство автоматического включения резерва.

Устройство АПВ. Большинство к.з., возникающих в процессе эксплуатации на линиях, имеет неустойчивый характер, т.е. после отключения линий защитой они самоустраняются. Вероятность самоустранения к.з. после снятия напряжения с линии будет тем выше, чем быстрее срабатывает релейная защита. Хотя заранее неизвестно самоустранилось к.з. или нет, линию включают повторно. Эту операцию выполняет АПВ, к которому предъявляются следующие требования: минимально возможное время срабатывания, обеспечение автоматического возврата схемы в исходное положение с заданной выдержкой времени, заданная кратность действия, возможность ускорения защиты после АПВ. В схеме предусмотрен автоматический запрет АПВ на случай, если по каким-либо причинам недопустимо повторное включение выключателя.

Схемы АПВ выполняются на постоянном и переменном оперативном токе. На линиях 6-10 кВ наибольшее распространение получили механические и электрические АПВ выключателей, имеющих пружинные приводы. На линиях более высокого напряжения применяются схемы с реле типов РПВ-58, РПВ-258 и РПВ-358. Надо знать принцип работы устройств, обеспечивающих однократное или двукратное повторное включения. Необходимо уяснить работу устройств АПВ на линиях с односторонним питанием и разобраться в их особенностях на линии с двусторонним питанием, что такое напряжение биения. Надо помнить, что основная задача АПВ на этих линиях – не допускать действие АПВ без контроля синхронизма. Изучить устройство и работу реле контроля синхронизма. Как работает АВР с ожиданием синхронизма и с улавливанием синхронизма.

Устройство АЧР. Устройство АЧР работает при дефиците генерирующей мощности в энергосистеме для предотвращения аварийного понижения частоты. Нужно знать, что такое лавина частоты, как ведут себя разные потребители при понижении частоты; как это отражается на технологии производства и для чего применяется это устройство автоматики. Необходимо учитывать требования, предъявляемые к устройствам АЧР, и расчет их параметров. В системе электроснабжения промышленных предприятий и сельского хозяйства может быть применена местная разгрузка. Надо понять, для чего это делается, по какой схеме и при каких отклонениях параметров режима электропередачи. Применяются две основные категории АЧР (I и II), имеющие разные уставки срабатывания по частоте и разное быстродействие. Нужно знать принцип действия реле частоты, как осуществляется схема АЧР, как обеспечивается автоматическое повторное включение отключающихся приемников (ЧАПВ).

Вопросы для самопроверки

1. Какие требования предъявляются к устройствам АВР?

2. Какие факторы надо учитывать при выборе уставок реле напряжения и времени устройства АВР? Выполнение пусковых органов минималь­ного напряжения (ПОН) и частоты.

3. Как влияет длительность перерыва питания на самозапуск электродвигателя?

4. Как осуществляется АВР линии, питающейся от двух источников?

5. В чем заключается целесообразность применения АПВ?

6. Какие требования предъявляются к устройствам АПВ?

7. В каких случаях применяется ускорение защиты до и после АПВ? Как это выполняется практически?

8. Каковы условия допустимости несинхронного АПВ?

9. В чем особенность схем АПВ на линиях с двусторонним питанием?

10. Как достигается однократность действия АПВ?

11. Каково назначение АЧР? Что такое регулирующий эффект нагрузки?

12. Укажите основные принципы действия АЧР?

13. Почему недопустима работа энергосистемы при частоте ниже 47 - 48 Гц?

14. Для чего применяется несколько очередей АЧР?

15. Каковы причины, приводящие к снижению частоты в энергосистеме?

16. Как определить величину мощности, отключаемой одной очередью устройства АЧР?

17. В каких случаях допустимо применение АПВ при работе АЧР?

18. Что такое лавина частоты и напряжения и как протекают эти процессы?

Список лабораторных работ

1. Схемы соединения трансформаторов тока и токовых реле в трехфазных сетях.

2. Испытание электромеханических реле.

3. Испытание полупроводниковых реле (РСТ, РСН, РСМ-13).

4. Исследование трехступенчатой токовой защиты линии с односторонним питанием.

5. Испытание дифференциального реле с торможением типа ДЗТ-11.

6. Исследование реле РНТ-565, ДЗТ-21, РСТ-15.

7. Исследование продольной дифференциальной токовой защиты понижающего трансформатора.

8. Исследование защиты асинхронного двигателя.

9. Устройство АВР трансформаторов.

10. Трехфазное АПВ линии с односторонним питанием.

11. Цифровая защита SPAC-801 фидера 10 кВ.

Вопросы, выносимые на экзамен

1. Назначение релейной защиты (РЗ). Виды повреждений и ненормальные режи­мы в системах электроснабжения.

2. 3х-фазные КЗ, 2х-фазные КЗ, однофазные КЗ. Напряжение и токи в петле КЗ. Распределение напряжений от точки КЗ до источника. Векторные диаграммы напряжений и токов при КЗ.

3. Требования, предъявляемые к РЗ.

4. Реле и их классификация.

5. Электромагнитные реле. Принцип действия и особенности в работе.

6. Поляризованные реле. Герконы.

7. Токовое реле РТ-40. Реле прямого действия РТМ. Реле напряжения РН-50.

8. Вспомогательное реле: промежуточные, указательные, реле времени.

9. Индукционное реле тока РТ-80: устройство, работа, характеристики.

10. Интегральные микросхемы и их применение в релейных защитах (операцион­ные усилители, компараторы, пороговые элементы, триггер Шмитта, и др.)

11. Устройство, работа реле на интегральных микросхемах (РСТ-11,РМ-11)

12. Принцип построения сложных реле на полупроводниковых элементах со срав­нением абсолютных величин U₁ и U₂.

13. Построение реле на сравнении фаз мгновенных значений двух величин U₁ и U₂.

14. Устройство и работа реле мощности на сравнении двух электрических вели­чин: блок-схема реле, суммирующие устройство, схемы сравнения.

15. Устройство и работа цифровых реле.

16. Трансформаторы тока: устройство, работа.

17. Схемы соединения трансформаторов тока и их свойства.

18. Токовые фильтры: фильтр тока нулевой последовательности.

19. Фильтр тока обратной последовательности.

20. Магнитные датчики тока.

21. Трансформаторы напряжения: устройство, работа.

22. Схемы соединения трансформаторов напряжения.

23. Фильтры: ФНОП; устройство, работа; ФННП, устройство, работа.

24. Источники оперативного тока; постоянный оперативный ток.

25. Источники переменного оперативного тока.

26. Зарядное конденсаторное устройство.

27. Максимальная токовая защита (МТЗ); назначение; схемное исполнение МТЗ.

28. Настройки МТЗ: определение I _ср.МТЗ и выдержки времени (t _ср.МТЗ)

29. Схемы МТЗ с дешунтированием катушки отключения. МТЗ нулевой последо­вательности.

30. Токовая отсечка; принцип действия, настройка, применение.

31. Замыкание на землю в сетях с изолированной нейтралью. Компенсация ёмко­стных токов.

32. Схема замещения для токов нулевой последовательности при замыкании на землю. Токораспределение токов нулевой последовательности в реальной элек­трической сети 6-35 кВ.

33. Устройство контроля изоляции; защита ЧСЗ-М; ЗЗП

34. Максимальная направленная токовая защита (МНЗ); назначение, схемное ис­полнение.

35. Настройка МНЗ; ток срабатывания (I _ср.МТЗ), время срабатывания (t _ср.МТЗ).

36. Индукционное реле мощности; устройство, работа, характеристики.

37. Недостатки МНЗ; схемы подключения реле мощности.

38. Продольная дифференциальная защита; устройство, работа; выбор тока сраба­тывания дифференциальной защиты (I _ср.ДЗ). Ток небаланса I _нб.

39. Поперечная дифференциальная защита; применение.

40. Поперечная направленная дифференциальная токовая защита.

41. Дистанционная защита; принцип действия, защита с трехступенчатой характери­стикой срабатывания, схемное исполнение.

42. Полупроводниковые реле полного сопротивления с круговой характеристикой.

43. Высокочастотные каналы по ЛЭП; назначение, устройство.

44. Дифференциально-фазная высокочастотная защита; устройство, работа.

45. Программные защиты. Устройство, работа.

46. Аварийные и ненормальные режимы работы силовых трансформаторов.

47. Требования ПУЭ по защите силовых трансформаторов.

48. Дифференциальная защита трансформаторов и ее особенности в настройке.

49. Устройство и работа реле РНТ-560, ДЗТ-11, РСТ-15.

50. Расчет дифференциальных защит трансформаторов: определения I _ср, W _ур, k _ч. Роль тормозной обмотки W _Т. Бросок тока намагничивания и его особенности, где они используются.

51. Газовая защита трансформатора; устройство, работа. Конструкции газовых реле. Требования к монтажу.

52. Назначение и устройство РПН. Автоматизация РПН.

53. Причины появления тока небаланса I _нб и меры по их ограничению в дифференци­альных защитах силовых трансформаторов.

54. Распределение токов в обмотках трансформатора с соединением обмоток Y/Δ при двухфазном к.з. на стороне НН (Δ).

55. Защита трансформатора от перегрузок и внешних к.з.

56. Защита трансформатора без выключателя на высокой стороне.

57. Цифровые защиты трансформаторов: устройство, работа

58. Аварийные и ненормальные режимы работы синхронных генераторов (СГ). Тре­бования ПУЭ по защите СГ. Внешняя характеристика и векторная диаграмма СГ.

59. Защита от междуфазных к.з. в обмотках статора. Продольные дифференциальные защиты, на­стройка.

60. Защита от замыканий обмотки статора на корпус (землю). Устройство и работа ТННП с подмагничиванием.

61. Защита от сквозных токов к.з.

62. Особенности в защите обмоток возбуждения турбогенераторов и гидрогенерато­ров. Схемное исполнение защит.

63.  Цифровая защита СГ: устройство, работа

64. Автоматическое регулирование возбуждения СГ. Назначение и требования к АРВ.

65. Простое компаундирование полным током статора как вид АРВ. Схемное испол­нение, работа. Внешняя характеристика СГ при различных cosγ.

66. Фазовое компаундирование как вид АРВ. Схемное исполнение и работа.

67. Трансформатор фазового компаундирования (ТФК), устройство, работа. Коррек­ция напряжения.

68. Релейная форсировка СГ.

69. Автоматическое гашение поля (АГП) генератора, требования к АГП.

70. Защита от потери возбуждения. Асинхронный режим работы СГ. Защита.

71. Асинхронные двигатели (АД). Вращающий момент электродвигателей и момент сопротивления механизма, их характеристики. Пуск электродвигателей; аварийные и ненормальные режимы.

72. Защита АД до 1000 В от к.з. на базе магнитного пускателя, на базе контактора. Настройка защит.

73. Защита АД от перегрузок, обрыва фаз, понижения напряжения. Схемное исполне­ние.

74. Защита АД, выше 1000 В. Требования ПУЭ.

75. Защита АД выше 1000 В от междуфазных к.з. Схемное исполнение, настройка.

76. Защита АД от замыканий на корпус (землю).

77. Защита двигателей постоянного тока.

78. Цифровая защита двигателей: устройство, работа.

79. Характеристика режима сети 6-35 кВ при замыкании фазы на землю. Схемное за­мещение, векторные диаграммы.

80. Схема замещения для токов нулевой последовательности. Токораспределение то­ков нулевой последовательности в распределительных сетях 6-35 кВ.

81. Фильтры токов нулевой последовательности (ФТНП); фильтры напряжения нуле­вой последовательности. Требования при установке.

82. Схемы защит от замыкания на землю: а) Токовая защита нулевой   последовательности. Схемное исполнение, настройка, недостатки. Реле нулевой последовательности РТЗ-51;

б) Направленные защиты нулевой последовательности. Схемное исполнение. Защита типа ЗЗП-1М. Импульсное реле направления мощности;

в) Защиты, реагирующие на высшие гармоники тока замыкания. Схемы устройства УСЗ-2/2, УСЗ-ЗМ, их работа;

г) Схемы, реагирующие на токи переходного режима (i-разрядный и i-зарядный); схема распределения переходных токов (i-разрядный и i-зарядный) при замыкании; знаки волн тока, напряжения, мгновенной мощности при замыкании на землю. Схемное ис­полнение РЗ.

83. Максимальные токовые защиты от к.з. в сети с глухозаземленной нейтралью. Распределение токов нулевой последовательности при однофазном к.з.

84. Ненаправленная МТЗ нулевой последовательности. Устройство, работа, настрой­ка.

85. Направленная токовая защита нулевой последовательности. Устройство, работа, настройка.

86. Виды всех возможных защит применяемых от повреждений и ненормальных ре­жимов ЛЭП. Их краткая характеристика и настройка.

87. Цифровая защита ЛЭП: устройство, работа.

88. Высокочастотные каналы воздушных ЛЭП. Дифференциально-фазовая высокочас­тотная защита: устройство, работа.

89. Защита сборных шин.

90. Роль и требования к АПВ. Классификация.

91. Схема и работа механического однократного АПВ.

92. Схема и работа электрического однократного АПВ.

93. Работа АПВ на межсистемных ЛЭП. Уравнительные токи. Напряжение бие­ния. Реле контроля синхронизма.

94. АПВ с ожиданием синхронизма. Устройство, работа.

95. АПВ с улавливанием синхронизма. Устройство, работа.

96. Ключи управления.

97. Назначение и роль АЧР; баланс мощностей в энергосистеме. Регулирующий эффект нагрузки. Очереди АЧР.

98. Реле частоты РЧ-1; устройство, работа.

99. Назначение АВР. Холодный и горячий резерв. АВР источников, ЛЭП, транс­форматоров, секционных шин. Пусковые органы АВР. Схемы.

8. Контрольные задания

Общие указания

Выполнение контрольных работ поможет глубже усвоить теоретический материал курса и приобрести необходимые навыки в решении практических задач в области релейной защиты. Студенты выполняют одну контрольную работу и одну курсовую. Исходные данные для всех вариантов приведены в таблице №1 и однолинейной электрической схеме на рис. 1. и рис. 2.

Для выполнения контрольной работы необходимо использовать рекомендуемую литературу, приведенную в задании и примеры расчета защит в приложениях.  При выборе типа защит нужно, прежде всего, понять сущность физических процессов, происходящих в элементах сети при аварийных режимах, изучить схемное исполнение защит и их работу, разобраться в распределении токов в схемах соединения ТТ и реле при различных видах к.з. Освоить порядок расчета параметров срабатывания защит и проверить их на чувствительность. При выполнении контрольной работы нужно рассчитать релейную защиту ЛЭП - 10 кВ., при курсовой работе – релейную защиту и автоматику силового трансформатора.

Схемы защит следует вычертить в разнесённом виде с обязательным соблюдением ГОСТа на обозначениях в чертежах. Чертёж выполнить на листе формата А1.

                                                                                        Таблица 1

Исходные данные для выполнения контрольной работы и курсового проекта

Варианты

Мощность КЗ системы

Номиналь-ная мощность

Данные по потребителям

Данные по автоматике

Трансформа-торы Т₁, Т₂

Двигатели М₁, М₂

Н₁ (Н₂)

Н₃ (Н₄)

Длина линии

Наг-руз-ка

Уставки защиты

Наг-руз-ка

Уставки защиты

S_КЗ S_Н Р_Д S_НΣ t_сз I_сз S_НΣ t_сз I_сз Л₃Л₄ Л₁Л₂ АВР АПВ МВА МВА МВт МВА С кА МВА С кА км км – – 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1 5000 6,3 1,0 1,0 0,8 0,21 2,5 1,2 0,32 3,0 14 Q1 – 2 4700 10 1,25 2,0 1,0 0,30 4,0 1,0 0,35 1,0 6 – Н1 3 4000 16 1,6 3,0 0,8 0,42 8,0 1,6 0,4 2,5 10 Q2 – 4 3800 25 2,0 4,0 0,5 0,50 11,0 1,0 0,56 5,0 17 – Н3 5 3500 40 1,25 1,5 0,7 0,30 3,0 0,9 0,35 2,0 12 Q1 – 6 3250 63 1,0 3,0 0,8 0,35 5,0 1,0 0,5 4,0 18 – Н1 7 3000 80 1,6 1,5 0,5 0,25 7,0 1,2 0,6 3,0 11 Q2 – 8 2800 125 2,6 3,5 0,6 0,45 12,0 1,4 0,7 2,0 10 – Н3 9 2500 6,3 1,6 0,5 0,7 0,14 2,8 1,3 0,41 5,0 20 Q1 – 10 2200 10 2,0 1,3 0,9 0,21 4,2 2,0 0,58 2,5 12 – Н1 11 2000 16 1,25 1,5 0,8 0,20 7,7 1,4 0,65 3,0 15 Q2 – 12 1800 25 1,6 5,0 0,5 0,60 15,0 1,6 0,9 1,6 8 – Н3 13 1000 40 2,5 4,0 0,6 0,55 17,0 1,0 1,0 2,0 15 Q1 – 14 1500 63 1,25 3,5 0,7 0,50 13,0 1,2 0,9 3,5 16 – Н1 15 1700 80 2,5 2,5 0,9 0,40 7,0 1,6 1,0 1,8 10 Q2 – 16 2000 125 1,6 2,1 0,5 0,41 4,5 2,0 0,9 1,6 12 – Н2 17 2300 6,3 1,25 1,7 0,6 0,35 2,0 1,5 0,5 2,0 15 Q1 – 18 2500 6,3 1,0 1,0 0,7 0,25 3,2 1,8 0,6 1,3 7 – Н3 19 2700 40 1,0 2,0 0,8 0,30 4,8 2,0 0,8 2,0 9 Q2 – 20 3000 63 1,25 3,0 1,0 0,40 3,8 1,5 0,8 3,0 20 – Н1 21 3200 16 1,6 3,5 0,9 0,43 6,2 2,0 1,0 4,0 21 Q1 – 22 3500 80 1,25 3,0 0,8 0,43 7,5 1,0 1,0 5,0 17 – Н2 23 3700 125 2,0 6,0 0,7 0,75 10,0 1,2 0,9 1,5 9 Q2 – 24 1000 25 2,5 4,5 0,6 0,60 11,0 1,4 0,9 2,0 11 – Н3 25 1200 6,3 0,8 0,8 0,5 0,20 4,1 1,6 0,7 2,5 15 Q1 – 26 1500 16 1,0 1,2 0,6 0,20 3,5 1,8 38,0 3,0 14 – Н1 27 1800 40 1,25 1,5 0,7 0,25 6,0 2,0 1,2 2,7 13 Q2 –                          

Продолжение таблицы 1

28 1500 10 1,6 2,5 0,8 0,40 4,2 1,9 0,8 2,2 10 – Н2 29 3500 16 2,0 1,0 0,9 0,20 9,0 1,7 1,1 1,8 10 Q1 – 30 2500 63 0,8 1,5 1,0 0,29 3,0 1,5 0,6 1,5 10 – Н3 31 2600 40 2,5 1,8 0,9 0,30 7,5 1,3 1,0 3,0 12 Q2 – 32 2700 25 1,6 3,0 0,8 0,40 15,5 1,1 1,1 4,0 20 – Н1 33 2800 25 2,0 5,0 0,7 0,70 12,0 1,5 0,9 3,5 17 Q1 – 34 2900 32 1,0 3,0 0,6 0,50 6,0 2,0 1,0 4,5 17 – Н2 35 3000 16 2,5 1,5 0,5 0,30 7,1 1,0 1,2 2,5 8 Q2 – 36 3400 10 1,25 2,0 0,5 0,30 5,0 1,0 0,9 1,5 9 – Н3 37 3600 63 1,6 0,8 0,8 0,15 5,1 1,5 0,7 1,2 11 Q1 – 38 1600 32 3,2 7,0 0,6 0,80 14,0 2,0 1,0 2,8 12 – Н1

 

Рис. 1. Исходная электрическая схема

Контрольная работа

Контрольной работы

1. Введение:

2. Короткие замыкания в сети 10 кВ (6 кВ). Краткая характеристика. Провести расчет токов к.з. в т. К₁ и К₂ (Рис.2).

3. Структурная схема релейных защит. Дать краткое пояснение по содержанию и назначению структурных элементов. Измерительные и вспомогательные реле; типы, назначение, включение в контролируемую сеть. Использовать реле тока РТ – 40, РСТ – 11, Реле напряжения РН – 50, РСТ – 14.

4. Токовые защиты: максимальная токовая защита (МТЗ) и токовая отсечка (ТО): их схемное исполнение, принцип работы, настройки (I_ср.рз и t_ср.рз, k_чув.). Схемы соединения трансформаторов тока и реле в измерительной части защит.

5. Выбор трансформаторов тока для измерительной части МТЗ по номинальной нагрузке ЛЭП и определение коэффициентов трансформации трансформаторов тока.

6. Расчет МТЗ ЛЭП–10 кВ для своих исходных данных (Приложение I), определение I_ср.МТЗ и t_ср.МТЗ, k_чув.

7. Определение тока срабатывания токовой отсечки (ТО) ЛЭП 10 кВ.

8. Схемное исполнение принятых защит (МТЗ и ТО). Спецификация применяемых реле.

9. Общий контроль изоляции при замыкании фазы на землю в распределительной сети 10 кВ (схемное исполнение). Фильтры тока и напряжения нулевой последовательности (ФТНП, ФННП). Прибор «Спектр» и его применение. Блок-схема цифровой защиты ЛЭП.

Примечание: пример расчета МТЗ ЛЭП приведен в Приложении I.

Литература для выполнения контрольной работы

1. Андреев В.А. Релейная защита и автоматизация систем электроснабжения. – М.: Высшая школа, 2006 (2001).

2. Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. – М.: Энергоиздат, 1998.

3. Кривенков В.В. и др. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. – М.: Энергоиздат, 1981.

4. Беркович М.А., Молчанов В.В., Семенов В.А. Основы техники релейной защиты. – М.: Энергоатомиздат, 1984.

5. Маркевич А.И., Иванов В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. Статические реле. – Псков, 2001.

6. Правила устройств электроустановок (ПУЭ-2002).

7. Маркевич А.И. и др. Прибор Спектр. – Энергетик №4, 2000.

8. Шмурьев В.Я. Цифровые реле . Учебное пособие. Санкт-Петербург. 1998.

9. Циглер Г. Цифровая дистанционная защита: принципы и применение. Москва. Энергоиздат. 2005.

10.  Сайты: Сириус Челябинск http://sirius-chel.ru

 НТЦ «Механотроника» http://www.mtra.ru

        АББ Реле-Чебоксары http://www.promportal.ru/userinfo147

Примерный порядок расчета тока к.з. в точке К₂ (Рис. 2)

В схеме замещения учитываем только индуктивное сопротивление элементов (Рис. 2а).

Рис. 2а.

За базисное напряжение лучше взять высокое напряжение               U_б = U_ср.вн = 115 кВ.

Сопротивление элементов в именованных единицах находим по классическим формулам:

система

(задана мощностью к.з. на шинах системы)

X_с =   (ОМ);

 

ЛЭП – 110 кВ

 

X_л1 = X₀· ₁ (ОМ), X₀ = 0,4 ОМ/км, l₁ - длина ЛЭП - 110 (км);

 

трансформатор

X_т =  · (ОМ);

 

ЛЭП – 10 кВ

X_{л3 =} (X_0·l₃)·N² _,

 

где N  трансформатора.

Результирующее сопротивление в точке К₂ с  _б = 115 кВ будет равно

 

X_рез.= X_c+X_л1+X_т+X_л3..

 

Находим величину тока к.з. в точке К₂ с

 

I_к.з.б.= (кА).

 

Находим реальный ток к.з. в точке К₂ на шинах 10 кВ,

 

                          I_к.з.к2 = I_к.з.б.·N.

 

Этот ток к.з. будет минимальным для МТЗ ЛЭП – 10кВ и использован при определении чувствительности защиты

 

 К_чув.=

 

Задание на курсовую работу

Литература для выполнения курсовой работы

1. Андреев В.А. Релейная защита и автоматизация систем электроснабжения. – М.: Высшая школа, 2006 (2001).

2. Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. – М.: Энергоиздат, 1998.

3. Беркович М.А., Молчанов В.В., Семенов В.А. Основы техники релейной защиты. – М.: Энергоатомиздат, 1984.

4. Маркевич А.И. Соловьев Н.С. Проектные расчеты по электроснабжению промышленных предприятий и релейной защиты. Псков, 2001.

5. Маркевич А.И., Иванов В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. Статические реле. – Псков, 2001.

6. Справочник по проектированию электроснабжения. Под ред. В.И. Круповича. – М.: Энергия. 1980.

7. Правила устройств электроустановок, 2006.

8. Сайты с релейной защитой силовых трансформаторов.

 ПРИЛОЖЕНИЕ I

Примерный расчет МТЗ ЛЭП 10 кВ

Защита элементов системы электроснабжения (генераторы, трансформаторы, линии электропередач (ЛЭП), сборные шины, электродвигатели и др.) от аварийных и ненормальных режимов выполняется в соответствии с требованиями Правил устройств электроустановок (ПУЭ). Вид применяемых защит зависит от класса напряжения электрической сети, величины мощности электрооборудования, режима работы нейтрали, требований по быстродействию и ряду других особенностей.

Чтобы лучше разобраться в схемном исполнении, принципе работы, расчете и настройке любой релейной защиты нужно первоначально изучить структурную схему защиты, её составляющие, их назначение и исполнение. Структурная схема всех видов защит и любой сложности одинакова (рис. 3.).

Рис. 3. Общая структурная схема релейной защиты

 

Измерительная часть состоит из основных (измерительных) реле. В зависимости от вида защиты это могут быть реле тока (KA), реле напряжения (KV), реле сопротивления (KZ) и реле мощности (KW). Их задача контролировать электрические параметры защищаемого элемента (ток, напряжение, сопротивление, мощность), сравнивая их с заданными и выдавать соответствующий сигнал логической части.

В логическую часть входят вспомогательные реле – времени (KT), промежуточные (KL), сигнальные (KH). Реализуя элементарные логические функции «ИЛИ», «И», «НЕ», «Выдержка времени», логическая часть релейной защиты приводит в действие исполнительный орган. При повреждениях (к.з.) происходит отключение выключателя Q, при ненормальных режимах появляется сигнал (звуковой, световой).

Оперативные цепи релейной защиты должны иметь надежный самостоятельный источник питания независящий от состояния электроустановки, где находится защищаемый элемент.

В схемах релейной защиты источником оперативного питания может быть аккумуляторная батарея. Это самый надежный источник, но он требует постоянного технического ухода и значительных финансовых затрат. Применяется на всех электростанциях и мощных трансформаторных подстанциях с постоянным обслуживающим персоналом. На подстанциях без постоянного обслуживающего персонала в качестве источников оперативного питания (как на постоянном токе, так и на переменном) находят применение блоки питания (БП), электрическая энергия к которым подается от трансформаторов напряжения (TV) и трансформаторов тока (TA), установленных на подстанции; трансформаторы собственных нужд (ТСН) подстанции; специальные батареи конденсаторов (БК).

Информация о токе и напряжении защищаемого элемента поступает к измерительной части релейной защиты от трансформаторов тока (TA) и трансформаторов напряжения (TV).

Распределительная электрическая сеть 6-10 кВ работает с изолированной нейтралью и в ней возможны лишь междуфазные короткие замыкания (К⁽³⁾ и К⁽²⁾). Замыкание одной фазы на землю не приводит к аварийному режиму и электроснабжение приемников не нарушается. Появление этого режима неблагоприятно для самой трехфазной распределительной сети (повышение напряжения и появление электрической дуги) и опасность поражения электрическим током людей и животных, находящихся вблизи места замыкания.

Поэтому ЛЭП этого класса имеют самостоятельную защиту от коротких замыканий, как правило, на базе токовых защит (МТЗ и ТО) и защиту от замыкания фазы на землю. [Л – 1, 2, 3, 22]

В нашем примере ЛЭП 10кВ является радиальной (простой). Устанавливается релейная защита в начале ЛЭП относительно источника питания, сразу за высоковольтным выключателем, рис. 4.

ЛЭП – 10 кВ

Для расчета МТЗ ЛЭП 10 кВ используются следующие данные:

ЛЭП -10 кВ воздушная; длина L₃= 8 км; х₀ = 0,4 ОМ/км.

Мощность к.з. системы S _К.З.С.=10000 МВА;

Длина ЛЭП 110 кВ L ₁ = L ₂ =20 км; х₀ = 0,4 ОМ/км.

Мощность нагрузки S _Н1=3,0 МВА (спокойная нагрузка);

Мощность двигателя S _М1=1,6 МВА (асинхронный высоковольтный двигатель АД, =6);

В измерительной части МТЗ используем статические реле на интегральных микросхемах РСТ-11.

Основное требование при настройке МТЗ чтобы ток срабатывания МТЗ I _срМТЗ был больше максимального тока нагрузки в нормальном режиме I _{раб. max}.

Нагрузка для ЛЭП будет состоять (см. рис. 2) из асинхронного электродвигателя М1 и нагрузки электроприемников Н1:

,

номинальный ток от нагрузки Н1

 

номинальный ток двигателя

 

     пусковой ток электродвигателя при k _пуск=6 будет равен

величина номинального рабочего тока ЛЭП будет равна

далее выбираем трансформаторы тока и определяем коэффициент их трансформации .

Величина тока I ₁ принимаем равным 300А. Тогда

где I ₁ – ближайшая наибольшая величина стандартного первичного тока трансформатора тока.

При настройке МТЗ ЛЭП 10 кВ необходимо выполнить условие

Рабочий максимальный ток ЛЭП I_{раб. max ЛЭП} будет состоять из тока нагрузки электроприемников I _Н1 и пускового тока электродвигателя I _пуск М₁

Зная рабочий максимальный ток в ЛЭП (с учетом пускового тока двигателя) определяем вторичный ток срабатывания МТЗ. [1, 3]

где k _Н – коэффициент надежности; из-за наличия пускового тока АД принимается равным 1,4 для реле РСТ-11(ПУЭ);

где k _сх =1 («неполная звезда» - схема соединения трансформаторов тока);

k _воз =0,95 (для реле РСТ-11).

n _Т – коэффициент трансформации трансформаторов тока.

Тогда величина вторичного тока срабатывания МТЗ будет равна

Находим время срабатывания МТЗ

где t _ср.РЗ – выдержка времени на последующей защите;

Δt – ступень селективности с реле РСТ-11,принимаем Δt равным 0,6 сек. (ПУЭ).

Проверяем защиту на чувствительность

где I_{kmin ( K 2)} – ток к.з. в конце ЛЭП 10 кВ (Рис. 2) из расчета по методике приведенной на стр. 36 (I_{kmin ( K 2)} = 1612 А).

Вывод: максимальная токовая защита воздушной ЛЭП проходит по чувствительности.

Цифровое исполнение защиты ЛЭП представлено на Рис. 5.

 

                                                                    

Рис. 5. Структурная схема цифровой защиты ЛЭП

 

Принцип и алгоритм работы МТЗ можно представить в виде алгебры логики (DW, DT) (Рис. 6.).

 

Рис. 6. Логическая схема МТЗ,

где КА₁, КА₂, КА₃ – реле тока, DW – логический элемент ИЛИ,

DT – логический элемент выдержки времени

 

Ток от трансформаторов тока ТА, фаз А, В, С подается на токовое реле КА. В нормальном режиме ток срабатывания реле  меньше рабочего максимального тока нагрузки ЛЭП и на выходе элемента DW (ИЛИ) присутствуют нулевые сигналы. При КЗ на ЛЭП ток через реле становится больше тока срабатывания реле и на выходе элемента DW появляется сигнал, равный 1. В элементе DT (выдержка времени) реализуется время срабатывания в соответствии с требования селективной работы защиты.

Алгоритм релейной защиты можно записать в виде логической функции N:

N=(  OR  OR ) AND DT1=1

Где , ,  – логические сигналы на выходах токовых реле

DT1 – оператор временного реле защиты.

Примеры защит от замыкания фазы на землю

Последовательности

Для токовых защит отходящих фидеров используются специальные трансформаторы тока нулевой последовательности (ТТНП), рис. 10.

а

Рис. 10. Трансформатор тока нулевой последовательности:

а) - устройство; б) – установка ТТНП на кабеле

 

Расчетные уставки защиты. Первичный ток срабатывания защиты, выполненной на реле РТ-40/0,2 или РТЗ-50, выбирается из условия несрабатывания зашиты от броска собственного емкостного тока линии при внешнем замыкании на землю по выражению:

                               ,                                           (1.6)

где k _отс – коэффициент отстройки (k _отс=1,1÷1,2); k _б – коэффициент, учитывающий бросок собственного емкостного тока при внешних перемежающихся замыканиях на землю; I _С – собственный емкостной ток. Определение I _С производится:

 – для кабельной ЛЭП:

,

где I _С0 – величина I _С на 1 км длины одного кабеля (табл. 2); l – длина линии; n – число кабельных линий;

– для воздушной ЛЭП:

,

где l – длина линии; I _С0.ВЛ – величина I _С на 1 км длины ВЛ (табл.3).

                                                                              Таблица 2

Порядок работы с прибором

Отыскание места замыкания на землю начинается с определения поврежденной линии. Для этого необходимо произвести измерения магнитного поля всех линий отходящих от шин питающей подстанции. В этом случае включенный прибор располагается горизонтально под каждой линией, и наблюдаются показания цифрового индикатора. Поврежденная линия определяется по максимальному показанию из всех измерений.

Для определения непосредственно места замыкания необходимо, удаляясь от подстанции произвести последовательные измерения вдоль поврежденной линии, включая и отпайки. До места замыкания и в месте замыкания на землю показания прибора будут максимальны, переход же за место повреждения сопровождается резким снижением цифровых показаний (в несколько раз). Показания необходимо фиксировать в течение 1-2 минут для получения достоверной информации, так как однофазные замыкания носят неустойчивый характер.

При контроле наличия напряжения на линии необходимо прибор держать на вытянутой руке выше посторонних предметов (трава, кусты, камни и т.д.) в направлении линии так, чтобы было удобно смотреть на индикатор (символ).

Большой палец оператора должен быть прижат к верхней крышке прибора.

Во избежание экранирования электрической антенны устройства не допускается наличие вокруг оператора (ближе 3 метров) людей, машин, деревьев, опор и других предметов.

Преимущества прибора «Спектр» перед подобными приборами находящимися в эксплуатации («Поиск», «Волна», «Зонд», «Квант» и другие).

1. Не требует ориентации в пространстве относительно магнитного поля ЛЭП при измерениях.

2. Применена цифровая индикация показаний.

3. Позволяет одновременно контролировать напряженность магнитного поля и наличие напряжения на линии.

4. Имеет минимальное количество органов управления (только ручка включения питания).

5. Значительно уменьшены массогабаритные показатели (прибор карманного типа).

6. Позволяет безошибочно определить поврежденный фидер и непосредственно место повреждения при любых ситуациях нарушения изоляции.

ПРИЛОЖЕНИЕ II

Примерный расчет дифференциальной защиты силового трансформатора

       Принципиальная схема для расчета дифференциальной защиты представлена на Рис.19. Мощность рассматриваемого трансформатора 16 МВА.

Рис. 19. Принципиальная схема для расчета ДЗ

 

3.1. Выбор трансформаторов тока и определение вторичных токов в плечах дифференциальной защит I ₂₁ и I ₂₂

Определяем первичные номинальные токи обмоток трансформатора

- высокого напряжения

- низкого напряжения

Находим расчетные коэффициенты трансформации трансформаторов тока со стороны

высокого напряжения

низкого напряжения

где k _сх – коэффициент схемы для высокой стороны, где трансформаторы тока соединены в треугольник , на низкой стороне трансформаторы тока соединены в неполную звезду и    (Рис. 19).

Учитывая стандартную шкалу первичных токов трансформатора тока принимаем следующие значения коэффициентов трансформации трансформаторов тока (см. Приложение IV) со стороны

- высокого напряжения

- низкого напряжения

Реальные вторичные токи в плечах защиты со стандартными коэффициентами трансформаторов тока

Видим, что токи в плечах ДЗ не равны 5А и в результате, по этой причине будет появляться ток небаланса I_нб. Для его устранения в специальных реле для ДЗ имеются уравнительные обмотки W_ур1 и W_ур2. В этом случае выравниваются магнитодвижущие силы F_м.д.с. путем расчета числа витков уравнительных обмоток, чтобы I₂₁ W_ур1= I₂₂ W_ур2

Положение ответвления РПН

U _к Δ U _РПН U _ВН U _НН X _ТР % % кВ кВ Ом Минимальное 9,8 -16 96,6   57,16 Среднее 10,5 0 115 11 86,79 Максимальное 11,71 +16 133,4 (126)   116,19

 

Далее определяем токи кз на высокой и низкой сторонах силового трансформатора (т.К₁).

Максимальное значение тока кз в обмотке ВН трансформатора.

где U _ном – номинальное напряжение обмотки ВН, кВ; X _{С min} – сопротивление питающей сети при максимальном режиме работы системы, Ом.

Считая, что в максимальном режиме системы работают обе цепи питающей ЛЭП, получим

Максимальный ток к.з., приведенный к стороне НН будет равен

Минимальное значение тока к.з. в обмотке ВН трансформатора

где X _{С max} – сопротивление питающей сети в минимальном режиме работы системы, Ом; U_{max ВН} =126 кВ, наибольшее допустимое напряжение в сети 110кВ.

В минимальном режиме работы системы питание потребителей осуществляется по одной цепи ЛЭП, поэтому

 

 

Тогда минимальное значение тока кз на ВН будет равно

Минимальное значение тока к.з., приведенное к обмотке НН будет равно

ПРИЛОЖЕНИЕ III

Цифровые защиты

Введение

      Современные устройства релейной защиты, как правило, выполняются цифровыми. Это означает, что измеряемые значения тока и напряжения преобразуются в дискретные значения, а затем обрабатываются в необходимое цифровое содержание.

      Все цифровые защиты многофункциональны, то есть кроме требуемых видов защит электрооборудования параллельно применяются «незащитные» функции, такие как измерения (ток, напряжение, мощность), контроль, управление и автоматика. Число таких функций постоянно увеличивается вместе с мощностью процессора и объёмом памяти терминалов.

      Практически все реально существующие физические явления и процессы в природе описываются аналоговыми сигналами. Аналоговый сигнал непрерывно изменяется во времени и может принимать любые значения в некотором временном диапазоне, определяемом природой физической величины.

      Дискретный (цифровой) сигнал, в отличие от аналогового, может принимать лишь конечное множество значений и определён лишь для конкретных моментов времени.

Процесс перехода от аналогового сигнала к дискретному предполагает две операции: дискретизацию по времени и квантование по уровню. А устройства, выполняющие эту операцию, называются аналого-цифровыми преобразователями (АЦП). По-существу, аналого-цифровое преобразование – это измерение мгновенных значений аналогового входного сигнала через заданные интервалы времени Δt  и кодирование измеренных дискретных значений сигнала (U) по уровню Рис. 29. При кодировании сигнала по уровню, его дискретное значение (U) равномерно разбивается на конечное число подуровней, называемых уровнями квантования (ΔU). Каждому значению уровня сигнала (в нашем примере от 1 до 9, Рис. 29) может быть присвоен код (двоичное число от 0001 до 10001). Записанные двоичные числа (код) передаются в микропроцессор через определённые промежутки времени t, называемые выборками.

При квантовании по уровню не всегда измеряемый сигнал совпадает с уровнем квантования ΔU. В таком случае, он округляется до ближайшего значения, определяемого целым числом квантов. Естественно, что при этом возникает погрешность, обусловленная округлением. Но чем меньше уровень квантования ΔU, тем точнее выходное напряжение представляет кодированный сигнал.

Характеризуя АЦП говорят о его частоте дискретизации f_g на интервале времени между дискретными сигналами Δt. При этом частота дискретизации выборок f_g=1/Δt, и, если речь идет о периодических сигналах с периодом Т, то количество этих дискретных сигналов N=f_g·T (Рис. 29).

 

 

Рис. 29. Цифровое преобразование сигнала

 

Для периодических сигналов существует взаимосвязь между наивысшей гармоникой в преобразуемом сигнале  и частотой дискретизации f_g. Еще в 30-х годах было показано академиком Котельниковым В.А., что для точного восстановления первоначального сигнала из его дискретного необходимо выполнить условие

  или

Более того, при аналого-цифровом преобразовании из входного сигнала должны быть исключены все гармоники с частотой, более высокой, чем частота дискретизации f_g. В противном случае, при восстановлении сигнала появляется разностная составляющая низкой частоты.

Другой важной характеристикой АЦП является разрядность (n) формируемого им двоичного числа. Для того, чтобы выяснить, каким должно быть значение n, рассмотрим АЦП (Рис. 30), на вход которого поступает аналоговый сигнал U, а на его цифровых выходах появляется эквивалентное число в виде двоичных сигналов с двумя возможными уровнями, условно обозначаемыми как 0 и 1, то есть представляет двоичную систему счисления (кодирования). Так в двузначном АЦП n = 2, на его двух выходах возможно формирование только четырёх независимых числовых комбинаций: 00; 01; 10; 11.

В этом случае нахождение входного аналогового сигнала U возможно в одном из четырёх поддиапазонов m, ограниченных U_{mix …..} U_{m а x              m =2}ⁿ _{(Рис. 30).}

Для n – разрядного АЦП нахождение входного сигнала U может находиться в любом из поддиапазонов m = 2ⁿ. Величина ступени квантования ΔU для сигнала составит   ΔU =  и характеризует разрешающую способность АЦП.

где 2ⁿ ­­­–1- максимальный вес входного кода.

Под разрешающей способностью АЦП понимают наименьшее значение входной величины (ΔU - квант), различаемое устройством. Так при U = 10 В, n = 12 величина ΔU составит:

 ΔU=  ≈2,44 mB.

Количество уровней квантования (поддиапазонов) составит:

m = 2ⁿ = 4096

и при изменении напряжения на входе от 0 до 10 В погрешность составит не более 5%/

Рис. 30. К пояснению разрядности АЦП

 

В устройствах РЗА применяют АЦП с частотой дискретизации от 600 Гц до 2000 Гц. Более высокая частота дискретизации используется в том случае, когда устройство защиты обеспечивает еще и осциллографирование аварийного процесса. Цифровое устройство с частотой выборок 2000Гц эквивалентно осциллографу с полосой пропускания 0...1000 Гц. Для сравнения отметим, что запись звука на компакт-дисках осуществляется с частотой дискретизации около 44кГц, что обеспечивает качественное воспроизведение фонограмм, включая частоты свыше 20кГц.

Для релейной защиты достаточно чтобы число выборок N была не менее 64 при f _п=50, а разрядность АЦП n=12÷14. В этом случае погрешность от преобразования аналоговых величин (ток, напряжение) в цифровые не будет превышать 10%. В Германии (Simens) разрядность АЦП принята n=16. Это соответствует 65536 уровням квантования (m=2¹⁶=65536).

ПРИЛОЖЕНИЕ IV

Пример расчета защиты высоковольтного асинхронного электродвигателя

Выбрать типы защит и определить их уставки электродвигателя гидронасоса по данным: U _Д.ном= 6 кВ; Р_Д.ном = 400 кВт; I _Д.ном = 48,4 А; k _П = 5,1; ТТ с n _Т = 150/5 установлены на фазах А и С; ток трехфазного к.з. на шинах распределительного устройства собственных нужд (РУСН) I _к ⁽³⁾ = 13000 А; ток замыкания на землю в РУСН I _з.< 10 А.

Решение. По технологии работы двигатель является неответственным. Согласно ПУЭ на таких электродвигателях мощностью менее 2000 кВт применяют однорелейную двухфазную токовую защиту без выдержки времени (отсечку), отстроенную по току от токов самозапуска, и защиту от перегрузки, отстроенную от токов самозапуска по времени (Рис. 38, а). Кроме того, при токе замыкания на землю более 10 A применяют токовую защиту нулевой последовательности без выдержки времени, состоящую из трансформатора тока нулевой последовательности типа ТЗЛ и реле типа РТ-40/0,2, РТЗ-51 (реле 1, 2 Рис. 38). Однолинейная схема защиты (токовая отсечка) включается на разность вторичных токов (обычно фаз А и С).

Рис. 38. Схемы соединений ТТ и реле защит электродвигателей:     

а) - однорелейная двухфазная; б) – двухрелейная двухфазная.

1- реле РТ 10/0,2 (РТЗ-51); 2- реле РТ 40/2; 3,4 – реле РТ 90 или РТ 40

 

Если однорелейная схема отсечки двигателей мощностью менее 2000 кВт не обеспечивает требуемый по ПУЭ коэффициент чувствительности k_ч=2, то применяют двухфазную двухрелейную схему «неполная звезда», которая чувствительнее в раз (Рис. 34, б).

Первичный ток срабатывания защиты отстраивается от пускового тока электродвигателя и определяются по выражению:

                                          ,                             (2.1)

где k _Н=1,8 – для реле серии РТ-80 и k _Н=1,4 – для реле серии РТ-40;

k _П – коэффициент пуска электродвигателя; 

–  номинальный ток двигателя.

Вторичный ток срабатывания определяется по выражению:

                                             ,                               (2.2)

где  - коэффициент трансформации трансформаторов тока,

 при включении реле на разность токов двух фаз ТТ (Рис. 38, а) и

 при включении реле на токи фаз ТТ (Рис. 38, б).

Коэффициент чувствительности защиты для однорелейной схемы определяется при двухфазном к.з. на выводах электродвигателя между фазами А и В или В и С, при которых ток в реле в 2 раза меньше, чем при к.з. между фазами А и С, по выражению:

                                                 ,                                    (2.3)

Для двухрелейной схемы токи в обоих реле при к.з. между любыми двумя фазами одинаковы.

Из (2.2) и (2.3) следует, что при двухфазной двухрелейной схеме защита в  раз чувствительнее, поэтому по ПУЭ ее требуется применять на электродвигателях мощностью 2000 кВт и более.

Ток срабатывания защиты от перегрузки определяется по условию отстройки от I _Д.ном по выражению:

                                            ,                               (2.4)

где k _Н=1,2 и k _в=0,8 – коэффициенты надежности и возврата реле соответственно.

Из (2.2) и (2.4) определяем выражение для вычисления тока срабатывания реле перегрузки

                                        ,                           (2.5)

Выдержка времени защиты от перегрузки при схеме с реле серии РТ-90 принимается 16с в независимой части, и если его недостаточно, то устанавливают еще дополнительное реле времени типа ЭВ-144 со шкалой 0-20с.

При схеме с независимой характеристикой выдержки времени принимают реле типа ЭВ - 144 или типа Е -513 со шкалой 6 - 60с, в зависимости от времени пуска или самозапуска двигателей.

Для заданного электродвигателя проверим возможность применения однорелейной схемы с реле типа РТ- 90.

Первичный ток срабатывания отсечки определяем по (2.1):

                       

Вторичный ток срабатывания элемента отсеки в реле определяем по (2.2):

                           

Коэффициент чувствительности вычисляем по (2.3):

                           

Ток срабатывания индукционного элемента реле РТ-90 с выдержкой времени от перегрузки определяем по (2.5) (электромагнитная отсечка):

                     

Принимаем реле типа РТ-90/2 с уставками I _ср=4,5 А и выдержкой времени в независимой части характеристики 16 с.

Кратность отсечки к уставке индукционного элемента:

                                       

По каталогу разброс тока срабатывания отсечки примерно 30%.

Коэффициент чувствительности защиты от перегрузки не определяется, поскольку она не предназначена для действия при к.з.

Опыт эксплуатации показал неправильное (излишнее) срабатывание отсечки в реле серии РТ-90, установленных в шкафах КРУ, от сотрясений при операциях с выключателями соседних шкафов. Поэтому в последнее время защита от перегрузки электродвигателей собственных нужд выполняется с независимой выдержкой времени посредством реле тока РТ- 40 и реле времени ЭВ - 144 для двигателей с временем пуска или самозапуска более 20 с.

Так как рассматриваемый двигатель неответственный, то предусматриваем его отключение от первой ступени защиты минимального напряжения:  и t = 0,5с.

Защиту от замыканий на землю не предусматриваем, исходя из того, что для двигателей 6 кВ мене 2000 кВт при токе I_з. менее 10 А по ПУЭ она не устанавливается.

 

 

Рис. 39. Цифровая защита асинхронного двигателя 6-10 кВ SPAC 802-01

ПРИЛОЖЕНИЕ V

Тип трансформатора

S _ном , МВА

Пределы регулиро-вания, %

± n ×Д

Каталожные данные

Расчетные данные

U _ном обмоток кВ

u _к , %

ΔР_к, кВт

ΔР_х, кВт

I _х , %

R , Ом

X , Ом

Δ Q _х , кВАр

В Н ТМН-2500/110 2,5 ±10×1,50 110 6,6; 11

10,5

22 5,5 1,5 42,6 508 37,5 ТМН-6300/110 6,3 ±8×1,50 115 6,6; 11 44 11,5 0,8 14,7 220 50,4 ТДН-10000/110 0 ±9×1,78 115 6,6; 11 60 14 0,7 7,95 139 70 ТДН-16000/110 16 ±9×1,78 115 6,6; 11 85 19 0,7 4,38 86,7 112 ТРДН-25000/110 25 ±9×1,78 115 6,3/6,3; 6,3/10,5; 10,5/10,5 120 27 0,7 2,54 55,9 175 ТРДН-32000/110 32 ±9×1,78 115 6,3/6,3; 6,3/10,5; 10,5/10,5 145 32 0,75 1,87 43,4 234 ТРДН-40000/110 40 ±9×1,78 115 6,3/6,3; 6,3/10,5; 10,5/10,5 175 36 0,7 1,44 34,8 260 ТД-40000/110 40 ±2×2,50 121 3,15; 6,3; 10,5 160 50 0,7 1,46 38,4 260 ТРДН-63000/110 63 ±9×1,78 115 6,3/6,3; 6,3/10,5; 10,5/10,5 260 59 0,65 0,87 22 410 ТРДЦНК-80000/110 80 ±9×1,78 115 6,3/6,3; 6,3/10,5; 10,5/10,5 245 59 0,6 0,8 22 378 ТДЦ-80000/110 80 ±2×2,50 121 6,3; 10,5; 13,8 310 70 0,6 0,71 19,2 480 ТРДЦН-80000/110 80 ±9×1,78 115 6,3/6,3; 6,3/10,5; 10,5/10,5 310 70 0,6 0,6 17,4 480 ТРДЦН-25000/110 125 ±9×1,78 115 10,5/10,5 400 100 0,55 0,4 11,1 687,5 ТДЦ-125000/110 125 ±2×2,50 121 10,5; 13,8 400 120 0,55 0,37 12,3 687,5 ТДЦ-200000/110 200 ±2×2,50 121 13,8; 15,75; 18 550 170 0,5 0,23 7,7 1000 ТДЦ-250000/110 250 ±2×2,50 121 15,75 640 200 0,5 0,15 6,1 1250 ТДЦ-400000/110 400 ±2×2,50 121 20 900 320 0,45 0,08 3,8 1800

Таблица 9

Тип трансформатора	Тип трансформатора		ВН – НН			ВН – СН			ВН – СН			ВН	СН
	min	ср	max	min	ср	max	min	ср	max
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
ТДТН-10000/110/35	115	38,5	6,6; 11,0	16,66	17,0	19,5	-	6,0	-	9,99	10,5	12,69	0,193	0,139
ТДТН-16000/110/35	115	38,5	6,6; 11,0	16,4	17,0	18,5	-	6,0	-	9,5	10,5	11,69	0,216	0,141
ТДТН-16000/110/35*	115	38,5	6,6; 11,0	9,58	10,5	11,79	-	6,0	-	16,48	17,0	18,58	0,214	0,078
ТДТН-25000/110/10	115	11,0	6,6	17,47	17,5	19,5	-	6,5	-	9,99	10,5	11,86	0,219	0,141
ТДТН-25000/110/35	115	38,5	6,6; 11,0	17,47	17,5	19,5	-	6,5	-	9,99	10,5	11,86	0,236	0,159
ТДТН-40000/110/10	115	11,0	6,6	17,04	17,5	19,29	-	6,5	-	9,52	10,5	11,56	0,245	0,171
ТДТН-40000/110/35	115	38,5	6,6; 11,0	17,04	17,5	19,29	-	6,5	-	9,52	10,5	11,56	0,245	0,171
ТДТН-40000/110/10*	115	11,0	6,6	9,5	10,5	11,6	-	6,5	-	17,03	17,5	19,3	0,246	0,115
ТДТН-40000/110/35*	115	38,5	6,6; 11,0	9,5	10,5	11,6	-	6,5	-	17,03	17,5	19,3	0,246	0,115
ТДТН-63000/110/10	115	11,0	6,6	17,14	17,5	19,2	-	7,0	-	10,1	10,5	10,9	0,258	0,159
ТДТН-63000/110/35	115	38,5	6,6; 11,0	17,14	17,5	19,2	-	7,0	-	10,1	10,5	10,9	0,258	0,159
ТДТН-63000/110/10*	115	11,0	6,6	10,1	10,5	11,9	-	7,0	-	17,2	17,5	19,3	0,241	0,110
ТДТН-63000/100/35*	115	38,5	6,6; 11,0	10,1	10,5	11,9	-	7,0	-	17,2	17,5	19,3	0,241	0,110
ТДТН-80000/110/10	115	11,0	6,6	18,25	18,5	20,47	-	7,0	-	10,28	11,0	12,33	0,295	0,151
ТДТН-80000/110/35	115	38,5	6,6; 11,0	18,25	18,5	20,47	-	7,0	-	10,28	11,0	12,33	0,295	0,151
ТДТН-80000/110/10*	115	11,0	6,6	10,22	11,0	12,13	-	7,0	-	18,15	18,5	20,27	0,295	0,107
ТДТН-63000/110/35*	115	38,5	6,6; 11,0	10,22	11,0	12,13	-	7,0	-	18,15	18,5	20,27	0,295	0,107
ТДТН-16000/150/35	158	38,5	6,6; 11,0	18,27	18,0	17,23	-	6,0	-	11,41	10,5	10,38	0,227	0,144
ТДТН-25000/150/35	158	38,5	6,6; 11,0	18,5	18,0	17,42	-	6,0	-	11,42	10,5	10,4	0,227	0,144
ТДТН-40000/150/35	158	38,5	6,6; 11,0	18,57	18,0	17,77	-	6,0	-	11,12	10,5	10,25	0,227	0,144
ТДТН-63000/150/35	158	38,5	6,6; 11,0	18,3	18,0	17,3	-	6,0	-	10,99	10,5	10,13	0,227	0,144
ТДТН-25000/220/35	230	22; 38,5	6,6; 11,0	19,5	20,0	20,4	-	6,5	-	12,4	12,5	13,4	0,242	0,147
ТДТН-40000/220/35	230	22; 38,5	6,6; 11,0	29,3	22,0	19,0	-	9,5	-	16,8	12,5	9,8	0,257	0,169
ТДТН-40000/220/35**	230	22; 38,5	6,6; 11,0	18,6	12,5	9,9	-	9,5	-	28,5	22,0	19,2	0,257	0,132
ТДЦТН-63000/220/35	230	22; 38,5	6,6; 11,0	30,4	24	19,7	-	10,5	-	17,9	12,5	10,5	0,271	0,176
ТДЦТН-63000/220/35**	230	22; 38,5	6,6; 11,0	17,7	12,5	10,4	-	10,5	-	29,6	24,0	20,0	0,271	0,142

Продолжение табл. 10

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
АТДТД-32000/220/110	230	121	6,6; 11,0; 38,5	-	34,0	-	22,5	21,0	23,0	20,0	11,0	7,0	0,346	0,252
АТДЦТН-63000/220/110	230	121	6,6; 11,0; 38,5	-	35,0	-	24,5	22,0	25,0	21,0	11,0	7,0	0,353	0,260
АТДЦТН-125000/220/110	230	121	6,6; 11,0; 13,8; 38,5	-	31,0	-	20,3	19,0	20,1	18,9	11,0	6,8	0,559	0,476
АТДЦТН-200000/220/110	230	121	6,6; 11,0; 13,8; 15,75; 38,5	-	32,0	-	21,5	20,0	21,2	19,4	11,0	6,7	0,548	0,472
АТДЦТН-250000/220/110	230	121	11,0; 13,8; 15,75; 38,5	-	32,0	-	23,0	20,0	21,8	20,9	11,0	7,1	0,544	0,485
АТДЦТН-125000/330/110	330	115	6,6; 11,0; 15,75; 38,5	-	35,0	-	29,6	22,0	22,1	10,3	10,0	10,8	0,462	0,260
АТДЦТН-200000/330/110	330	115	6,6; 11,0; 15,75; 38,5	-	34,0	-	27,2	22,5	20,3	10,6	10,0	11,0	0,471	0,380
АТДЦТН-125000/500/110	500	121	6,6; 11,0; 38,5	26,0	24,0	23,0	16,0	13,0	11,0	-	10,5	-	-	-
АТДЦТН-250000/500/110	500	121	11,0; 38,5	26,0	24,0	23,0	16,0	13,0	11,0	-	10,5	-	-	-
АОДЦТН-167000/500/220	500/√3	230/√3	11,0; 13,8; 15,75; 20,0; 38,5	-	35,0	-	25,0	21,5	20,0	12,0	11,0	12,0	-	-
АОДЦТН-267000/500/220	500/√3	230/√3	11,0; 13,8; 15,75; 20,0; 38,5	-	23,0	-	13,0	12,5	12,5	9,0	8,5	9,5	0,483	-
АОДЦТН-167000/500/330	500/√3	330/√3	11,0; 38,5	-	67,0	-	77,0	61,0	52,0	13,5	9,5	10,0	-	-
АОДЦТН-333000/750/330	750/√3	330/√3	15,75	-	28,0	-	27,0	17,0	17,0	12,0	10,0	11,0	0,412	-
АОДЦТН-417000/750/500	750/√3	330/√3	15,75	92,0	81,0	75,0	70,0	68,0	69,0	13,0	11,5	10,8	1	-

Примечания: 1. Таблица составлена по данным ГОСТ и ТУ, действительным на 1 июня 1987 г. и материалам Южного отделения ЭСП.

2. Звездочкой (*) обозначены трансформаторы, выполненные по варианту п.4 примечания к табл. 5 ГОСТ 12965-74.

3. Двумя звездочками (**) обозначены трансформаторы, выполненные по варианту п.2 примечания к табл. 7 ГОСТ 15957-70.

4. Трансформаторы (автотрансформаторы) с высшим напряжением 110 кВ выполнены по ГОСТ 12965-74; 150 кВ – по ГОСТ 17546-72; 220 кВ – по ГОСТ 15957-70; 330 кВ – по ГОСТ 17545-72; 500 кВ – по ГОСТ 17544-72; 750 кВ – по ТУ (ТУ 16-517.755-73 для автотрансформатора со средним напряжением 330 кВ, ТУ 16-517.883-75 для автотрансформатора со средним напряжением 500 кВ).

 

Напряжение, кВ

номинальное наибольшее среднее (для расчета токов к.з.) 0,22/0,127 - 0,22/0,127 0,38/0,22 0,4/0,23 0,4/0,23 0,66/0,38 0,69/0,4 0,69/0,4 3 3,5 3,15 6 6,9 6,3 10 11,5 10,5 20 23,0 20,0 35 40,5 37,0 110 126,0 115,0 150 172,0 154,0 220 252,0 230,0 330 373,0 330,0

Примечание. Номинальные и наибольшие напряжения указаны по ГОСТ 721-74 и 721-77.

                                                                                                                           Таблица 12

Одно-жильных до 1 кВ

Двух-жильных до 1 кВ

трехжильных напряжением, кВ

Четырех-жильных до 1 кВ

До 3 6 10 6 - 60 55 - - - 10 110 80 75 60 - 65 16 135 ПО 90 80 75 90 25 180 140 125 105 90 115 35 220 175 145 125 115 135 50 275 210 180 155 140 165 70 340 250 220 190 165 200              

Продолжение таблицы 12

95 400 290 260 225 205 240 120 460 335 300 260 240 270 150 520 385 335 300 275 305 185 580 - 380 340 310 345 240 675 - 440 390 355 - 300 770 - - - - - 400 940 - - - - - 500 1080 - - - - - 625 1170 - - - - - 800 1310 - - - - -

                                                                                               Таблица 13

ПРИЛОЖЕНИЕ VI

Дифференциальной защиты

Вид короткого замыкания	Векторные диаграммы токов при внешнем коротком замыкании за трансформатором с соединением обмоток Y/Δ-11 при		Схема упрощенных дифференциальных защит двухобмоточного трансформатора
			двухрелейная		трехлинейная
	Со стороны обмоток ВН, соединенных в звезду	Со стороны обмоток НН, соединенных в треугольник (ПТ=1)
			Ток в реле 1 и 2		Ток в реле 3 Iр3=IВС+( Ia+Ic)
			Iр1=Ica-I0	Iр2=IАВ-Iа
Трехфазное АВС
Между фазами АВ			IC=0 ICA=0
Между фазами ВС				Ia=0 IAB=0
Между фазами СА					Ia+Ic=0 Ibc=0

                                                                                                                             Таблица 14

Рис. 39. Токораспределение в цепях дифференциальной токовой защиты двух- и трехобмоточных трансформаторов: а – двойное замыкание на землю на стороне 6 – 10кВ; б – КЗ между двумя фазами на стороне «треугольник» 6 – 10кВ двухобмоточного трансформатора; в – КЗ между двумя фазами на стороне «звезды» 110-220кВ двухобмоточного трансформатора; г – КЗ между двумя фазами на стороне «звезды» 35кВ трехобмоточного трансформатора

ПРИЛОЖЕНИЕ VII

Контрольные  вопросы

В целях самоконтроля и проверки остаточных знаний предлагаются тестовые вопросы. Из 22 вопросов при правильных ответах уровень знаний можно оценить:

– «удовлетворительно» – не менее 13 правильных ответов;

– «хорошо» – не менее 17 правильных ответов;

– «отлично» – не менее 20 правильных ответов.

В 1. Выбрать выдержки времени максимальной токовой защиты (МТЗ) с независимой характеристикой срабатывания реле для схемы:

 

 

1) t _ср1 = t _ср2 = t _ср3;

2) t _ср1 > t _ср2 > t _ср3;

3) t _ср1 < t _ср2 < t _ср3;

4) t _ср1 = t _ср2 = t _ср3 =0.

 

Рис. 1

                               

 

В 2. Для измерительной схемы МТЗ (Рис. 2) при номинальном первичном токе I _ном назовите величину тока в обратном проводе.

 

       1) I _об=0;

       2) I _об=5А;

       3) ;

       4) .

 

 

Рис. 2

 

 

В3. В каких сетях применяется измерительная схема токовых защит (Рис. 3) с включением трансформаторов тока на разность токов?

1) В сетях с изолированной нейтралью;

2) В сетях с глухозаземлен-ной нейтралью;

3) В сетях, где силовой трансформатор имеет соединения обмоток Y/Δ.

Рис. 3

В4. Назовите величину тока через реле (Рис. 3) при номинальном первичном токе I _ном.

1) I _р=0   2) I _р=5А 3) I _р=10А 4)

В5. Назовите величину тока срабатывания для токовой отсечки, (Рис.4).

 

1) ;

2) ;

3) .

 

 

Рис. 4

В6. Какой характеристикой срабатывания обладают электромагнитные реле тока типа РТ- 40 и РСТ-11, (t _ср = f(I _р))?

Рис. 5

В7. Статические реле тока РСТ-14 и реле напряжения РСН -17. Как изменяют величину срабатывания I _ср (U _ср) этих реле?

1) Изменяя величину τ дифференцирующей цепи RC на выходе компаратора;

2) Изменяя коэффициент трансформации входных трансформаторов (TAL; TVL);

3) Изменяя величину опорного напряжения U _оп на входе компаратора;

В8. Когда работает реле мощности KW в схемах релейной защиты (рис. 6)?

Рис. 6

1) При к.з. в точке К₁;

2) При к.з. в точке К₂;

3) При к.з. в точке К₃.

 

В9. Укажите как определяется ток срабатывания для продольной дифференциальной защиты (рис. 7).

 

 

                1) ;

                2) ;

                3) ;

                4) .

Рис. 7

            

 

В10. Укажите характеристику срабатывания реле сопротивления на комплексной плоскости при сравнении двух электрических величин вида U_I = K_II·U _р и U_II = K_I·I _р.

Рис. 8

В11. Как определяется ток срабатывания для МТЗ ЛЭП?

1) ;

2) ;

3) ;

4) .

 

Рис. 9

 

В12. На что влияет в работе дифференциальной защиты схема соединения обмоток силового трансформатора – Y/Δ, гр. 11 (рис. 10)?

 

 

1) На величину тока i ₂₁;

2) На величину тока i ₂₂;

3) На быстродействие защиты;

4) На величину тока небаланса I _нб.

 

Рис. 10

В13. Что понимают под током небаланса I _нб при расчете продольной дифференциальной защиты силового трансформатора (Рис. 10)?

1) Ток i ₂₁ в плече дифференциальной защиты; I _нб = i ₂₁;

2) Ток i ₂₂ в плече дифференциальной защиты; I _нб = i ₂₂;

3) Сумма токов в плечах дифференциальной защиты ;

4) Разность токов в плечах дифференциальной защиты .

В14. Назначение тормозной обмотки W _Т в реле типа ДЗТ-11:

1) Замедлять срабатывание реле;

2) Ускорять срабатывание реле;

3) Поднасыщать крайние стержни БНТ для ослабления трансформации I _нб в рабочую обмотку W _раб.

В15. Укажите характеристику срабатывания ДЗТ-11 (Рис. 11).

 

 

          1) 1;

          2) 2;

          3) 3;

          4) 4.

 

 

Рис. 11

 

 

В16. Почему при автоматическом гашении магнитного поля генератора (АГП), прежде, чем отключить обмотку возбуждения генератора (ОВГ), ее нужно первоначально закоротить на добавочное сопротивление R _доб (Рис. 12)?

1) Для устойчивости синхронного генератора; 2) Для более быстрого отключения генератора из работы; 3) Для быстрого гашения магнитного поля генератора; 4) Для исключения пробоя обмотки возбуждения от ЭДС самоиндукции при гашении магнитного поля. Рис. 12

В17. Какой основной признак используется для автоматического повторного включения (АПВ) элементом СЭС?

1) Исчезновение напряжения в шинах;

2) Понижение напряжения в ЛЭП ниже определенного;

3) Возникновение к.з. в элементе СЭС;

4) Возникновение несоответствия положения ключа управления и выключателя.

В18. Чем отличается АПВ сложных сетей от АПВ радиальных (простых) электрических сетей?

1) Большей величиной времени начала действия АПВ (t _АПВ1);

2) Меньшей величиной времени начала действия АПВ (t _АПВ1);

3) Схема АПВ радиальной линии имеет двукратное действие, а АПВ сложной линии – однократное;

4) В схеме АПВ сложной линии, на одной из сторон, имеется реле контроля синхронизма.

В19. Как определяется ток срабатывания для токовой отсечки (защиты) высоковольтного асинхронного двигателя (Рис. 13)?

 

 

1) ;

2) ;

3) ;

4) .

 

 

Рис. 13

В20. Назначение аналого-цифрового преобразователя (АЦП) в структурной схеме микропроцессорной защиты (рис. 14).

Рис. 14

1) Для усиления параметра (тока, напряжения) на входе микропроцессора (МП);

2) Для согласования электрических параметров (тока, напряжения) между частотным фильтром (ЧФ) и микропроцессором (МП);

3) Для преобразования аналоговых (мгновенных) значений синусоидального тока (напряжения), контролируемых в защищенной цепи, в цифровую величину и подача их на вход микропроцессора.

В21. Назначение микропроцессора (МП) в структурной схеме (Рис. 14).

1) Для суммирования (вычитания) цифровых величин тока (напряжения);

2) Для выполнения логических операций (И, ИЛИ, НЕ);

3) Для выполнения функций релейной защиты, представленных в виде алгоритмов действия ее измерительных и логических органов (по заданной программе).

В22. Назначение цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) в структурной схеме микропроцессорной защиты (Рис. 14)?

1) Для усиления цифровых сигналов на выходе МП;

2) Для согласования выходных сигналов с МП и исполнительной частью РЗ;

3) Для преобразования цифрового сигнала в аналоговый (напряжение), поступающего на исполнительный орган РЗ (промежуточные реле), действующего на выключатель.

Ответы на контрольные вопросы

Вопросы В1 В2 В3 В4 В5 В6 В7 В8 В9 В10 В11 В12 В13 В14 В15 В16 В17 В18 В19 В20 В21 В22

Ответы 2 2 1 4 2 4 3 1 4 3 3 4 4 3 3 4 4 4 2 3 3 3

 

13 правильных ответов – «удовлетворительно»,

17 правильных ответов – «хорошо»,

20 правильных ответов – «отлично».

 

Приложение VIII

Сокращения общие

КЗ – короткое замыкание

РЗА – релейная защита и автоматика

ВКЛ – включение

ОТКЛ – отключение

 

Таблица обозначения функций в кодах ANSI и МЭК

Обозначение функций	Код ANSI	Код МЭК	Описание функций	Обозначение в ТОР
Защиты
Максимальная токовая защита от междуфазных замыканий	51	31>	Ненаправленная трехфазная МТЗ, третья ступень	МТЗ 3_1, МТЗ 3_2
	50/51	31>>	Ненаправленная трехфазная МТЗ, вторая ступень	МТЗ 2_1, МТЗ 2_2, МТЗ 2_3
	50/51В	31>>>	Ненаправленная трехфазная МТЗ, первая ступень (отсечка)	МТЗ 1
	67	31>	Направленная трехфазная МТЗ, третья ступень	МТЗ 3_1*, МТЗ 3_2*
	67	31>>	Направленная трехфазная МТЗ, вторая ступень	МТЗ 2_1*, МТЗ 2_2*, МТЗ 2_3*
	67	31>>>	Направленная трехфазная МТЗ, первая ступень	МТЗ 1*
Дифференциальная токовая защита	87Т	3∆I>> 3∆I>>	Дифференциальная защита с торможе- нием.Дифф.отсечка	ДЗТ, ДО
Максимальная токовая защита от замыканий на землю	50N/51N	Io>	Ненаправленная МТЗ от замыканий на землю	ТЗНП_1, ТЗНП_2
	67N	Io>	Направленная МТЗ от замыканий на землю	ТЗНП_1, ТЗНП_2
Защита от несимметрии нагрузки/небаланса	46	12>	Защита от несимметрии нагрузки/небаланса (обрыв фаз)	ЗОФ
Защита минимального/ максимального напряжения	27	U<, 3U<	Защита минимального напряжения(однофазная/трехфазная)	ЗМН_1
	59	3U>	Защита максимального напряжения (трехфазная)	U>
Защита по напряжению нулевой последовательности	59N	Uo>	Ступень защиты по напряжению нулевой последовательности	Uo
Защита по напряжению обратной последовательности	47	U2	Ступень защиты по напряжению обратной последовательности	U2>
Защита двигателя	49		Защита от перегрузки двигателя(«псевдотепловая» модель)
	48	Is2t	Защита пусковых режимов двигателя
Защита от повышения/ понижения частоты	81U	f<, f<<, f<<<,f<<<<	Ступени 1…4 защиты от понижения частоты	АЧР_1… АЧР_4
		df/dt	Защита по скорости изменения частоты	df/dt
	81O	f<, f<<, f<<<	Ступени 1…3 защиты от повышения частоты	ЧАПВ, f<<, f<<<
Измерения
		3I	Измерение фазных токов
		Io	Измерение тока нулевой последовательности
		3U	Измерение линейных напряжений
		Uo	Измерение напряжения нулевой последовательности
		P, Q, E, pf	Измерение активной, реактивной мощности, энергии, коэффициента мощности
		f	Измерение частоты
			Аварийный регистратор (осциллограф)

 

*- обозначение такое же, как если используются ненаправленные защиты

 

Учебное издание

Маркевич Анатолий Иванович

 

 

В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Учебно –методическое пособие

 

 

Технический редактор : А.И. Маркевич

Компьютерная верстка А.И. Маркевич

Корректор: С.Н. Емельянова

 

 

Подписано в печать: 30.10.2012. Формат 60x90/16.

Гарнитура Times New Roman. Усл. п.л. 8,5.

Тираж 82 экз. Заказ № 4260

 

 

Адрес издательства:

Россия, г. Псков, ул. Л. Толстого, 4

Издательство ПсковГУ

А. И. Маркевич

 

 

РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА

В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

 

 

Учебно-методическое пособие

 

 

Псков

Издательство ПГУ

2012

УДК 681.5

ББК 31.27-05

  М26

 

Рекомендовано к изданию кафедрой «Электроэнергетика» Псковского государственного университета

Рецензент:

Кулешов В.П., ведущий специалист отдела РЗ Филиала АОА «МРСК Северо-Запада» «Псковэнерго»

 

 

Маркевич, А.И.

М26          Релейная защита и автоматика в системах электроснабжения :                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    

           Учебно-методическое пособие. – Псков : Издательство ПсковГУ.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   

             2012.-138 с.

               

Учебно - методическое пособие предназначено для студентов  специальности 140400 «Электроэнергетика и электротехника» и соответствует учебной программе по дисциплине «Релейная защита и автоматика систем электроснабжения». Пособие состоит из подробной программы курса с краткими комментариями на все разделы программы, дается ссылка на конкретную учебную литературу и другие источники знаний в области релейной защиты и автоматики в системах электроснабжения. В пособии приведены исходные данные для выполнения контрольной и курсовой работ с примерами конкретных расчетов. Приведены необходимые справочные данные по вопросам электроэнергетики, типовые схемные исполнения. Включены контрольные вопросы для самопроверки знаний. Представлен перечень сокращений, используемых в литературе и инструкциях при эксплуатации устройств релейной защиты и автоматики.

Предназначено для студентов всех форм обучения.

 

 

                                                                                                    УДК 681.5

ББК 31.27-05

      

 

© Маркевич А.И., 2012

© Псковский государственный университет, 2012

СОДЕРЖАНИЕ                                                                                                                                                                                                                                                                                             

1. Введение                                                                                                             4

2. Общие вопросы релейной защиты и автоматики                                      6

2.1. Основные понятия о релейной защите и автоматике                       6

2.2. Измерительные преобразователи синусоидальных

напряжений и токов                                                                                      7

2.3. Измерительные и логические органы релейной защиты. Реле      10

3. Релейная защита и автоматика в системах электроснабжения              11

3.1. Защита плавкими предохранителями и автоматами                       11

3.2. Токовые защиты                                                                                  12

3.2.1. Максимальная токовая защита                                                   12

3.2.2. Токовые отсечки                                                                      13

3.2.3. Токовая направленная защита                                                14

3.3. Защита от замыканий на землю в сетях с глухозаземленной

нейтралью                                                                                                     15

3.4. Защита от замыканий на землю в сетях с изолированной

нейтралью                                                                                                     17

3.5. Дистанционная защита                                                                       18

3.6. Дифференциальные токовые защиты                                                   20

4. Релейная защита и автоматика элементов СЭС                                       21

4.1. Защита и автоматика синхронных генераторов                              21

4.2. Защита и автоматика трансформаторов                                            23

4.3. Защита и автоматика электродвигателей. Защита и автоматика

специальных электроустановок систем электроснабжения                       24

5. Устройства системной автоматики                                                           26

6. Список лабораторных работ                                                                          28

7. Вопросы выносимые на экзамен                                                              28

8. Контрольные задания                                                                                      32

8.1. Общие указания                                                                                   32

8.2. Контрольная работа                                                                             35

8.3. Задание на курсовую работу                                                              38

Приложение I. Примерный расчет МТЗ ЛЭП 10 кВ                                     40

Приложение II. Релейная защита силовых трансформаторов                      62

Приложение III. Цифровые защиты                                                              85

Приложение IV. Пример расчета защиты высоковольтного

асинхронного двигателя                                                                                    99

Приложение V.Справочные данные по силовому электро-

оборудованию                                                                                                  103

Приложение VI. Векторные диаграммы токов при различных видах

коротких замыканий для измерительной части

дифференциальной защиты                                                                            110

Приложение VII. Контрольные вопросы                                                     112

Приложение VIII. Перечень сокращений, используемых в

инструкциях по эксплуатации устройств релейной защиты

и автоматики                                                                                                        120               

 

Введение

Надежность энергоснабжения потребителей невозможно обеспечить без автоматического управления элементами системы электроснабжения и их защиты от аварийных и ненормальных режимов.

Системы электроснабжения (СЭС) являются сложными производственными объектами, элементы которых участвуют в едином производственном процессе, особенностью которого является быстротечность явлений, включая и повреждения аварийного характера. Поэтому надежная и экономичная работа систем электроснабжения возможна только при автоматическом управлении ими. Для этих целей используется комплекс автоматических устройств, среди которых первостепенное значение имеют устройства релейной защиты и электросетевой автоматики. Рост потребления электроэнергии и усложнение систем электроснабжения требуют постоянного совершенствования этих устройств. Сегодня этот процесс идет по пути более широкого использования микропроцессорной и цифровой техники. На базе микропроцессорных комплексов разрабатываются интегрированные системы управления электрическими станциями и подстанциями, где все функции релейной защиты, автоматики и оперативного управления совмещены, предусматривается фиксация параметров в действии релейной защиты доаварийного и аварийного режимов и передачи их на расстоянии.

Одновременно широко применяются и простейшие средства защиты и автоматики: предохранители, автоматы, магнитные пускатели, электротепловые элементы. Надежно работают простые токовые защиты на базе электромеханических реле, устройства автоматического повторного включения (АПВ), автоматического включения резервного питания (АВР) и автоматической частотной разгрузки (АЧР).

В соответствии с учебной программой курса пособие включает три основные раздела. В первом предлагается изучить общие вопросы подхода по применению релейной защиты и требования к ней, вопросы аварийных и ненормальных режимов, возникающих в СЭС, устройство и конструкцию реле, работающих на электромагнитном и индукционном принципе (механические реле), полупроводниковые реле, реле на интегральных микросхемах, цифровые реле, параметры, характеризующие работу измерительных и вспомогательных реле. Во втором разделе изучаются виды защит, их схемное исполнение, определение параметров срабатывания и селективности, применение источников оперативного тока. В третьем - вопросы релейной защиты и автоматики оборудования СЭС и потребителей электроэнергии.

Методическое пособие составлено так, чтобы оказать помощь студентам при изучении теории, выполнения лабораторных работ, контрольных заданий и курсовой работы. После каждой темы помещены вопросы для самопроверки. Представлены контрольные вопросы из экзаменационных билетов, вопросы для проверки остаточных знаний.

Пособие имеет приложение, где размещен справочный материал для выполнения контрольной и курсовой работ «Релейная защита и автоматика силового трансформатора», представлены примеры расчета защит элементов СЭС. Приведен перечень сокращений используемых в инструкциях по эксплуатации устройств РЗ и автоматики.

Изучив вышеназванный курс, студенты должны усвоить теоретические вопросы, научиться читать и составлять схемы различных устройств релейной защиты и автоматики, понимать принцип их действия, определять параметры срабатывания и селективной работы.

Методическое пособие составлено в соответствии с учебной программой «Релейная защита и автоматика СЭС» по направлению 140400 «Электроэнергетика и электротехника».

Литература

      Основная:

1. Андреев В.А. Релейная защита, автоматика в системах электроснабжения. – М.: Высшая школа, 2006.

2. Кривенков В.В., Новелла В.Н. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. – М.: Энергоиздат, 1981.

3. Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита. – М.: Энергоатомиздат, 1998.

4. Беркович М.А., Молчанов В.Л., Семенов В.А. Основы техники релейной защиты. – М.: Энергоиздат, 1984.

5. Федосеев А.М., Федосеев М.А. Релейная защита электрических систем. – М.: Энергоатомиздат, 1986.

6. Беркович М.А., Комаров А.Н., Семенов В.А. Основы автоматики энергосистем. – М.: Энергоиздат, 1992.

7. Барзам А.Б. Системная автоматика. – М.: Энергоатомиздат, 1989.

8. Правила устройства электроустановок, 2006.

       Дополнительная:

1. Гуревич В.И. Микропроцессорные реле защиты. Устройства, проблемы, перспективы. – М.: Инфра – Инженерия, 2011.

2. Ванин В.К., Павлов Г.М. Релейная защита на элементах аналоговой вычислительной техники. – Л., 1983.

3. Циглер Г. Цифровая дистанционная защита: принципы и применение. – М.: Энергоатомиздат, 2005.

4. Маркевич А.И., Иванов А.А. Прибор на определение повреждения изоляции в сетях 6-35кВ. – Электрические станции №8, 1998.

5. Булычев А.В. и др. Аналоговая и цифровая микроэлектроника для средств релейной защиты. Учебное пособие. – СПбГТУ, 1998.

6. Маркевич А.И., Иванов В.А. Релейная защита и автоматизация систем электроснабжения. Статические реле. – Псков, 2001.

7. Маркевич А.И., Соловьев Н.С. Проектные расчеты по электроснабжению промышленных предприятий и релейной защите. – Псков, 2001.

8. Дьяков А.Ф., Поляков В.В. Основы проектирования релейной защиты электроэнергетических систем. – М.: МЭН, 2000.

9. Шмурьев В.Я. Цифровые реле. Учебное пособие. – Санкт-Петербург, 1998.

10. А.с. 398885 СССР. Полупроводниковое фазоизмерительное устройство / А.И. Маркевич / Открытия. Изобретения. 1973. №38.

11. А.с. 1005239 СССР. Устройство для защиты обмоток возбуждения синхронного генератора / А.И. Маркевич, А.А. Иванов / Открытия. Изобретения. 1983. №10.

12. А.с. 388332 СССР. Датчик фазы / А.И. Маркевич / Открытия. Изобретения. 1973. №28.

13. Справочник по проектированию электроснабжения. Под ред. В.И. Круповича. – М.: Энергия. 1980.

14. Сайты: Сириус Челябинск http://sirius-chel.ru

 НТЦ «Механотроника» http://www.mtra.ru

        АББ Реле-Чебоксары http://www.promportal.ru/userinfo147

ЗАО « РАДИУС Автоматика» и ООО «НПФ» РАДИУС» http://www.rza.ru/production.htm

 

2 . Общие вопросы релейной защиты и автоматики

Основные понятия о релейной защите и автоматике

Виды повреждений и ненормальных режимов работы элементов систем электроснабжения. Назначение релейной защиты (РЗ) и электросетевой автоматики. Основные требования, предъявляемые к релейной защите. Элементная база защит, реле и их разновидности. Способы изображения и включения реле. Способы воздействия защиты на выключатель. Основные принципы построения защит. Структурная схема релейных защит.

Оперативный ток. Оперативный постоянный ток. Оперативный переменный ток. Схемы источников оперативного тока. Блоки питания. [1, 2, 3, 4]

Методические указания

Анализ рабочих и аварийных режимов дает возможность правильно выбрать, рассчитать и оценить поведение релейной защиты и автоматики элементов электрической системы. Необходимо знать виды повреждений и ненормальных режимов, возникающих в элементах системы, уметь строить векторные диаграммы токов и напряжений при различных видах повреждений, устанавливать закономерность изменения различных электрических параметров режима в зависимости от вида и места короткого замыкания (к.з.), а так же от режима работы системы; разобраться с основными отличиями аварийных режимов в сетях с заземленными и изолированными нейтралями.

Следует твердо усвоить требования, предъявляемые к релейной защите, а так же возможные последствия при невыполнении их.

В настоящее время при выполнении релейной защиты и автоматики систем электроснабжения широкое применение находят различные источники оперативного тока. Надо знать эти источники, уметь применять их. Кроме того, следует иметь представление об источниках оперативного тока для полупроводниковых и цифровых защит.

Вопросы для самопроверки

1. Какие виды повреждений и ненормальных режимов могут возникнуть в электрических сетях?

2. Каковы функции релейной защиты и основные требования, предъявляемые к ней?

3. Каковы основные принципы построения защит, их структурное содержание?

4. Какие источники оперативного тока Вы знаете? Какова область их применения?

5. В чем заключаются достоинства и недостатки источников постоянного и переменного оперативного токов?

6. Какие требования предъявляют к источникам оперативного тока для полупроводниковых и цифровых защит?