Н.В. Чернобровов Релейная защита. Релейная защита чернобровов pdfН.В. Чернобровов Релейная защита - Стр 20д) Распределение токов нулевой последовательности в сети при замыкании на землю Для уяснения условий работы защиты на рис. 9-11приведено распределение токовI0. При замыкании на землю одной из фаз линииЛ1 (например, в точкеК) в месте повреждения возникает напряжение нулевой последовательности Uок, под действием которого проходят токи нулевой последовательностиI0, замыкающиеся через емкости фаз каждой линии и ДГК (если последняя установлена). Из рассмотрения приведенного токораспределения можно сделать следующие выводы: 191 1) Емкостный ток нулевой последовательности проходит по всем поврежденным и неповрежденным линиям сети. Ток дугогасящей катушки замыкается только по поврежденной линии Л1 Направление результирующего тока IТНПпов.л зависит от того, какая составляющая (индуктивная или емкостная) преобладает в нем. 4) Токораспределение показывает, что в некомпенсированной сети могут применяться направленные защиты, реагирующие на реактивную мощность нулевой последовательности, обусловленную емкостным током. В сети с перекомпенсацией емкостного тока направленная защита реактивной мощности не применима, так как реактивный ток в поврежденной линии и емкостный в неповрежденной имеют одинаковое направление. е) Ток срабатывания токовой защиты Для обеспечения селективного действия защиты (например, защиты 1 на рис. 9-11)необходимо отстроить ее ток срабатывания от емкостного тока, проходящего по защищаемой линииЛ1 при замыканиях на землю на других присоединениях, и от тока небаланса при к. з. в сети. Если емкость фазы защищаемой линии равнаСЛ, то емкостный ток в защите при внешнем замыкании на землю равен утроенному токуIОЛ этой линии, т. е. Iр = 3I0(л) = = 3UфωСл. При перемежающейся дуге в месте повреждения возможны броски емкостного тока, в 4—5раз превышающие его установившееся значение. Исходя из этого, первичный ток срабатывания защиты принимают равным: где kб — коэффициент, учитывающий бросок емкостного тока, равный4—5;при наличии выдержки времениkб ≈ 2 ÷ 3;кн — коэффициент надежности, равный1,1—1,2. Выбранный, таким образом, ток срабатывания всегда оказывается надежно отстроенным и от токов небаланса, возникающих в ТНП не только при нагрузке, но и при междуфазных к. з. Ч у в с т в и т е л ь н о с т ь защиты при замыканиях па землю на защищаемой линии проверяется по отношению токов, протекающих через ТНП поврежденной линии, к току срабатывания защиты: В числитель (9-21)подставляетсяIТНПпов.л по(9-18)или(9-19).Чувствительность защиты считается достаточной, если коэффициент чувствительностикч равен 1,25 для ка- бельных и 1,5 для воздушных линий. Вследствие сложности вычисления вторичного тока ТНП по первичному, реле регулируется на заданный ток срабатывания подачей тока в первичную цепь. ж) Оценка токовой защиты Чувствительность рассмотренной токовой защиты ограничивается необходимостью ее отстройки от бросков емкостного тока при замыканиях на землю на других линиях. В результате этого для надежного и селективного действия токовой защиты требуется увеличение тока замыкания на землю сверх допустимого предела, в то время как для повышения надежности работы компенсированных сетей необходимо снижать этот ток. Недостаточная чувствительность токовых защит, реагирующих на емкостный ток сети, особенно проявляется на подстанциях с малым числом линий, а также в компенсированных сетях с малым оста точным током. В этих случаях емкостный ток неповрежденной линии (от которого отстраивается ее защита) становится соизмеримым с током замыкания на землю в поврежденной линии. Всвязи с этим токовая защита в компенсированных сетях применяется редко. Всетях торфоразработок применяется реле типа МТР-77повышенной чувствительности [Л. 40, 41]. Это реле выполнено с помощью магнитного усилителя и питается от специального ТНП типаКНТ-36,имеющего сердечник из пермаллоя (МО). Реле МТР-всочетании с трансформатором КНТ действует при 0,3 А первичного тока 3I0. з) Защита с использованием токов непромышленной частоты Всети, работающей с перекомпенсацией емкостного тока, направленная защита неприменима, так как реактивный топ, протекающий в поврежденной линии, и емкостный ток в неповрежденной имеют одинаковое направление. Вп е р е к о м п е н с и р о в а н н о й с е т и реле мощности используется в тех случаях, когда для действия защиты создается активный ток искусственным путем. В этом случае должно применяться реле мощности косинусного типа. Для обеспечения селективности при «земле» в сети реле мощности направленной защиты должно отстраиваться от тока и напряжения небаланса, обусловленного нагрузкой, протекающей по данной линии; этим условием ограничивается чувствительность защиты. Реле мощности должны иметь высокую чувствительность. При питании токовой обмотки реле от ТНП нужно учитывать большую угловую погрешность последнего. Для правильной работы направленной защиты требуется малая угловая погрешность измерительных трансформаторов и точность угловой характеристики реле (см. рис. 2-39). Возможно также использовать активную составляющую тока замыкания на землю, которая обусловливается активным сопротивлением дугогасящей катушки и сопротивлением, определяющим активные потери в сети. Эта составляющая невелика и достигает 3—5%тока катушки. Активный ток катушки замыкается только по поврежденному присоединению на него, и должна реагировать защита. Защита выполняется с помощью реле мощности, как показано на рис. 9-13,косинусного типа, реагирующего только на активную составляющую мощности нулевой последовательности. Опыт эксплуатации этих защит показывает, что они имеют относительно большой процент неправильной работы. Чебоксарский электроаппаратный завод начал выпуск направленной защиты типа ЗЗП-1[Л. 40], предназначенной для электросетей, питающих торфоразработки. Эта защита имеет угол максимальной чувствительности, равный 90°, выполнена на полупроводниках и обладает высокой чувствительностью, реагируя на емкостный ток13 = 0,07 ÷ 2 А. 9-6.ЗАЩИТЫ, РЕАГИРУЮЩИЕ НА ВЫСШИЕ ГАРМОНИКИ ТОКА КОМПЕНСИРОВАННОЙ СЕТИ чивающим использование защит, действующих на указанной принципе. В Советском Союзе применяется защита типов УСЗ-1иУСЗ-3,разработанная ВНИИЭ. Схемы этих защит подробно описаны в [Л. 38, 55]. Опыт эксплуатации показывает, что защита, реагирующая на высшие гармоники токаI0, обладает достаточно хорошей селективностью и широко применяется в сетях6—10кВ.
междуфазного [Л. 37]. Указанный процесс разряда и дозаряда емкостей фаз носит характер периодических, затухающих колебаний(рис. 9-15). Ча- стота колебаний и скорость их затухания определяются Ь, С иВ зарядного и разрядного контуров. Расчеты и опыты показывают, что частота переходного тока меняется в зависимости от параметров сети от 200 до 3000 Гц, а время его затухания очень мало и имеет величину от 0,01 до 0,025 с. С некоторым приближением считается, что отношение максимальных значений переходных токов к их установившимся значениям пропорционально отношению частот f переходного режима к рабочей частоте 50 Гц. Поэтому переходные токи могут в десятки раз превосходить токи установившегося режима. На поврежденной линии переходный ток имеет максимальное значение. На неповрежденных линиях величина этого тока соответственно меньше, а его направление противоположно направлению тока в поврежденной линии. Наличие компенсации не влияет на характер переходного процесса, так как индуктивность дугогасящих катушек и заземляющих трансформаторов значительно больше индуктивности проводов, и поэтому ток дугогасящего устройства нарастает очень медленно и появляется после завершения переходного процесса. В сетях с большим активным сопротивлением Rо и при удаленных замыканиях, связанных с увеличениемR контура, процесс разряда и заряда может приближаться к апериодическому, что ограничивает возможности применения подобных защит. Защита выполняется с помощью быстродействующих токовых реле, включаемых через фильтр, пропускающий в реле только токи высокой частоты. Защита, реагирующая на величину тока переходного периода, разработанная в Одессаэнерго [Л.39], показана на рис. 9-16.Реагирующее токовое реле должно отличаться особым быстродействием и реагировать на кратковременный (импульсный) ток, каким является переходный ток высокой частоты. В схеме на рис.9-16используется реле типа ЭТ с дополнительной удерживающей обмоткой постоянного тока, с помощью которой сработавшее от импульса тока реле1 удерживается в сработанном состоянии, пока не подействует указательное реле2. П р и н ц и п д е й с т в и я з а щ и т ы , р е а г и р у ю щ е й на в о л н о в ы е п р о ц е с с ы , основан на появлении в момент замыкания на землю электромагнитных волн. Разряд емкости заземлившейся фазы, происходящий в первый момент замыкания, характеризуется появлением волн тока и напряжения нулевой последовательности, распространяющихся в обе стороны от места повреждения (рис. 9-17)по контуру фаза — земля. Как видно из рис. 9-17,направление (или знак) тока и мгновенной мощности в поврежденном и неповрежденных присоединениях (относительно шинА) будет различным. Это различие в знаках используется для выполнения защиты, реагирующей на знак волны тока или на знак мгновенной мощности на фронте волны. В качестве реагирующих органов в первом случае используется реле, сравнивающее направление тока с направлением напряжения нулевой последовательности (на поврежденном элементе они совпадают, и на неповрежденном различны). Конструкция такой защиты с тиратронным реле разработана и применяется в Одессаэнерго [Л. 38]. Во втором случае применяется импульсное реле мощности. Конструкция подобного реле разработана в Энергетическом институте имени Г. М. Кржижа новского [Л. 38]. Во ВНИИЭ разработана универсальная защита типаУСЗ-1,состоящая из элемента, реагирующего на знак мощности 50 переходного процесса, и элемента, реагирующего на высшие гармоники. Такая защита (рис.9-18)способна фиксировать установившиеся повреждения и кратковременные замыкания. ГЛАВА ДЕСЯТАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА ЛИНИЙ 10-1.НАЗНАЧЕНИЕ И ВИДЫ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ЗАЩИТ На линиях, отходящих от шин электростанций или узловых подстанций энергосистем, часто по условиям устойчивости требуется обеспечить отключение к. з. в пределах всей защищаемой линии без выдержки времени (t = 0). Это требование нельзя выполнить с помощью рассмотренных выше мгновенных токовых отсечек, так как зона их действия охватывает только часть защищаемой линии. Кроме того, отсечки неприменимы на коротких линиях, где токи к. з. в начале и конце линии не имеют существенного различия. В этих случаях используются защиты, принцип действия которых обеспечивает отключение повреждений без выдержки времени в пределах всей защищаемой линии, в том числе и на линиях малой про- 197 тяженности. К защитам такого типа относятся д и ф ф е р е н ц и а л ь н ы е з а щ и т ы . Они обеспечивают мгновенное отключение к. з. в любой точке защищаемого участка и обладают селективностью при к. з. за пределами защищаемой линии (внешние к. з.). Дифференциальные защиты подразделяются на п р о д о л ь н ы е и п о п е р е ч н ы е . Первые служат для защиты как одинарных, так и параллельных линий, вторые — только параллельных линий. 10-2.ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПРОДОЛЬНОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ Принцип действия продольных дифференциальных защит основан на сравнении величины и фазы токов в начале и конце защищаемой линии. Как видно из рис. 10-1,при внешнем к. з. токиI1 иIII на концах линииАВ направлены в одну сторону и равны по величине, а при к. з. на защищаемой линии они направлены в разные стороны и, как правило, не равны друг другу1. Следовательно, сопоставляя величину и фазу токовI1 III, можно определять, где возникло к. з. — на линии или за ее пределами. Такое сравнение токов по величине и фазе осуществляется в реагирующем органе (реле) дифференциальной защиты. studfiles.net Н.В. Чернобровов Релейная защита - Стр 4л е л ь н о г о (рис. 2-13,а) и п о с л е д о в а т е л ь н о г о (рис.2-13,б) включения. Обмотки первых включаются на полное напряжение источника питания, а вторых — последовательно с катушкой отключения выключателя или какого-либодругого аппарата или реле на ток цепи. Кроме того, выпускаются реле с дополнительными удерживающими катушками, например реле параллельного включения с удерживающей обмоткой, включаемой последовательно в управляемую контактами реле цепь (рис. 2-13,в). Такое реле, подействовав от кратковременного импульса, поданного в параллельно включенную обмотку, остается в сработанном состоянии под действием тока удержания, пока не завершится операция. Для одновременного замыкания нескольких не связанных друг с другом цепей промежуточные реле имеют несколько контактов. Мощность контактов должна быть достаточной для замыкания и размыкания цепей защиты (обычно потребляющих 50— 200 Вт) или цепей управления выключателей (1500—2000Вт). Потребление обмоток реле параллельного включения стремятся ограничить до 3—6Вт, с тем чтобы их цепь могли замыкать реле с маломощными контактами. Потребление обмоток реле последовательного включения выбирается из условия минимального падения напряжения в сопротивлении обмотки этого реле, которое допускается не более 5—10%нормального напряжения источника оперативного тока. Промежуточные реле должны надежно действовать не только при нор мальном напряжении, но и при возможном в условиях эксплуатации его понижении, достигающем 15—20%. С учетом запаса напряжение срабатывания реле параллельного вклю чения принимается 60—70%номинального значения. К коэффициенту возврата промежуточных реле не предъявляется ка ких-либотребований, так как их возврат происходит при отсутствии тока в обмотке реле. В схемах защиты промежуточные реле вносят нежелательное замедление, поэтому, за исключением особых случаев, их время должно быть очень малым, особенно когда они применяются в быстродействующих защитах. Быстродействующие промежуточные реле должны работать со временем не более 0,01— 0,02 с. Время срабатывания обычных промежуточных реле колеблется в зависимости от конструкции от 0,02 до 0,1 с. б) Конструкции промежуточных реле постоянного тока [Л. 10] Большинство промежуточных реле выполняется при помощи системы с поворотным якорем, позволяющей создавать большую электромагнитную силу при относительно малом потреблении и Удобной для изготовления многоконтактных реле. Применяются также системы с втягивающимся якорем. На рис. 2-14показаны образцы промежуточных реле. Реле типаРП-210(рис.2-14,а) имеют четыре контакта. Время их срабатывания равно 0,01 с, потребление5—8Вт, разрывная мощность контактов 50 Вт. Широкое распространение получили кодовые реле (КДР) (рис.2-14,б).Время срабатывания этих реле равно 0,01- 0,02 с, потребление обмотки не более 3 Вт. Реле последовательного включения отличаются от реле параллельного включения лишь обмоточными данными. в) Время действия промежуточных реле Таким образом, полное время действия реле tр складываетсяиз времени нарастания тока в обмотке якоря tН до значения Iс.р и времени движения якоря tД: Из диаграммы на рис. 2-15следует, чтоtН зависит от скорости нарастания токаIр, которая определяется постоянной времениТ; величины токаIс.р, определяемой силой противодействующей пружины реле; величины установившегося токаIр у. Составляющая tД зависит от величины хода якоря и скорости его перемещения. Абсолютное значениеtД невелико (составляет тысячные доли секунды), поэтому у реле постоянного тока время действия практически определяется tН. Для получения быстродействующих промежуточных реле нужно уменьшать Т, ослаблять противодействующую пружину реле и увеличивать кратность тока к =Iр.у/ Iс.р. При включении реле в его сердечнике появляются вихревые токи, замедляющие нарастание магнитного потока и увеличивающие, таким образом, время tН. Поэтому у быстродействующих реле магнитная система выполняется из шихтованной стали. Уменьшение tД в быстродействующих реле достигается в основном путем облегчения подвижной системы и уменьшения трения. 32 К числу быстродействующих реле, применяемых в отечественных защитах, относятся реле типа РП-210—РП-215,кодовые ролеКДР-1и реле МКУ [Л. 101]; их время действия tр = 0,01 с. г) Промежуточные реле постоянного тока замедленного действия В ряде случаев в схемах защиты и автоматики требуются промежуточные реле, замыкающие или размыкающие свои контакты с некоторым замедлением. Замедление в таких реле получается за счет повышения составляющей tН в(2-14)путем увеличения постоянной времениТ обмотки. Замедленное действие реле при втягивании якоря достигается размещением на маг- нитопроводе 3 короткозамкнутой обмотки2, выполняемой в виде медной цилиндрической гильзы, или медных шайб, поверх которых наматывается основная обмотка1 (рис.2-16). При включении обмотки 1 на напряжение Uр магнитный потокФ1 в магнитопроводе реле устанавливается не сразу. . В момент включения в обмотке 2 возникает ток I2, создающий магнитный поток Ф2, который противодействует нарастанию тока в обмотке1. В результате этого скорость нарастания тока в обмотке реле уменьшается (рис.2-17),а время нарастания токаtН увеличивается. Для увеличения времени действия реле необходимо располагать обмотки 1 и2 концентрически так, чтобы весь магнитный поток Ф2 обмотки2 пронизывал обмотку1, и увеличивать магнитный поток обмотки2. Для этого следует увеличивать сечение медной гильзы (отчего возрастает токI2) и уменьшать сопротивление магнитопровода реле. Практически выдержка времени на втягивание якоря в промежуточных реле с короткозамкнутой обмоткой относительно невелика и не превосходит 0,5 с. Замедленное действие при отпадании якоря также может быть получено при помо- щи короткозамкнутой обмотки 2 (рис.2-16). В момент отключения тока в обмотке 1 магнитный поток Ф1 начинает затухать (рис.2-18). При этом в обмотке 2 возникает ток I2, создающий магнитный поток Ф2, который противодействует исчезновению потокаФ1 и поэтому совпадает с ним по направлению1. Таким образом, несмотря на прекращение тока I1 в магнитопроводе реле продолжает существо- . . . вать суммарный поток Ô р =Ô 1 +Ô 2 поддерживаемый в основном током I2. Ток I2, а вместе с ним поток Ф2 и, следовательно, поток Фр постепенно затухают (рис.2-18). При отсутствии обмотки 2 (рис.2-16)затухание потока Фр в магнитопроводе происходило бы значи тельно быстрее, так как в этом случае он поддерживался бы только вихревыми токами, возникающими в стали магнитопровода, влияние которых незначительно. 1 В этом случае ток I2 и поток Ф2 направлены противоположно показанному на рис. 2-16. Чем больше постоянная времени короткозамкнутой обмотки Т2 =L2/r2, тем медленнее будет спадать магнитный поток Ф2. Через времяt'Н магнитный поток Фр снизится до величины Фвоз; при этом сила пружины превзойдет электромагнитную силу и якорь реле начнет отходить. Спустя времяt'Д он переместится в конечное положение. Таким образом, полное время отпадания реле равноt'Н +t'Д, при этомt'Д «t'Н. Увеличение t'Н достигается уменьшением Фвоз, увеличением начального значения Ф1 = Фр.у (рис.2-18)и снижением скорости затухания Ф2; для последнего необходимо повышать постоянную времени короткозамкнутой обмотки Т2. Практически для увеличения времени замедления на отпадание якоря реле следует уменьшать зазор (при втянутом якоре), увеличивать размеры гильз, намагничивающую силу обмотки 1 и ослаблять противодействующую пружину4 (рис.2-16). Отечественные заводы изготовляют реле типов РП-250,КДР-3РЭВ-81,РЭВ-810,РЭВ-880,имеющие замедленный возврат [Л. 101]. Замедление с помощью контура С и r. Замедление при размыкании цепи промежуточных реле может достигаться при помощи схем, состоящих из резистораr (активного сопротивления) и конденсатораС, как показано на рис.2-19,а, б. В схеме.на рис.2-19,а конденсаторС разряжается на обмоткуП при размыкании контактовК1, благодаря чему время отхода якоря увеличивается. Резисторr ограничивает ток через конденсатор в момент включения релеП. При замыкании контактовК1 на обмотку релеП подается полное напряжение, и поэтому нарастание тока в ней определяется только ее параметрами. В схеме на рис. 2-19,б действие реле замедляется как при замыкании, так и при размыкании цепи обмотки релеП. В момент замыкания контактовК1 происходит заряд конденсатораС. В нем появляется токIС, создающий повышенное падение напряжения на сопротивленииr. Вследствие этого напряжение на зажимах обмотки релеII уменьшается:UП =U — (IС + IП) r, гдеU — напряжение источника питания;UП — напряжение на обмотке релеП; IС иIп — токи в конденсаторе и обмотке реле. Пропорционально этому уменьшается и ток в обмотке П. По окончании заряда конденсатора прохождение тока Iс прекратится и на обмотке релеII установится нормальное напряжениеUП =U —IПr. При размыкании контактовК1 конденсаторС разряжается на обмотку реле П, удерживая реле в сработанном состоя- нии до тех пор, пока ток в обмотке не снизится до значения Iвоз. Чем больше емкость С, тем больше замедлится действие реле. Недостатком замедленных реле является значительный разброс их времени действия, в частности за счет колебания уровня напряжения источника оперативного тока. 2-6.УКАЗАТЕЛЬНЫЕ РЕЛЕ Указательные реле служат для фиксация, действия защиты в целом или каких-либоее элементов. На рис.2-20показано указательное реле1, сигнализирующее действие защиты на отключение выключателя. При срабатывании защиты по обмотке реле1 проходит ток, приводящий реле1 в действие. Ввиду кратковременности прохождения тока в обмотке указательных реле они выполняются так, что сигнальный флажок и контакты реле остаются в сработанном состоянии до тех пор, пока их не возвратит на место обслуживающий персонал. Указанные реле изготовляются для последовательного (рис. 2-20,а) и параллельного (рис.2-20,б) включения. Реле последовательного включения более удобны и поэтому имеют весьма широкое применение. Общий вид указательного реле типаРУ-21приведен на рис.2-21. При появлении тока в обмотке 3 якорь реле5 притягивается , и освобождает флажок9. Последний падает под действием собственного веса, принимая вертикальное положение. В этом положении флажок виден через прозрачный кожух2. Возврат флажка в начальное положение производится кнопкой10. 2-7.РЕЛЕ ВРЕМЕНИ а) Назначение и основные требования Реле времени служит для искусственного замедления действия устройств релейной защиты и электроавтоматики. На схеме рис. 2-22показано применение реле времени в защите. При замыкании контактов токового реле 1 плюс оперативного тока подводится к обмотке реле времени2, которое спустя определенный интервал времени замыкает контакты и производит отключение выключателя. Время, проходящее с момента подачи напряжения на обмотку реле времени до замыкания его контактов, называется в ы д е р ж к о й в р е м е н и р е л е . Основным требованием, предъявляемым к реле времени, применяемым в схемах релейной защиты, является т о ч н о с т ь . Погрешность во времени действия реле не должна превосходить ±0,25 с, а в ряде случаев ±0,06 с. В схемах сигнализации и некоторых устройствах автоматики допускается меньшая точность работы реле времени. Реле времени должно надежно срабатывать начиная с 80% номинального напряжения, и его выдержка времени не должна зависеть от возможных в эксплуатации колебаний оперативного напряжения. Потребление обмотки современных реле времени колеблется от 20 до 30 Вт. Для быстрой готовности к повторному действию реле времени должно иметь мгновенный возврат после отключения его катушки от источника оперативного тока. б) Конструкции реле времени 35 Реле времени имеют много конструктивных разновидностей, но принципы их устройства однородны и могут быть рассмотрены на примере конструкции, изображенной на рис. 2-23. При появлении тока в обмотке 1 якорь2 мгновенно втягивается, освобождая рычаг4 с зубчатым сегментом5. Под действием ведущей пружины6 рычаг4 приходит в движение, которое однако, не является свободным, так как оно замедляется специальным устройством выдержки времени7. Через некоторое времяtр, зависящее от расстоянияl (или угла ; и скорости движенияр рычага4, последний переместится на угол и замкнет контакты реле8. Таким образом реле сработает с выдержкой времениtр = /р. Устройство выдержки времени может выполняться различными способами; в современных отечественных конструкциях оно осуществляется с помощью часового механизма, основным элементом которого является анкерное устройство. При исчезновении тока в реле якорь и рычаг 4 должны мгновенно возвратиться в начальное положение под действием возвратной пружины3. Это обеспечивается с помощью храпового механизма или фрикционного устройства, обладающих свободным расцеплением при обратном ходе сегмента 5. Регулирование выдержки времени осуществляется изменением угла путем перемещения контактов реле 8. В некоторых конструкциях предусматривается мгновенный контакт 9, позволяющий замыкать цепь с малой, обычно нерегулируемой выдержкой времени (около0,15—0,2с). Для уменьшения размеров реле катушка реле времени не рассчитывается на длительное прохождение тока. Поэтому реле, предназначаемые для длительного включения под напряжение, выполняются с добавочным сопротивлением rд, включаемым последовательно с обмоткой реле, как показано на рис.2-24.Нормально сопротивление rд зашунтировано размыкающимся мгновенным контактом реле. После срабатывания реле этот контакт размыкается и сопротивление rд вводится в цепь реле, ограничивая проходящий в ней ток до величины, допустимой по условиям нагрева и достаточной для удержания реле в сработанном состоянии. Отечественные заводы выпускают реле постоянного тока типов ЭВ-110,ЭВ-120,ЭВ-130,ЭВ-140и переменного токаЭВ-210,ЭВ-220,ЭВ-230,ЭВ240 [Л. 10, ЮН. Устройство этих реле показано на рис. 2- 25,а. В этой конструкции роль рычага 4 (рис.2-23)выполняет сектор10, приводимый в движение ведущей пружиной11. СекторМ через ведущее зубчатое колесо13 приводит в движение подвижный контакт реле22 и фрикционное сцепление 14, показанное отдельно на рис.2-25,б ив. Фрикционное сцепление связывает подвижную систему реле с часовым механизмом. Через зубчатые колеса15, 16, 17 и18 движение передается на анкерное колесо19. Скорость вращения последнего ограничивается колебательным движением анкерной скобы20, которое зависит от ее момента инерции, определяемого грузиками21. Выдержка времени изменяется положением неподвижного контакта23. Реле времени ЭВ-133выполняются термически стойкими по схеме на рис.2-24. Кроме рассмотренных электромагнитных реле времени применяются реле времени, выполняемые с помощью синхронных микродвигателей, и реле с контуром из емкости и активного сопротивления (см. § 4-8и11-17,в). 2-8.ПОЛЯРИЗОВАННЫЕ РЕЛЕ Поляризованные реле являются разновидностью электромагнитных конструкций. В отличие от рассмотренных выше электромагнитных реле якорь поляризованного реле находится под воздействием двух магнитных потоков, из которых один создается током, питающим обмотку реле, а второй — постоянным магнитом. Магнитный поток обмотки называется р а б о ч и м , а постоянного магнита — п о л я р и з у ю щ и м . Поляризованные реле выполняются в двух вариантах: с дифференциальной магнитной системой и мостовой. Обе конструкции состоят из сердечника 1, обмотки2, постоянного магнита3, якоря4 и контактной системы5 (рис.2-26). 37 Рассмотрим принцип действия реле на примере более простой дифференциальной системы (рис. 2-26).Поляризующий магнитный поток Фп постоянного магнита выходит из северного полюсаN и разветвляется на две части ФПа иФПб, замыкающиеся через воздушные зазорыа иб и соответствующие половины сердечника1. Обмотка2, обтекаемая током Iр, создает рабочий магнитный поток Фр, который замыкается по сердечнику1 и по воздушным зазорама иб. Для простоты рассмотрения часть магнитного потока, ответвляющаяся через якорь, не учитывается. В воздушном зазоре а магнитные потоки Фп и Фр суммируются, а вб вычитаются, образуя результирующие магнитные потоки: Под воздействием магнитного потока Фа якорь притягивается к левому полюсу с
При определенном токе Iр ≥Iс.р магнитный потокФа становится больше магнитного потокаФб, сила Фа>Фд и якорь отклоняется влево, к полюсу , замыкая контакты5. При изменении направления тока Iр поток Фр также меняет свое направление, вследствие чего в зазореа возникает разность в магнитных потоков, а в зазореб их сумма. Тогда при Iр ≥Iс.р поток Фб >Фа, силаFб~> Fа и якорь отклоняется вправо. Таким образом, благодаря наличию поляризующего потока реле становится направленным и реагирует не только на значение тока, но и на его направление (полярность). Аналогичным образом работает реле и с мостовой магнитной системой, приведенное на рис. 2-26,б. При питании реле переменным током якорь реле вибрирует, следуя за изменением направления тока. По этой причине поляризованные реле не пригодны для работы на переменном токе. Поляризованные реле могут выполняться с односторонним и двусто ронним действием, с фиксацией и без фиксации начального положения якоря. Реле одностороннего действия с фиксацией начального положения якоря показано на рис. 2-26,а, б. У этого реле упоры6, ограничивающие ход якоря, устанавливаются так, чтобы при любом положении якоря преобла дало влияние одного из полюсов, например правогоб. Для этой цели зазора взят большеб, Тогда при отсутствии тока Iр поляризующий магнитный поток ФПб > Фпа, соответственно силаFб >Fа и якорь реле прижимается к правому упору под действием п р е о б л а д а ю щ е й с и л ыFб. При появлении Iр >Iс .р якорь отклоняется влево, замыкая контакты реле. После исчезновения тока Iр якорь возвращается под действием поляризующего поля в начальное положение. Такая регулировка называется настройкой с « п р е о б л а д а н и е м». Реле подобного типа наиболее часто применяется в схемах защиты. Если упоры 6 расположить симметрично по отношению к среднему положению якоря в зазоре (рис.2-26,в), то такая регулировка называется н е й т р а л ь н о й . В зависимости от направления Iр якорь отклоняется вправо или влево, замыкая соответствующие контакты реле. При исчезновении Iр якорь 38 остается в том положении, в каком он находился при действии Iр. Следовательно, такое реле работает как реле двустороннего действия, но не имеет фиксированного начального положения якоря. Поляризованные реле обладают важными преимуществами, к которым следует отнести: 1) высокую чувствительность и малое потребление, достигающее при минимальном токе срабатывания и зазоре между контактами около 0,5 мм, примерно 0,005 Вт; 2) высокую кратность тока термической стойкости, равную (20 ÷ 50) Iс.рмин, у обычных электромагнитных реле термическая кратность не превышает 1,5Iс.р мин; 3) быстроту действия, которая достигает 0,005 с. Недостатками поляризованных реле являются: малая мощность контактов; небольшой зазор между ними, от 0,1 до 0,5 мм, и относительно невысокий коэффициент возврата. Поляризованные реле применяются в схемах релейной защиты как вспомогательные реле постоянного тока при необходимости быстродействия и высокой чувствительности, а также в качестве реагирующих (исполнительных) органов в схемах реле на выпрямленном токе. 2-9.ИНДУКЦИОННЫЕ РЕЛЕ а) Принцип действия На рис. 2-27показан принцип выполнения индукционных реле. Реле состоит из подвижной системы3, расположенной в поле двух магнитных потоков Ф1 и ФII. Магнитные потоки создаются токами, проходящими по обмоткам неподвижных электромагнитов1 и2. Подвижная система выполняется в виде медного илиалюминиевог о диска или цилиндра (барабанчика), закрепленного на оси, которая может вращаться. При вращении против часовой стрелки подвижная си- стема преодолевает момент пружины 5 и замыкает контакты4. Обмотки реле1 и2 питаются переменными (синусоидальны- ми) токами I1 и I2, которые создают переменные магнитные по- токи Ф1 и ФII, показанные на рис.2-27.Пренебрегая потерями на намагничивание, считают, что потоки Ф 1 и ФI I с о в п а - д а ю т п о ф а з е с создающим их током, как изображено на векторной диаграмме (рис.2-28).
90° от вызвавших их магнитных потоков (рис. 2-28).Под действием э. д. с.ЕД1 иЕД2 в подвижной системе возникают вихревые токиIД1 иIД2, замыкающиеся вокруг оси индуктирующего их магнитного потока. П о л о ж и т е л ь н ы е направленияIД1 и IД2, определенные с помощью правила «буравчика» по п о л о ж и т е л ь н о м у направлению потоков Ф1 и ФII, показаны на рис.2-27.Вследствие малой величины индуктивного сопротивления контура вихревых токов они принимаются совпадающими по фазе с соответствующей э. д. с. (рис.2-28). Из теории электротехники известно, что между магнитным потоком и током, находящимся в его поле, возникают электромагнитные силы взаимодействия. В рассматриваемой конструкции возникают д в е с и л ы : Fэ1, обусловленная взаимодействием магнитного потокаФ1 и токаIД2, иFэ2, вызванная взаимодействиемФII сIД1 (рис. 2-27). Как известно, сила взаимодействия между магнитным потоком иконтуром тока, индуктированного этим потоком, равна нулю, при условии, что магнитный поток создает равномерное магнитное поле. В индукционных реле это условие выполняется, и по- этому силы взаимодействия между Ф1 иIД1 иФII иIД2 отсутствуют. Направление силFЭ1 иFЭ2 для положительного значения потоков и токов определяется по правилу «левой руки» и показано на рис. 2-27.Можно доказать, что мгновенное значение силFЭ1 иFЭ2 меняет свой знак в течение периодаТ = 1/f 4 раза, поэтому поведение реле (вращение подвижной системы) зависит от знака среднего значения сил FЭ1, иFЭ2. Знак и направление каждой силы определяется углом сдвига фаз между магнитным потоком ивзаимодействующим с ним током Iд. СилыFЭ1 иFЭ2 образуют результи- рующую электромагнитную силу Fэ, равную их а л г е б р а и ч е - с к о й суммеFэ = FЭ1 +FЭ2 - Результирующая силаFэ создает вращающий моментМэ = Fэd, гдеd — плечо силыFэ. Электромагнитная сила и момент(Fэ иМэ) приводят в движение подвижную систему3, которая в зависимости от знакаМэ замыкает или размыкает контакты реле4. Из сказанного следует, что принцип работы индукционных реле основан на взаимодействии двух магнитных потоков с вихревыми токами, индуктируемыми в подвижной системе реле. б) Электромагнитная сила и ее момент Значение и знак электромагнитной силы Fэ выражаются через магнитные потокиФ1 иФII, угол сдвига фаз между ними ψ и частоту переменного тока f уравнением Соответственно электромагнитный момент Вывод уравнений (2-16)и(2-17)приводится ниже. Среднее значение силы взаимодействия между магнитным цотоком Ф и током I, находящимся в поле этого потока: studfiles.net Н.В. Чернобровов Релейная защита - Стр 22Промежуточный трансформатор 2 (рис.10-16)является понизительным трансформатором тока. Вторичная обмотка трансформатора имеет две секции. От одной питается защита, а от второй газонаполненные стабилитроныСТ1 иСТ2 (рис.10-19,а). Коэффициент трансформации секцииПТ, питающей реле, nпт =I1/12 = 25. При некотором определенном напряжении (около 110 В) на вторичной стороне промежуточного трансформатора стабилитроны зажигаются. В результате этого нагрузка трансформатора скачкообразно возрастает, транc- форматор насыщается, благодаря чему дальнейшее увеличение вторичного напряжения U2, а следовательно, и токаI2 прекращается (рис.10-19,б). В схеме предусмотрены два стабилитрона. Один работает при положительной полуволне напряжения, а второй при отрицательной. Промежуточный трансформатор в сочетании со стабилитронами выполняет три весьма важные функции: 1)ограничивает напряжение на выпрямителях и соединительных проводах до допустимого для них значения при токах к, з.; 2)ограничивает ток небаланса в дифференциальном реле, поскольку при больших токах к. з. после зажигания стабилитронов ток, поступающий в дифференциальные реле 4 (рис.10-16),остается неизменным. В этих условиях работа защиты зависит практически только от фазы (н аправления) сравниваемых токов вначале и конце линии; 3)ограничивает нагрузку на трансформаторы тока. При малых токах (пока не сказывается влия- ние стабилитронов) нагрузка уменьшается в nÏÒ2 раз за счет коэффициента трансформации промежу- точного трансформатора ПТ. Поcле зажигания стабилитрона рост тока I2 в соединительных проводах прекращается. В связи с этим мощность, потребляемая соединительными проводами I 22 zÏ при увеличении тока в линии. Дифференциальное реле 4. В качестве дифференциального реле c торможением применено поляризованное реле, питающееся выпрямленным током. Реле устроено так же, как и реле на рис. 10-13,б. Выпрямитель тормозной обмотки 5 (рис.10-16)питается током насыщающегося трансформатора, который определяется током к. з. Выпрямитель рабочей обмотки.6 включен дифференциально, т. е. на разницу токов в начале и конце линии. Конденсатор С1 сглаживает пульсацию выпрямленного тока, питающего рабочую обмотку реле, устраняя вибрацию его контактов. В конструкции реле4 не предусматривается приспособлений для ре- гулировки токов срабатывания и коэффициента торможения. При отсутствии торможения Iс.р = 2,5 мА. Время действия реле равно 0,04 с. Промежуточное выходное реле 7 (рис.10-16)имеет шунтовую обмотку, в которую подается ток при срабатывании защиты контактами реле4, и последовательно включенную обмотку, включаемую последовательно с катушкой отключения выключателя, для удержания реле в сработанном со стоянии до отключения выключателя. Время действия реле 0,02 с. Изолирующий трансформатор 9 (рис.10-16)выполняет две функции: 1)отделяет цепь реле от соединительных проводов, на которых могут возникать повышенные напряжения, наводимые извне; 2)уменьшает ток в соединительных проводах, чтобы дополнительно снизить нагрузку от них на трансформаторы тока. Коэффициент трансформации трансформатора 9 равен 3. Для уменьшения погрешности, вносимой изолирующими трансформаторами при внешнем к. з., и уменьшения отсоса в них при к. з. в зоне параллельно первичной обмотке изолирующего трансформато- ра включен конденсатор С2.Его ток компенсирует /нам трансформатора9. КонденсаторС3 емкостью 10 мФ необходим для выполнения устройства контроля исправности соединительных проводов. Устройство контроля. Для предотвращения неправильной работы защиты при повреждении соединительных проводов устанавливается автоматическое устройство контроля, выполняемое по принц и- пиальной схеме (рис.10-15),рассмотренной в §10-5. Работа защиты п р и в н е ш н и х к. з., н а г р у з к а х и к а ч а н и я х. В этих режимах токи на обоих концах линии и соответствующие им напряжения на выходе фильтраЕф1 иЕфП равны по величине и сдвинуты по фазе на 180°. При этом в рабочих обмотках реле протекает разность токов своего и противоположного концов, т. е. ток небаланса, а в тормозных — ток к. з., проходящий по линии. Токи, поступающие в изолирующий трансформатор, сдвинуты по фазе па 180° и циркулируют по соединительным проводам, как показано стрелками на рис. 10-16.Защита не действует, так как н. с. тормозных обмоток превосходит н. с. рабочих. П р и п о в р е ж д е н и я х и а з а щ и щ а е м о й л и н и и токи по ее концам, а следовательно, studfiles.net Н.В. Чернобровов Релейная защита - Стр 12том чувствительности:
Коэффициент чувствительности для защищаемой линии считается допустимым, если Iк.мин в 1,5 раза больше тока срабатывания защиты. Снижение kч ниже 1,5 не рекомендуется, так как действительный ток в реле при к. з. может оказаться меньше расчетногоIк.мин из-занеточности расчета токов к. з., влияния сопротивления в месте повреждения (не учитываемого при расчете) и погрешности трансформаторов тока, уменьшающей вторичный ток. При к. з. на резервируемом участке согласно ПУЭ допускаются kч = 1,2. 4-6.ВЫДЕРЖКА ВРЕМЕНИ ЗАЩИТЫ а) Ступень времени Выдержки времени защит с зависимой или ограниченно зависимой характеристикой также должны удовлетворять условию (4-11),но поскольку время действия этих реле зависит от тока, необходимо задавать пределы тока, при которых это условие должно выполняться. Положим, что линии, показанные на рис.4-12,оборудованы защитой, имеющей ограниченно зависимую характеристику. Требуется выбрать характеристику защиты линии А (рис.4-12)и согласовать ее с характеристикой защиты линии В, которая известна. Защита линии А должна иметь время на ступень больше защиты линий В при всех к. з. в пределах зоны совместного действия защиты А и В, т. е. на линии В. Если при к. з. в точке К1, (начало зоны защиты В) ток к. з., проходящий через защи- ты А и В, равен IК1, то при всех к. з. за точкой К1, т. е. в зоне работы защиты В, токи к. з. будут меньше. Следовательно, условие селективности (4-11)должно выполняться при токе 112 Ik1.макс и всех токах, меньших его. В случае к. з. на линии А время действия защиты А не должно согласовываться с защитой В и может быть сколь угодно малым; при этом ток к. з., проходящий через защиту А, будет больше Ik1.макс. Из этих условий вытекает следующее правило подбора зависимых характеристик:
Аи В при повреждении в начале участка, защищаемого защитой В (в точке К1). 3.Пользуясь заданной характеристикой защиты В, находят ее выдержку времени tB1 при токеIk1.макс, т. е. при к. з. в начале защищаемой зоны, в точке К1 (рис.4-12).
Это условие должно выполняться не только при токах Ik1.макс, но и при всех меньших токах к. з.; характеристика защиты А, удовлетворяющая условию(4-12),подбирается при проектировании по типовым характеристикам реле, а в условиях эксплуатации — путём регулирования уставки времени реле. 5.Выбранная характеристика защиты А строится совместно с характеристикой защиты В для наглядной проверки выполнения условия (4-12)при токах к. з. равных и меньших Ik1.макс (рис.4-13). Совместное построение характеристик нескольких защит удобно вести относительно первичных фазных токов, но при этом нужно учитывать схему соединения токовых цепей защиты, от которой зависит соотношение между током в реле и током в фазе, т. е. kсх. Если согласуемте защиты находятся на разных сторонах силового трансформатора, то их характеристики нужно привести к токам одного напряжения. 4-7.МАКСИМАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА С ПУСКОМ (БЛОКИРОВКОЙ) ОТ РЕЛЕ МИНИМАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ Для повышения чувствительности максимальной токовой защиты при к. з. и улучшения отстройки ее от токов нагрузки применяется пуск или, как часто называют, блокировка при помощи реле минимального напряжения (рис.4-14). Из схемы видно, что защита может действовать на отключение только при условии срабатывания реле напряжения 1. Уставки реле напряжения 1 выбираются так, чтобы реле не работали при минимальном уровне рабочего напряжения, не давая возможности защите действовать на отключение, даже если токовые реле 3 замкнут свои контакты в результате перегрузки линии. При к. з. напряжение сети понижается и реле минимального напряжения 1 срабатывают, разрешая защите действовать на отключение. В случае обрыва цепи, питающей реле напряжения, последние замыкают свои контакты и защита лишается блокировки. Поэтому в схеме предусмотрена сигнализация состояния контактов реле напряжения 1, указывающая на неисправность блокировки. Для обеспечения надежной работы блокировки при двухфазных к. з. устанавливаются три реле напряжения 1, включаемые на линейные напряжения сети (независимо от числа токовых реле). Однако при включении на линейные напряжения реле 1 плохо реагируют на однофазные к. з. Поэтому в сети с заземленной нейтралью предусматривается дополнительно четвертое блокирующее реле 2, реагирующее на напряжение U0 нулевой последовательности, появляющееся при замыканиях на землю. В сети с изолированной нейтралью токовая часть схемы выполняется двухфазной. В части реле напряжения схема должна выполняться трехфазной для обеспечения надежной работы при двухфазных к. з. Реле Н0 не устанавливается, поскольку защита должна действовать только при междуфазных к. з. Ток срабатывания токовых реле 3 отстраивается не от максимальной нагрузки линии, а от длительной нормальной нагрузки /н.норм, которая на практике может быть в1,5—2раза меньше максимальной: Напряжение Uраб.мин обычно принимается на 5—10%ниже нормального уровня. Чувствительность реле напряжения проверяется по максимальному значению напряже- ния при к. з. в конце зоны защиты. Коэффициент чувствительности kч = Uс.з /Uк.макс считается удовлетворительным, если он равен или превышает 1,5. Практика показывает, что на длинных линиях, питаемых мощной системой, а также на линиях с реактором чувствительность реле напряжения оказывается недостаточной. Поэтому защита с блокировкой по напряжению применяется на линиях короткой и средней протяженности. Напряжение срабатывания реле U0. Это — реле повышения напряжения. Оно действует при однофазных и двухфазных к. з. на землю, которые сопровождаются появлением напряжения нулевой последовательностиUо. В нормальном режимеU0 = 0. Однако за счет погрешности фильтра, питающего реле, на его зажимах имеется некоторое напряжение небаланса Uнб, от которого реле должно быть отстроено, т. е.Uс.р >Uнб. Исходя из этого условияUс.р обычно принимается равным или большим15—20%максимального напряжения на зажимах фильтра при однофазных к. з. Величина небаланса легко определяется путем измерения напряжения на зажимах реле в условиях нормальной работы сети. Максимальная защита с блокировкой минимального напряжения не действует при перегрузках, не сопровождающихся понижением напряжения, и имеет повышенную чувствительность к току к. з. по сравнению с простой максимальной защитой. Она применяется на линиях с большой аварийной нагрузкой, когда простая максимальная защита не обеспечивает достаточной чувствительности и надежной отстройки от перегрузки. 4-8.МАКСИМАЛЬНЫЕ ЗАЩИТЫ НА ПЕРЕМЕННОМ ОПЕРАТИВНОМ ТОКЕ а) Требования к трансформаторам тока, питающим оперативные цепи Источником переменного оперативного тока в схемах максимальных защит по соображениям, изложенным в § 1-9,в, обычно служат трансформаторы тока. Основным требованием, предъявляемым к трансформаторам тока, питающим оперативные цени, является условие, чтобы мощность этих трансформаторов тока SТ была достаточна для покрытия мощности, потребляемой оперативной цепьюSо.ц, т. е. катушкой отключения выключателя и вспомогательными реле оперативной схемы защиты: Величина Sо.ц в зависимости от типа привода выключателя колеблется от 30 до 500— 1000 Вт. Номинальная мощность трансформаторов тока, при которой обеспечивается работа с погрешностью, не превосходящей 10%, относительно мала и при номинальном вторичном токе составляет 15 -75В·А. Из сопоставления приведенных цифр следует, что нагрузка оперативных цепей во многих случаях может оказаться больше номинальной мощности трансформаторов. 115 Полученная зависимость SТ отzн приI1 = пост, показана на рис.4-15.Покаzн мало, трансформатор работает в прямолинейной части характеристики намагничивания (рис.3-2).Здесь I незначительно иSТ растет почти пропорционально ростуzн. При некоторомzн (оптимальном)SТ, достигает максимума. При дальнейшем увеличенииzн трансформатор насыщается,Iнам иI растут очень быстро, величина(I1 —I) уменьшается и мощностьSТ начинает снижаться. Таким образом, каждый трансформатор тока имеет предельную максимальную мощность Sмакс, больше которой его нельзя загрузить.У отечественных трансфор- маторов тока максимум отдаваемой мощности при номинальном токе достигает 300—1500В·А. С увеличением нагрузки сверх номинальной ток намагничивания трансформаторов тока и погрешность по токуI превосходят 10%. В условиях максимальных значений отдаваемой мощности погрешностьI повышается до 30 — 60%. Чтобы избежать больших погрешностей в цепях, питающих защиту, можно выделять питание оперативных цепей на отдельные трансформаторы тока. Однако такое разделение питания защиты и оперативных цепей для максимальной защиты обычно не требуется, так как правильную работу этой защиты можно обеспечить и при сильно нагруженных трансформаторах тока. Если погрешность трансформаторов тока превышает 10%, то тогда подсчет вторичных токов срабатывания защиты и токов к. з., при которых задается время действия зависимых защит, нельзя вести по номинальному коэффициенту трансформации nT. Для подобных расчетов используются характеристики, аналогичные 10%-ным(рис.3-3),но построенные для 20 —60%-нойпогрешности (рис.4-16). Уменьшение нагрузки на трансформаторы тока можно получить последовательным соединением двух трансформаторов тока или повышением коэффициента трансформации (см. гл. 3). б) Приставки к приводам выключателей Рассмотренные возможности работы трансформаторов тока в режиме максимальной отдачи мощности оказываются недостаточными для мощных выключателей 110 — 220 кВ, приводы которых имеют особенно большое потребление. Поэтому для расширения области применения оперативного переменного тока необходимо создание приводов с малым потреб- 116 лением мощности и несколькими отключающими катушками переменного тока. Вкачестве одного из способов, позволяющего уменьшить потребление мощности приводов выключателей и приспособить имеющиеся приводы к работе на переменном оперативном токе, используются дополнительные устройства к приводам выключателей, получившие название приставок [Л. 25]. Принцип выполнения приставки и ее работы иллюстрируется на рис. 4-17. Вобычном приводе (рис. 4-17,а)боек1, освобождающий механизм отключения выключателя, приво- дится в действие сердечником 9 катушки отключенияНО, которая должна для этого получать значительную энергию от источника питания. При наличии приставки (рис.4-17,б) освобождение механизма отключения производится не катушкой отключения, а мощной отключающей пружиной2. Нормально пружина 2 сжата и заперта в таком положении защелкой3, При подаче тока в один из электромагнитов4 его сердечник втягивается и ударяет по защелке. Защелка повертывается вокруг оси5, ролик6 скатывается с конуса7, освобождая пружину2 и подвижную систему8. Последняя ударяет по бойку1, который освобождает механизм отключения. Возврат подвижной системы 8 в начальное положение осуществляется специальным заводящим электромагнитомЗЭ, обмотка которого получает ток при включении выключателя от ключаКУ (рис. 4- 17,в) и, притягивая подвижную систему8 к упору10, сжимает пружину2 и запирает ее роликом6 защелки3. Таким образом, электромагниты приставки4 выполняют роль катушки отключения привода, но в отличие от последней потребляют 15 — 100 Вт, т. е. значительно меньшую мощность, так как для приведения в действие защелки3 требуются небольшие усилия по сравнению с усилиями для освобождения отключающегося механизма выключателя. в) Схемы максимальных защит на переменном оперативном токе [Л. 24, 25, 26, 90] Схемы максимальных защит с питанием оперативных цепей от переменного тока могут выполняться: 1)с питанием от трансформаторов тока — на принципе дешунтирования катушки отключения при срабатывании защиты; 2)с питанием от блоков питания; 3)с питанием от предварительно заряженных конденсаторов. Ниже рассматривается каждая из трех схем. Соображения, изложенные в § 4-3и4-4о свойствах трехфазных и двухфазных схем и области их применения, остаются в силе и для защит на переменном оперативном токе. г) Схемы с дешунтированием катушки отключения выключателя Подобные схемы выполняются как с зависимой характеристикой времени действия, так и с независимой. Схемы защит с зависимой характеристикой в двухфазном исполнении с одним и дву- мя токовыми реле показаны на рис. 4-18. При отклонении частоты на 1 Гц время действия меняется на 2%. Эта особенность реле должна учитываться при выборе ступени селективности. Подобные реле типа РВМ-12на 4 с иРВМ-13на 9 с выпускаются Чебоксарским электроаппаратным заводом. Их устройство показано на рис.4-22.Реле имеет два насыщающих трансформатора, что позволяет включать их на ток двух фаз. Реле срабатывает при токе 2,5 — 5 А в зависимости от соединения обмоток и имеет потребление мощности 10 В·А при токе, равном двойномуIc.р. Разброс времени действия реле составляет уРВМ-120,12 с и уРВМ-13- 0,25 с. 120 studfiles.net Н.В. Чернобровов Релейная защита - Стр 27По мере увеличения тока Iр значение погрешности z уменьшается и в средней части характеристики погрешность становится настолько мала, что ею можно пренебречь, считая, чтоzс.р = zу. При больших значениях Iр начинают проявляться насыщениемагнито-проводови нелинейность выпрямителей, в результате чего погрешность z снова нарастает, аzс.р уменьшается. Из кривой 2следует, что каждое реле сопротивления может работать с достаточной точностью только в определенном диапазоне токов Iр. Принято, что для дистанционных реле погрешность z р не должна превышать 10%. Из этого условия по кривой zс.р = f (Iр) определяются токи точной работы релеI´точн и, I˝точн при которых погрешность равна 10%, а zс.р = 0,9zу. В современных конструкциях ток точной работы в начальной части характеристики I´точн составляет1—7А. При выборе уставок реле сопротивления необходимо проверять, что прик. з. в конце зоны действия реле Iк.з.мин≥ I´точн,а Iк.з.макс≤ I˝точн. Если эти условия не будут выполнены, то погрешность реле превзойдет 10%. 11-9.ДИСТАНЦИОННЫЕ ОРГАНЫ ЗАЩИТЫ а) Требования к схемам включения Дистанционные органы, выполняемые с помощью реле сопротивления, должны включаться на ток и напряжение сети по таким схемам, при которых сопротивление zр на зажимах реле пропорционально расстояниюlк до места повреждения и не зависит от вида к. з. Для выполнения поставленных условий напряжение Uр должно равняться падению напряжения до точки к. з.Iк.з.zk, а токIр — току Iк.з, тогда Исходя из этого дистанционные органы включаются на напряжение и ток петли к. з.Для обеспечения правильного действия дистанционных органов при двухфазных к. з. нужно установить три органа, реагирующие на повреждения между фазами АВ, ВСи С А. Применяются схемы и с одним дистанционным органом, но в этом случае его нужно переключать на напряжение и токи соответствующих фаз в зависимости от того, какие из них повреждены. Схемы включения, обеспечивающие при междуфазных к. з. пропорциональность между zр иlК, оказываются непригодными в условиях замыканий на землю. Поэтому реле, реагирующие на междуфазные к. з., и реле, предназначенные для защиты от однофазных повреждений, включаются по разным схемам, рассмотренным ниже. Реле, определяющие удаленность места к, з. не по сопротивлению, а по косвенным признакам, как, например,КРС-121,включаются по особым схемам. б) Включение дистанционных органов, реагирующих на междуфазные к. з. Включение на междуфазные напряжения и разность фазных токов осуществляется согласно табл. 11-1. Такой способ включения (рис. 11-25)полностью отвечает поставленным выше условиям, в чем можно убедиться, определив сопротивления на зажимах реле при различных видах междуфазных к. з. П р и т р е х ф а з н о м к. з. (рис. 11-26,б) все три дистанционных органа находятся в одинаковых условиях. studfiles.net Н.В. Чернобровов Релейная защита - Стр 19напряжения, возникающие в переходном режиме в первый момент повреждения. Все известные и п р и м е н я е м ы е на п р а к т и к е з а щ и т ы м о ж н о п о д - р а з д е л и т ь на ч е т ы р е г р у п п ы : 1)защиты, реагирующие на естественный емкостный ток сети. Такой способ защиты возможен только при отсутствии компенсации или при наличии недокомпенсации емкостного тока сети; 2)защиты, реагирующие на токи нулевой последовательности, создаваемые искусственным путем; 3)защиты, реагирующие на установившиеся остаточные токи, возникающие в поврежденной линии при резонансной компенсации емкостных токов; 4)защиты, реагирующие на токи переходного режима, возникающие в первый момент замыкания на землю. Ниже в краткой форме рассматриваются основные разновидности защиты каждой из этих групп. 9-4.ТОКОВЫЕ ЗАЩИТЫ, РЕАГИРУЮЩИЕ НА ЕМКОСТНЫЙ ТОК СЕТИ И НА ИСКУССТВЕННО СОЗДАННЫЕ ТОКИ НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ а) Способы получения искусственного тока На практике применяются следующие способы получения тока нулевой последовательности искусственным путем: П е р в ы м с п о с о б о м получения тока, необходимого для действия защиты, является включение активного сопротивления параллельно дугогасящей катушке (рис. 9-5)с последующим его автоматическим отключением. При этом появляется активный ток, который проходит по поврежденной линии к месту замыкания и используется для действия защиты. В неповрежденных линиях активный ток определяется активными потерями данной линии и практически очень мал. Этот способ требует высоковольтного сопротивления и вспомогательной аппаратуры, появление активного тока в месте замыкания на землю ухудшает условия гашения дуги и способствует развитию повреждения. В связи с указанными недостатками в СССР активный ток для выполнения защиты не используется. За рубежом этот способ применяется. В т о р ы м с п о с о б о м создания искусственного тока является работа с постоянной перекомпенсацией, при которой ток ДГК выбирается больше емкостного тока сети. Избыточный ток 3I0Л — 3I0С имеет индуктивный характер и используется для действия защиты. Величина избыточного тока ограничивается по условию гашения дуги и предупре- ждения развития повреждения. Для сети6-10кВ избыточный ток не должен превышать25—15А. Расстройка компенсации, хотя бы и в ограниченных пределах, ухудшает условия работы сети и поэтому не является желательным способом. Т р е т ь и м с п о с о б о м создания тока для действия защиты является наложение на ток повреждения тока непромышленной частоты (например, 100 или 25 Гц), подаваемого от специального источника в цепь ДГК. Этот ток замыкается по тому же контуру, что и ток дугогасящей катушки. На появление этого тока реагирует защита. Частота 100 или 25 Гц выбрана на основе имеющихся данных о том, что эти гармоники в естественном емкостном токе отсутствуют. На этом основана селективность защиты, исключающая работу защиты на всех присоединениях, кроме поврежденного. При высокой чувствительности защиты для ее действия достаточен ток примерно 3—5А. Такой ток не ухудшает условия компенсации, и поэтомуданный способ может иметь широкое применение, если опыт эксплуатации подтвердит надежность положенного в основу его принципа селективности. б) Токовая защита, реагирующая на полный ток нулевой последовательности studfiles.net Н.В. Чернобровов Релейная защита - Стр 25строить реле от качаний и перегрузок. Реле реактивного сопротивления срабатывает при где хс.р — постоянная величина, не зависящая от φр. Характеристика таких реле изображается прямой линией, параллельной оси r (рис. 11-7,д), отстоящей от нее на расстоянии xс.р = К. Реле с характеристикой в виде многоугольника. Подобная характеристика направ- ленных реле сопротивлений показана на рис. 11-7,е. Сопоставляя эту характеристику с площадьюОКК'К" на рис.11-6,д, можно установить, что четырехугольная характеристика реле в большей мере, чем другие характеристики, совпа дает с контуром области расположения векторов zр при к. з. и является, с этой точки зрения, наиболее рациональной. Реле с характеристикой в виде многоугольника сложнее в конструктивном отношении и имеют пока ограниченное применение. Пунктиром показан вариант характеристики подобных же реле в виде многоугольника ОА'ВС´. Такое расширение зоны реле дрецусматривается для обеспечения его действия при двустороннем питании к. з. через переходное сопротивление rд. 11-5.ПРИНЦИПЫ ВЫПОЛНЕНИЯ РЕЛЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ИХ КОНСТРУКЦИЯМ Дистанционные реле могут выполняться на различных принципах (см. § 2-1).До последнего времени значительное распространение имеют электромеханические конструкции на электромагнитном и особенно индукционном принципе. За последние годы разработаны и внедряются реле с использованием полупроводниковых приборов. Реле сопротивления на полупроводниках обладают существенными преимуществами, отмеченными в §2-1-4,и постепенно вытесняют электромеханические конструкции. Отечественная промышленность переходит на выпуск реле сопротивлений только на выпрямленном токе с полупроводниковыми приборами. В реле на полупроводниках напряжения UI иUII сравниваются с помощью схем сравнения, рассмотренных в §2-16. Меняя коэффициенты k в выражениях(11-6),можно получать реле сопротивления с различными характеристиками, изображенными на рис.11-7,а —г. Для получения реле с более сложными характеристиками, изображенными на рис. 11- 7, г, е и другими разновидностями используется сравнение трех и более электрических величин, также являющихся линейными функциямиIр иUp. Основные требования к параметрам реле сопротивления сводятся к следующему: 1. Реле сопротивления должны быть быстродействующими, чтобы обеспечить быстрое отключение к. з. в пределах первой зоны. Для этого в сетях 110—500кВ необходимо иметь время действия релеtР = 0,02 ÷ 0,05 с. 2.Реле сопротивления, выполняющие функции дистанционных органов, должны от- личаться точностью zс.р с тем, чтобы зоны действия защит были стабильными. Погрешность в отклонении величины zс.р от заданной установки zу не должна превышать 10%. 3.Пусковые реле сопротивления должны иметь высокий коэффициент возврата: 11-6.РЕЛЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ НА ВЫПРЯМЛЕННОМ ТОКЕ, ВЫПОЛНЯЕМЫЕ С ПОМОЩЬЮ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ а) Общие принципы выполнения реле Реле сопротивления на выпрямленном токе отличаются простотой схемы, малым потреблением мощности и позволяют получать характеристики срабатывания различного вида (окружность, эллипс и др.). сравнения 5 и реагирующего исполнительного органа(нуль-индикатора)6. Исполнительный орган может выполняться в трех вариантах, ассмотренных в § 2-16: 1)с помощью поляризованного или магнитоэлектрического реле, непосредственно подключенного к зажимам m и n ; 2)с помощью тех же реле, включаемых через усилитель на полупроводниках (рис. 2-49,§2-16),работающий в качественуль-индикатора,т. е. реагирующий на знак сигнала; 3)с помощью триггера (бесконтактного реле) на полупроводниках, на выходе которого появляется напряжение в зависимости от знака сигнала. Общие положения о выполнении исполнительного органа и остальных элементов блок-схемыбыли рассмотрены в §2-16. 243 Эти напряжения получаются путем преобразования Uр иIр, которые, как показано на рис.11-94 а, подаются на входные зажимы реле. 244 Выражение (11-10)показывает, что реле будет работать при сопротивлении zр ≤ zс.р; величина z´с.р определяется отношением k4/k1, которое можно рассматривать как абсолютное значение сопротивления зоны |z´|. Это означает, что реле работает при любом zр, модуль которого равен |z´|, независимо от его угла и знака. Таким образом, рассмотренное реле действительно является ненаправленным реле сопротивления, имеющим характеристику срабатывания в виде окружности с центром в начале координат и радиусом, равным |z´| = k4/k1 (см. рис.11-7,а) Сопротивление срабатывания zс.р регулируется изменением k4 и k1, т.е. изменением коэффициентов трансформации ТН и ТР. Зависимость zс.р от тока Iр. Условия срабатывания(11-9)являются идеальными, они не учитывают конечной чувствительности исполнительного органа(нуль-индикатора)ИО. В действительности для срабатывания реле необходимо приложить определенное избыточное напряжение Uo для преодоления механических сил сопротивления подвижной системы исполнительного органа или создания напряжения, необходимого для начала работы бесконтактной релейной схемы на транзисторах (триггера). С учетом этого для срабатывания реле необходимо выполнить условие Разделив все члены равенства на | к11р | и сделав преобразования, получим: Из (11-12)следует, что zс.р зависит отIр,во-первых,из-законечной чувствительности реагирующего реле, характеризуемой напряжениемU0, и,во-вторых,из-занелинейности сопротивления выпрямителей в магнитопроводе трансреакторов, в результате которой коэффициентыk1 иk4 не остаются постоянными, а меняются с изменением токаIр. 245 Зависимость zс.ротIр является недостатком конструкции, она вызывает непостоянство зоны действия реле (см. §11-11), т. е. погрешность в zс.р, Сглаживание пульсации выпрямленного тока. Для сглаживания кривой выпрямлен- ных токов в схеме должны быть предусмотрены сглаживающие устройства, рассмотренные в§ 2-15.В данной схеме для сглаживания тока предусмотрен конденсаторС. Как указывалось, сглаживающие устройства приводят к некоторому замедлению действия реле. Реле подобного типа со схемой сравнения на балансе токов и магнитоэлектрическим реле вкачестве реагирующего органа применяется в дистанционной защите ДЗ-1для сети 35 кВ, разработанной лабораторией Энергосетьпроекта с участием ЧЭТНИИ и выпускаемой ЧЭАЗ. в) Направленное реле сопротивления с круговой характеристикой Направленное реле сопротивления показано на рис. 11-10,а. Реле основано на сравнении абсолютных значений двух напряжений Здесь к4 = к2. Сравниваемые напряжения U1 иUII получаются с помощью вспомогательного трансформатора напряженияТН1 и двух одинаковых трансреакторовТР1 иТР2. Вторичные обмотки трансреакторов замкнуты на активное сопротивление r. Напряжение сети Uрподводится кТН1 и трансформируется на вторичную сторону, образуя напряжение k1Uр, где k1 является коэффициентом трансформацииТН1. Следовательно, рассмотренное реле является направленным реле сопротивления. Как уже отмечалось, у реле с такой характеристикой zс.р зависит от значения угла φр.- то величина z' и zс.р может регулироваться изменениемк1 ик2, т . е . коэффициентами трансформации (числом витков)ТН1 иТР. Угол φм.ч определяется параметрами трансреактораТР1 иТРг и может регулироваться изменением сопротивленияr. Обычно φм.ч принимается равным углу сопротивления защищаемой линии и колеблется в пределах от 60 до 80°. Выше аналитическим методом было показано, что рассмотренное реле является направленным реле сопротивления. То же самое можно показать, исходя из физической картины зависимости величин /1 и1II (илиU1 иUII) от местоположения точки к. з. (рис.II-40,г). 247 Тогда при близких двухфазных к.з., вызывающих снижение Uр до нуля, напряжение третьей неповрежденной фазы, подведенное кТН2, сохраняется и обеспечивает работу реле за счет напряжения, обусловленного э. д. с.ЕП. П р и т р е х ф а з н ы х к. з. все напряжения падают до нуля. В этом случае э. д. с. Еп поддерживается некоторое время за счет разряда конденсатораС. В течение времени разряда конденсатора э. д. с. "памяти" создает ток в обоих контурах, обеспечивая работу реле. Чтобы свести к минимуму искажающее влияние Еп на zс.р, величина этой э. д. с. берется не больше3—5%нормального значенияUр. По рассмотренной схеме на балансе напряжений с магнитоэлектрическим реле на выходе завод ЧЗАЗ выпускает реле сопротивления типа КРС-1[Л. 96]. г) Направленное реле сопротивления с эллиптической (овальной) характеристикой 248 Найденное уравнение срабатывания совпадает с (11-5)и является уравнением эллипса, проходящего через начало координат с большей осью, равной2а. Сопротивления z´ иz˝ являются векторами, определяющими положение фокусов эллипса. Рассмотренный способ выполнения реле с эллиптической характеристикой относительно сложен. Ниже приводится более простре выполнение реле с эллиптической (овальной) характеристикой. д) Реле на сравнении величин двух напряжений с использованием переменной составляющей выпрямленных напряжений (или токов) 249 Это напряжение подводится к зажимам нуль-индикатораНИ работающего с выдержкой времениt = 0,01 с. 250 studfiles.net | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
