Назначение релейной защиты

Оглавление

 

1. Общие вопросы выполнения релейной защиты электроэнергетических систем………………………………………………………………………………….4

1.1. Назначение релейной защиты…………………………………………………4

1.2. Требования к релейной защите.................................................................. 5

1.3. Изображение схем релейной защиты на чертежах................................... 6

1.4. Элементы защиты....................................................................................... 6

1.5. Принципы выполнения устройств релейной защиты................................ 7

1.6. Источники оперативного тока.................................................................... 8

2. Трансформаторы тока и схемы их соединений......................................... 11

2.1. Принцип действия..................................................................................... 11

2.2. Параметры, влияющие на уменьшение намагничивающего тока.......... 12

2.3. Выбор трансформаторов тока и допустимой вторичной нагрузки....... 14

2.4. Типовые схемы соединений трансформаторов тока............................... 15

2.4.1. Соединение трансформаторов тока и обмоток реле в полную звезду...................... 15

2.4.2. Соединение трансформаторов тока и обмоток реле в неполную звезду.................. 17

2.4.3. Соединение трансформаторов тока в треугольник, а обмоток реле в звезду........ 18

2.4.4. Включение реле на разность токов 2 – фаз (схема восьмерки)................................... 19

2.4.5. Соединение трансформаторов тока в фильтр токов нулевой последовательности 20

2.4.6. Последовательное соединение трансформаторов тока............................................. 20

2.4.7. Параллельное соединение трансформаторов тока..................................................... 21

3. Реле.................................................................................................................. 22

3.1. Электромагнитные реле тока и напряжения............................................ 22

3.1.1. Принцип действия............................................................................................................ 22

3.1.2. Работа электромагнитного реле на переменном токе............................................... 23

3.2. Разновидности электромагнитных реле................................................... 25

3.2.1. Токовые реле...................................................................................................................... 25

3.2.2. Реле напряжения............................................................................................................... 25

3.2.3. Промежуточные реле...................................................................................................... 25

3.2.4. Указательные реле........................................................................................................... 27

3.2.5. Реле времени...................................................................................................................... 27

4. Максимальная токовая защита.................................................................. 29

4.1. Принцип действия токовых защит........................................................... 29

4.2. Защита линий с помощью МТЗ с независимой выдержкой времени..... 29

4.2.1. Схемы защиты.................................................................................................................. 30

4.2.2. Выбор тока срабатывания защиты.............................................................................. 35

4.2.3. Чувствительность защиты............................................................................................ 38

4.2.4. Выдержка времени защиты............................................................................................ 39

4.3. МТЗ с пуском (блокировкой) от реле минимального напряжения........ 40

4.3.1. Схема защиты.................................................................................................................. 40

4.3.2. Ток срабатывания токовых реле.................................................................................... 42

4.3.3. Напряжение срабатывания реле минимального напряжения..................................... 43

4.3.4. Чувствительность реле напряжения............................................................................. 44

4.3.5. Напряжение срабатывания реле нулевой последовательности................................. 44

4.3.6. Применение защиты........................................................................................................ 44

4.4. МТЗ с зависимой и с ограниченно зависимой характеристикой выдержки времени от тока............................................................................................................... 45

4.4.1. Принцип действия защиты............................................................................................. 45

4.4.2. Индукционные реле........................................................................................................... 46

4.4.3. Схема защиты.................................................................................................................. 51

4.4.4. Выдержки времени защит.............................................................................................. 51

4.5. МТЗ на переменном оперативном токе.................................................... 53

4.5.1. Схема с дешунтированием катушки отключения выключателей............................. 53

4.5.2. Схемы с питанием оперативных цепей защиты от блоков питания........................ 55

4.5.3. Схема защиты с использованием энергии заряженного конденсатора..................... 57

4.6. Поведение МТЗ при двойных замыканиях на землю.............................. 57

4.7. Область применения МТЗ........................................................................ 58

5. Токовые отсечки............................................................................................ 59

5.1. Принцип действия..................................................................................... 59

5.2. Схемы отсечек........................................................................................... 60

5.3. Отсечки мгновенного действия на линиях с односторонним питанием. 60

5.3.1. Ток срабатывания отсечки............................................................................................. 60

5.3.2. Зона действия отсечки.................................................................................................... 61

5.3.3. Время действия отсечки................................................................................................. 62

5.4. Неселективные отсечки............................................................................. 62

5.5. Отсечки на линиях с двусторонним питанием......................................... 63

5.6. Отсечки с выдержкой времени................................................................. 64

5.6.1. Сеть с односторонним питанием.................................................................................. 64

5.6.2. Сеть с двусторонним питанием.................................................................................... 65

5.7. Токовая трехступенчатая защита............................................................. 66

5.8. Применение токовых отсечек................................................................... 66

6. Измерительные трансформаторы напряжения........................................ 67

6.1. Принцип действия..................................................................................... 67

6.2. Погрешности трансформаторов напряжения.......................................... 68

6.3. Схемы соединений трансформаторов напряжения................................. 69

6.3.1. Схема соединения трансформаторов напряжения в звезду........................................ 69

6.3.2. Схема соединения обмоток трансформаторов напряжения в открытый треугольник...................................................................................................................................................... 70

6.3.3. Схема соединения трансформаторов напряжения в разомкнутый треугольник.... 71

6.4. Контроль за исправностью цепей напряжения........................................ 72

7. Токовая направленная защита................................................................... 75

7.1. Необходимость токовой направленной защиты...................................... 75

7.2. Индукционные реле направления мощности........................................... 76

7.2.1. Общие сведения................................................................................................................. 76

7.2.2. Конструкция и принцип действия.................................................................................. 77

7.2.3. Типы реле мощности........................................................................................................ 78

7.2.4. Характеристики реле мощности................................................................................... 79

7.2.5. Полярность обмоток....................................................................................................... 81

7.2.6. Самоход............................................................................................................................. 81

7.2.7. Индукционные реле мощности типа РБМ..................................................................... 81

7.3. Схема и принцип действия токовой направленной защиты................... 82

7.4. Схемы включения реле направления мощности..................................... 84

7.4.1. Требования к схемам включения...................................................................................... 84

7.4.2. 90° и 30° схемы................................................................................................................. 85

7.4.3. Работа реле, включенных по 90° и 30° схемам............................................................. 89

7.5. Блокировка максимальной направленной защиты при замыканиях на землю................................................................................................................ 92

7.6. Выбор уставок защиты............................................................................. 94

7.6.1. Ток срабатывания пусковых реле................................................................................... 94

7.6.2. Выдержка времени защиты............................................................................................ 96

7.6.3. Мертвая зона.................................................................................................................... 96

7.7. Токовые направленные отсечки............................................................... 98

7.9. Оценка токовых направленных защит..................................................... 99

Литература....................................................................................................... 100

 

 

 

Общие вопросы выполнения релейной защиты электроэнергетических систем

 

Назначение релейной защиты

В электроэнергетических системах могут возникать повреждения и ненормальные режимы работы. Повреждения: короткие замыкания – сверх ток, понижение напряжения – потеря… Ненормальные режимы – отклонения напряжения, тока и частоты.

Требования к релейной защите

Селективность – способность отключать только поврежденный участок сети.  

Изображение схем релейной защиты на чертежах

 

Данный вопрос изучается студентами самостоятельно.

 

Элементы защиты

Пусковые органы – непосредственно и непрерывно контролируют состояние и режим работы защищаемого оборудования и реагируют на возникновение КЗ и… Это различные реле – автоматические устройства, срабатывающие при определенном… Логические органы – воспринимают команды пусковых органов и в зависимости от их сочетания, по заданной программе…

Принципы выполнения устройств релейной защиты

Различают два способа включения реле на ток и напряжение сети. Первичные реле – включены непосредственно (рис.1.5.1). Вторичные реле – через измерительные трансформаторы тока и напряжения (рис.1.5.2).

Источники оперативного тока

Оперативный ток – питает цепи дистанционного управления выключателями, оперативные цепи релейной защиты, автоматики. Основное требование к источникам оперативного тока – надежность, при КЗ и…  

Трансформаторы тока и схемы их соединений

 

Трансформатор тока – важный элемент релейной защиты. Он питает цепи защиты током сети и выполняет роль датчика, через который поступает информация к измерительным органам устройств релейной защиты.

 

 

Рис. 2

 

Принцип действия

Первичная обмотка трансформатора тока включается последовательно в силовую цепь. Вторичная обмотка замыкается на сопротивление нагрузки ZН –… Ток I1, протекая по обмотке, создаёт магнитный поток Ф1=Iw1, под воздействием… Если не учитывать потерь то:

Параметры, влияющие на уменьшение намагничивающего тока

Ток Iнам состоит из активной и реактивной составляющих. Iа.нам – обусловлена активными потерями на гистерезис и от вихревых токов в… Iр.нам – создает магнитный поток, который индуктирует во вторичной обмотке ЭДС Е2.

Выбор трансформаторов тока и допустимой вторичной нагрузки

Исходя из тока нагрузки, его рабочего напряжения и вида защиты, выбирают тип трансформатора тока и его номинальный коэффициент трансформации. Например: Iраб.макс=290 А ® I1.ном=300 А ® nт.ном=60.  

Типовые схемы соединений трансформаторов тока

 

Соединение трансформаторов тока и обмоток реле в полную звезду

Схема соединения представлена на рис. 2.4.1, векторные диаграммы иллюстрирующие работу схемы на рис. 2.4.2, 2.4.3, 2.4.4. В нормальном режиме (если он симметричный) (практически из–за погрешностей…  

Соединение трансформаторов тока и обмоток реле в неполную звезду

Схема соединения представлена на рис. 2.4.5, векторные диаграммы иллюстрирующие работу схемы на рис. 2.4.6, 2.4.7.  

Соединение трансформаторов тока в треугольник, а обмоток реле в звезду

   

Соединение трансформаторов тока в фильтр токов нулевой последовательности

Схема соединения представлена на рис. 2.4.12.   . Ток в реле появляется только при одно –и двухфазных КЗ на землю.

Последовательное соединение трансформаторов тока

Схема соединения представлена на рис. 2.4.13. Нагрузка, подключенная к трансформаторам тока, распределяется поровну.… Схема применяется при использовании маломощных трансформаторов тока.

Параллельное соединение трансформаторов тока

 

Схема соединения представлена на рис. 2.4.14.

 

Схема используется для получения нестандартных коэффициентов трансформации.

 

 

Рис. 2.4.14

 

Реле

 

Реле – автоматические приборы управления, обладающие релейным действием, т.е. скачкообразным изменением состояния управляемой цепи (например, её замыкание или размыкание) при заданных значениях величин, характеризующих определенное отклонение режима контролируемого объекта.

Типы реле:

Электрические – реагируют на электрические величины.

Механические – реагируют на неэлектрические величины: скорость истечения жидкости или газа, уровень жидкости.

Тепловые – реагируют на количество выделенного тепла или изменение температуры.

 

Электромагнитные реле тока и напряжения

 

Принцип действия

Существуют три основные разновидности конструкций электромагнитных реле: 1) с втягивающимся якорем; 2) с поворотным якорем;

Работа электромагнитного реле на переменном токе

(3.2)   Электромагнитная сила FЭ имеет пульсирующий характер. Притянутый якорь реле непрерывно вибрирует. Это вызывает дребезг…

Разновидности электромагнитных реле

 

Токовые реле

Токовые реле – электромагнитные реле, включенные на ток сети (непосредственно или через трансформаторы тока). Для уменьшения нагрузки на трансформатор тока токовые реле должны иметь по… Реле РТ–40. Ток срабатывания регулируется плавно изменением натяжения пружины. Обмотка реле состоит из двух секций,…

Реле напряжения

 

По конструкции реле напряжения аналогичны токовым, подключаются к трансформаторам напряжения.

Реле РН–55. В реле напряжения для снижения вибраций подвижной системы обмотка реле включена в сеть вторичного тока не непосредственно, а через выпрямитель.

 

Промежуточные реле

Применяются, когда необходимо одновременно замыкать несколько независимых цепей или когда требуется реле с мощными контактами для… Промежуточные реле по способу включения подразделяются на реле параллельного и… Параллельное включение. Основные выходные реле: РП–23, РП–24. Реле, обладающие большим быстродействием: РП–211, РП–212…

Указательные реле

 

Ввиду кратковременности прохождения тока в обмотке указательного реле они выполняются так, что сигнальный флажок и контакты реле остаются в сработавшем состоянии до тех пор, пока их не возвратит на место обслуживающий персонал.

Рис. 3.2.4

 

Типы указательных реле: РУ–21, СЭ–2, ЭС–41.

 

Реле времени

Служат для искусственного замедления действия устройств релейной защиты. Основное требование – точность. Погрешность во времени действия реле не…   Рис. 3.2.5

Максимальная токовая защита

 

Принцип действия токовых защит

При коротком замыкании ток в линии увеличивается. Этот признак используется для выполнения токовых защит. Максимальная токовая защита (МТЗ)… Токовые защиты подразделяются на МТЗ, в которых для обеспечения селективности… Рис. 4.1.1

Защита линий с помощью МТЗ с независимой выдержкой времени

МТЗ – основная защита для воздушных линий с односторонним питанием. МТЗ оснащаются не только ЛЭП, но также и силовые трансформаторы, кабельные…  

Схемы защиты

 

Трехфазная схема защиты на постоянном оперативном токе

Схема защиты представлена на рис.4.2.2:

Основные реле:

Пусковой орган – токовые реле КА.

Орган времени – реле времени КТ.

Вспомогательные реле:

KL – промежуточное реле;

KH – указательное реле.

Рис. 4.2.2

Промежуточное реле устанавливается в тех случаях, когда реле времени не может замыкать цепь катушки отключения YAT из-за недостаточной мощности своих контактов. Блок-контакт выключателя SQ служит для разрыва тока, протекающего по катушке отключения, так как контакты промежуточных реле не рассчитываются на размыкание.

 

Двухфазные схемы защиты на постоянном оперативном токе

 

В тех случаях, когда МТЗ должна реагировать только при междуфазных КЗ, применяются двухфазные схемы с двумя или одним реле, как более дешевые.

 

Двухрелейная схема

 

 

Рис. 4.2.3

 

Рис. 4.2.3 (продолжение)

 

Достоинства

1. Схема реагирует на все междуфазные КЗ на линиях.

2. Экономичнее трехфазной схемы.

Недостатки

Меньшая чувствительность при 2 – фазных КЗ за трансформатором с соединением обмоток Y/D–11 гр. (В два раза меньше чем у трехфазной схемы).

 

 

Рис. 4.2.4

 

При необходимости чувствительность можно повысить, установив третье токовое реле в общем проводе токовых цепей. Чувствительность повышается в два раза – схема становиться равноценной по чувствительности с трехфазной.

 

Схемы широко применяются в сетях с изолированной нейтралью, где возможны только междуфазные КЗ. двухфазные схемы применяются в качестве защиты от междуфазных КЗ и в сетях с глухозаземленной нейтралью, при этом для защиты от однофазных КЗ устанавливается дополнительная защита, реагирующая на ток нулевой последовательности.

 

Одно-релейная схема

 

 

 

Рис. 4.2.5

 

Схема реагирует на все случаи междуфазных КЗ.

Достоинства

Только одно токовое реле.

Недостатки

1. Меньшая чувствительность по сравнению с 2 – релейной схемой при КЗ между фазами АВ и ВС.

2. Недействие защиты при одном из трех возможных случаев 2 – фазных КЗ за трансформатором с соединением обмоток Y/D–11 гр.

 

 

Рис. 4.2.6

 

3. Более низкая надежность – при неисправности единственного токового реле происходит отказ защиты.

 

Схема применяется в распределительных сетях 6...10 кВ и для защиты электродвигателей.

 

Выбор тока срабатывания защиты

Защита должна надежно срабатывать при повреждениях, но не должна действовать при максимальных токах нагрузки и её кратковременных толчках (например,…   · Слишком чувствительная защита может привести к неоправданным отключениям.

Чувствительность защиты

Ток срабатывания защиты Iс.з проверяется по условию чувствительности защиты:   , (4.6)

Выдержка времени защиты

Для обеспечения селективности выдержки времени МТЗ выбираются по ступенчатому принципу (см. рис. 4.2.1). Разница между временем действия защит двух смежных участков называется…  

МТЗ с пуском (блокировкой) от реле минимального напряжения

 

Схема защиты

 

Для повышения чувствительности МТЗ при КЗ и улучшения отстройки её от токов нагрузки применяется пуск при помощи реле минимального напряжения.

 

 

Рис. 4.3.1

 

 

 

Рис. 4.3.1 (продолжение)

 

Защита может действовать на отключение только при условии срабатывания реле напряжения. При перегрузках ток возрастает, но защита не действует, даже если токовые реле КА приходят в действие. При КЗ напряжение на шинах подстанции снижается, реле минимального напряжения срабатывают, разрешая защите действовать на отключение.

Для надежной работы блокировки при 2 – фазных КЗ устанавливаются 3 реле напряжения KV, подключаемые на линейные напряжения. В этом случае при двухфазном КЗ, например ВС, напряжение U_ВС будет равным нулю и реле KV2 замкнет свои контакты, разрешая защите действовать на отключение. Однако при такой схеме включения реле плохо реагируют на однофазные КЗ. Поэтому в сетях с заземленной нейтралью предусматривается дополнительное реле KV0, реагирующие на напряжение нулевой последовательности, появляющиеся при замыканиях на землю. В сети с изолированной нейтралью реле KV0 не устанавливается, так как защита должна действовать только при междуфазных КЗ.

При обрыве цепей напряжения реле KV замыкают свои контакты и защита лишается блокировки, поэтому комплект защиты должен оснащаться устройствами контроля цепей напряжения, либо сигнализировать оперативному персоналу о снятии блокировки.

 

Ток срабатывания токовых реле

Ток срабатывания токовых реле отстраивается не от максимальной нагрузки линии, а от длительной нормальной нагрузки Iн.норм в 1,5...2 раза меньшей…   , (4.13)

Напряжение срабатывания реле минимального напряжения

Напряжение срабатывания Uсз выбирается исходя из двух условий.   1. Uсз<Uраб.мин – минимальное рабочее напряжение.

Чувствительность реле напряжения

Чувствительность реле проверяется по формуле   , (4.16)

Напряжение срабатывания реле нулевой последовательности

Реле KV0 – реле максимального напряжения. Реле должно срабатывать при однофазных и 2 – фазных КЗ на землю. В нормальном режиме U0=0, однако за счет… Uср>Uнб – напряжение небаланса определяется путем измерений в нормальном…  

Применение защиты

 

МТЗ с блокировкой минимального напряжения не действует при перегрузках, не сопровождающихся понижением напряжения, и имеет повышенную чувствительность к току КЗ по сравнению с простой МТЗ.

Защита применяется на линиях с большой аварийной нагрузкой, когда простая МТЗ не обеспечивает достаточной чувствительности и надежной отстройки от перегрузки.

МТЗ с зависимой и с ограниченно зависимой характеристикой выдержки времени от тока

 

Принцип действия защиты

Наряду с независимой защитой применяется МТЗ с зависимой и ограниченно зависимой характеристиками выдержки времени от тока.  

Индукционные реле

 

Принцип действия индукционных реле

Реле состоит из подвижной системы, расположенной в поле двух магнитных потоков Ф1 и Ф2(рис. 4.4.2). Магнитные потоки создаются токами, проходящими…  

Индукционное реле с короткозамкнутыми витками

Реле состоит из электромагнита охватывающего своими полюсами укрепленный на оси диск (рис. 4.4.3). На верхний и нижний полюсы электромагнита…  

Схема защиты

 

Схема МТЗ с зависимой от тока выдержкой времени представлена на рис. 4.4.7.

 

 

 

Рис. 4.4.7

Выдержки времени защит

Порядок определения выдержек времени защит с зависимой или ограниченно зависимой характеристикой 1. Вначале выбирают характеристику времени защиты, расположенной ближе к… 2. Определяют IКВмакс (в начале участка защиты МТЗ 2, точка КВ).

МТЗ на переменном оперативном токе

 

Схемы МТЗ 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 блока питания;

3) с питанием от предварительно заряженных конденсаторов.

 

Схема с дешунтированием катушки отключения выключателей

 

Схема защиты с зависимой характеристикой

 

На рис. 4.5.1 изображена схема для привода с двумя катушками отключения. Схема выполняется на реле РТ–85 или РТ–95, имеющими мощные переключающие контакты (до 150 А).

 

 

Рис. 4.5.1

 

Особенности схем с дешунтированием

1. Для их выполнения нужны реле, контакты которых обладают необходимой мощностью для переключения проходящего через них тока КЗ 100…200 А.

2. После срабатывания защиты нагрузка трансформаторов тока резко возрастает за счет подключения катушки отключения. В результате чего увеличивается погрешность трансформаторов тока и вторичный ток, проходящий по реле, уменьшается. Погрешность трансформаторов тока должна быть такой, чтобы вторичный ток был достаточен для удержания в сработанном состоянии реле и надежного действия катушки отключения выключателя.

 

Схема защиты с независимой характеристикой

 

Схема защиты представлена на рис. 4.5.2. На схемах: TL_A, TL_C – промежуточные трансформаторы реле времени; KT – обмотка электродвигателя реле времени; KL1.3, KL2.3 – контакты, шунтирующие контакт реле времени.

 

 

 

 

 

Рис. 4.5.2

Пояснения к схеме.

1. Во избежания отказа реле времени при двухфазном КЗ АС цепь обмотки TL_C разрывается размыкающим контактом КА1.2. В противном случае, как показано на рис. 4.5.3, ток, протекающий через обмотку электродвигателя очень мал и реле не сработает.

Рис. 4.5.3

2. После включения катушек отключения выключателей YAT ток от трансформаторов тока уменьшается, реле КА и КТ могут разомкнуть свои контакты. Однако благодаря самоудерживающим контактам промежуточных реле KL1.3 и KL2.3 преждевременного возврата реле KL при этом не произойдет.

 

Схемы с питанием оперативных цепей защиты от блоков питания

Поскольку блоки питания (БП) выдают выпрямленное напряжение, схемы выполняются так же, как и схемы на постоянном токе. Главный вопрос при выполнении защит на выпрямленном токе – способы подключения… Схемы включения токовых блоков должны выбираться из условия, чтобы на выходе блока имелось достаточное напряжение при…

Схема защиты с использованием энергии заряженного конденсатора

 

Схема защиты представлена на рис. 4.5.9. Здесь: УЗ – зарядное устройство, питаемое от трансформатора напряжения или трансформатора собственных нужд.

Катушка отключения выключателя YAT питается током разряда конденсатора.

Рис. 4.5.9

 

Поведение МТЗ при двойных замыканиях на землю

Трансформаторы тока на всех элементах сети данного напряжения устанавливаются на одноименных фазах. Это делается для селективного отключения линий в… При повреждении, изображенном на рис. 4.6.1, желательно отключить только одну… Данный способ расстановки трансформаторов тока позволяет обеспечить селективность в 2/3 случаев.

Область применения МТЗ

МТЗ применяется в качестве основной защиты для радиальных сетей до 10 кВ. Как резервная применяется в сетях всех напряжений. Достоинства 1. Простота. 2. Надежность. 3. Небольшая стоимость. 4. Обеспечивает селективность в радиальных сетях с односторонним…

Токовые отсечки

 

Принцип действия

Токовая отсечка – разновидность токовой защиты, позволяющая обеспечить быстрое отключение КЗ. Токовые отсечки (ТО) подразделяются на – отсечки мгновенного действия;

Схемы отсечек

 

В сети с глухозаземленной нейтралью применяют трехфазные схемы, от КЗ всех видов. Для защиты от междуфазных КЗ используется двухфазная схема «неполная звезда». Схемы ТО аналогичны схемам МТЗ за отсутствием реле времени у мгновенных отсечек.

В сети с изолированной нейтралью или заземленной через большое сопротивление применяются двухфазные схемы.

Как и МТЗ, ТО выполняется на постоянном и переменном оперативном токах.

 

Отсечки мгновенного действия на линиях с односторонним питанием

 

Ток срабатывания отсечки

По условию селективности защита не должна работать за пределами защищаемой линии АВ, в токе В (см. рис. 5.3.1):   IСЗ=kНIК(В)макс, (5.2)

Зона действия отсечки

Зона действия ТО определяется графически (рис. 5.3.1) или по формуле:   (5.3)

Время действия отсечки

При применении быстродействующих промежуточных реле (с временем срабатывания 0,02 с) tТО=0,04...0,06. В схемах с промежуточными реле в расчетах не учитывается апериодическая… На линиях, защищенных от перенапряжений трубчатыми разрядниками, отсечка может срабатывать при их действии. Время…

Неселективные отсечки

 

Неселективная отсечка – это мгновенная отсечка, действующая за пределами своей линии.

Применяется в случаях, когда это необходимо для сохранения устойчивости. Неселективное действие исправляется при помощи АПВ, включающего обратно неселективно отключившуюся линию.

 

Отсечки на линиях с двусторонним питанием

Для определения тока срабатывания отсечек необходимо определить токи IКЗ(В)отG1 и IКЗ(А)отG2.  

Отсечки с выдержкой времени

 

Сеть с односторонним питанием

Мгновенная отсечка защищает только часть линии, чтобы выполнить защиту всей линии с минимальным временем действия применяется отсечка с выдержкой…  

Сеть с двусторонним питанием

 

 

Рис. 5.6.2

 

I_СЗ1=k_НI_К1, (5.8)

где I_К1 – ток от системы при КЗ в конце зоны отсечки 2.

 

Токовая трехступенчатая защита

 

Обычно МТЗ сочетают с мгновенной отсечкой (МО) и отсечкой с выдержкой времени (ОВВ), (рис. 5.7.1).

 

Рис. 5.7.1

Применение токовых отсечек

Токовые отсечки используются как основные (в сетях низкого напряжения) и резервные (сети высокого напряжения) защиты на линиях с односторонним… Отсечки применяются как резервные защиты для мощных силовых трансформаторов и… Промышленностью выпускаются:

Измерительные трансформаторы напряжения

 

Принцип действия

Измерительные трансформаторы напряжения (ТН) по принципу действия и конструктивному выполнению аналогичны силовым трансформаторам.   На рис. 6.1.1 изображен двухобмоточный измерительный трансформатор. Первичная обмотка w1имеет несколько тысяч витков,…

Погрешности трансформаторов напряжения

Формула (6.1) справедлива лишь для идеального трансформатора, однако за счет падения напряжения DU в первичной и вторичной обмотках действительное…   . (6.2)

Схемы соединений трансформаторов напряжения

 

Схема соединения трансформаторов напряжения в звезду

 

Схема предназначена для получения напряжения фаз относительно земли и линейных напряжений.

Заземление нейтрали первичной обмотки ТН и наличие нулевого провода во вторичной цепи является обязательным условием для получения фазных напряжений относительно земли.

Обмотки реле 1,2,3 включены на фазные напряжения; 4,5,6 – на линейные напряжения.

Соединение ТН по схеме Y/Y может выполняться по 6 и 12 группам. Типовым является соединение по 12 группе.

На рис. 6.3.1: F – плавкий предохранитель; FA – плавкий предохранитель в цепях релейной защиты

Рассмотренная схема соединений может быть выполнена посредством трех однофазных ТН или одного трехфазного пятистержневого ТН (рис.6.3.2) Трехфазные трехстержневые ТН не применяются, так как в их магнитопроводе нет пути для замыкания магнитных потоков нулевой последовательности Ф₀, создаваемых током I₀ в первичных обмотках при замыкании на землю в сети. Поток Ф₀ замыкается через воздух, это резко увеличивает I_НАМ, вызывая недопустимый нагрев трансформатора.

Возможна дополнительная обмотка на основных или дополнительных стержнях для получения напряжения нулевой последовательности (рис. 6.3.2).

 

Рис. 6.3.1

 

Рис. 6.3.2

Схема соединения обмоток трансформаторов напряжения в открытый треугольник

 

Два однофазных ТН включены на два междуфазных напряжения. Между проводами вторичной цепи включаются реле. Схема позволяет получить 3 междуфазных напряжения.

 

 

Рис. 6.3.3

 

Схема соединения трансформаторов напряжения в разомкнутый треугольник

 

Схема соединения, показанная на рис. 6.3.4, позволяет получить напряжение нулевой последовательности:

 

(6.4)

 

В нормальном режиме U_P=0.

Необходимым условием работы схемы является заземление нейтрали первичной обмотки ТН. При отсутствии заземления напряжение на реле будет отсутствовать. Для вторичной обмотки принимается U_НОМ=100 В – для сетей с заземленной нейтралью и 100/3 В –для изолированной. Практически в нормальных условиях напряжение на реле составляет U_нб = 0,5...2 В.

При однофазном КЗ в сети с заземленной нейтралью (рис. 6.3.5):

 

U_A=0; U_B+U_C=U_Ф=U_P.

 

В сети с изолированной нейтралью (рис. 6.3.6): U_P=3U_Ф, поэтому у ТН, предназначенных для таких сетей, вторичные обмотки имеют увеличенный в 3 раза коэффициент трансформации (например: 6000/100/3).

Рис. 6.3.4

Рис. 6.3.5

Напряжение нулевой последовательности может быть получено и от специальных обмоток трехфазных ТН (см. рис. 6.3.2). Чаще всего применяются ТН с двумя вторичными обмотками. Одна соединяется по схеме звезды, а вторая – разомкнутым треугольником (см. рис. 4.3.1 б).

Вторичные обмотки ТН подлежат обязательному заземлению. Оно является защитным, обеспечивая безопасность персонала при попадании высокого напряжения во вторичные цепи. Обычно заземляется нулевая точка звезды или один из фазных проводов. В проводах, соединяющих точку заземления с обмотками ТН, не должно быть коммутационных и защитных аппаратов.

 

Рис. 6.3.6

 

Контроль за исправностью цепей напряжения

Повреждения во вторичных цепях ТН (КЗ и обрывы) могут вывести из строя оборудование релейной защиты или привести к неправильным её действиям. При КЗ опасно увеличивается ток, для защиты оборудования устанавливают… Повреждения вторичных цепей искажают величину и фазу вторичного напряжения, что приводит к неправильной работе…

Токовая направленная защита

 

Необходимость токовой направленной защиты

Направленной называется защита, действующая только при определенном направлении мощности КЗ. Необходимость токовой направленной защиты (ТНЗ)…  

Индукционные реле направления мощности

Общие сведения

Реле направления мощности используется в схемах защит как орган, определяющий по направлению мощности, где произошло повреждение на защищаемой линии (К1) или на других присоединениях, отходящих от шин подстанции (К2) (рис. 7.2.1).

Рис. 7.2.1

Реле мощности имеет две обмотки (рис. 7.2.2). Взаимодействие токов, проходящих по обмоткам, создает электромагнитный момент, значение и знак которого зависят от напряжения (U_P) и тока (I_P) подведенного к зажимам реле и угла j_Р между ними.

Реле мощности должны обладать высокой чувствительностью и низкой мощностью срабатывания, так как при КЗ напряжение U_P уменьшается, следовательно, мощность, подводимая к реле, при этом очень мала.

Рис. 7.2.2

 

Мощность срабатывания S_CP – мощность, при которой реле замыкает свои контакты.

 

Конструкция и принцип действия

Принципиальная схема индукционного реле направления мощности представлена на рис. 7.2.3. Подвижная система реле выполнена в виде цилиндрического ротора, на него… ФН – поляризующий магнитный поток;

Типы реле мощности

Выпускающиеся промышленностью типы реле мощности отличаются углом внутреннего сдвига.   1. a=0 (рис. 7.2.4)

Характеристики реле мощности

Мощность срабатывания   Срабатывание происходит, когда электромагнитный момент превосходит момент сопротивления пружины и момент трения оси: …

Полярность обмоток

 

Реле мощности изготавливают так, что при одинаковом направлении токов в обмотках реле замыкает свои контакты. Следовательно включать обмотки нужно таким образом, чтобы при КЗ на защищаемой линии токи в обмотках совпадали (см. рис. 7.2.2).

 

Самоход

 

Самоходом называют срабатывание реле направления мощности при прохождении тока только в одной его обмотке – рабочей или поляризующей. При этом реле может неправильно сработать при обратном направлении мощности, когда повреждение возникает в непосредственной близости от реле (U_P=0). Причина самохода – несимметрия магнитных систем реле относительно цилиндрического ротора.

 

Индукционные реле мощности типа РБМ

Имеется два основных варианта исполнения реле 1. РБМ 171 и 271 – включаются на фазный ток и междуфазное напряжение, jМ.Ч = –… 2. РБМ 177, 277, 178, 278 – включаются на ток и напряжение нулевой последовательности, jМ.Ч = + 70°.

Схема и принцип действия токовой направленной защиты

 

Токовая направленная защита представляет собой МТЗ, дополненную реле направления мощности. Однофазная принципиальная схема ТНЗ представлена на рис. 7.3.1.

 

 

 

Рис. 7.3.1

 

Пусковой орган защиты: токовое реле КА.

Орган направления: реле направления мощности KW.

Орган времени: реле времени КТ.

 

Работа схемы: при КЗ на защищаемой линии реле KW замыкает свои контакты, а при КЗ на смежных линиях – нет. В нормальном режиме при направлении потока мощности от шин в линию реле KW может замыкать свои контакты, однако срабатывание защиты должно предотвращаться токовым реле КА, поэтому токовые реле должны быть отстроены от токов нагрузки. В тех случаях, когда токовые реле по условиям чувствительности не удаётся отстроить от максимальной нагрузки, применяется блокировка от реле минимального напряжения KV (рис. 7.3.2).

 

Рис. 7.3.2

 

Сети с изолированной нейтралью

 

ТНЗ устанавливается на двух одноименных фазах во всей сети.

 

Сети с глухозаземленной нейтралью

 

Защита устанавливается на трех фазах. Если защита служит для действия только при междуфазных КЗ – на двух фазах.

 

ТНЗ выполняются как на постоянном, так и на переменном оперативном токе. Двухфазная схема на переменном оперативном токе представлена на рис. 7.3.3.

 

Схема выполнена с дешунтированием катушки отключения, с токовыми пусковым органом и промежуточными реле KL1,KL2 с мощными переключающими контактами.

Схема должна быть дополнена устройствами, контролирующими исправность цепей напряжения.

 

 

Рис. 7.3.3

 

 

 

Рис. 7.3.3 (продолжение)

 

Схемы включения реле направления мощности

 

Требования к схемам включения

 

Реле KW включается, как правило, на фазный ток и фазное или междуфазное напряжение. Сочетание фаз тока и напряжения, питающего реле, называемое схемой включения, должно быть таким, чтобы реле правильно определяло знак мощности КЗ при всех возможных случаях и видах повреждений и чтобы к нему подводилась наибольшая мощность S_Р:

 

S_P= U_PI_Psin(a–j_Р), (7.10)

где a – угол внутреннего сдвига реле.

 

Мощность S_P может быть недостаточна для действия реле, при КЗ близких к месту установки реле снижается напряжение U_P или при неблагоприятном значении угла j_Р – sin(a–j_Р)» 0. Отсюда вытекают следующие требования к схемам включения

 

1. Реле должно включаться на такое напряжение, которое при близких КЗ не снижается до нуля.

2. U_P и I_P, подводимые к реле, должны подбираться так, чтобы угол сдвига между ними j_Р в условиях КЗ не достигал значений, при которых S_P на зажимах реле » 0.

 

7.4.2. 90° и 30° схемы

 

В современных схемах ТНЗ применяется включение реле направления мощности по так называемым 90° и иногда 30° схемам.

На рис. 7.4.1 приведена принципиальная схема максимальной направленной защиты с двумя пусковыми органами: тока и минимального напряжения и однофазными реле направления мощности, включенными по 90° схеме.

 

 

Рис. 7.4.1

 

 

 

 

Рис. 7.4.1 (продолжение)

 

На рис. 7.4.2 представлена принципиальная схема максимальной направленной защиты с токовым пусковым органом и трехфазным реле направления мощности, включенным по 30° схеме.

Рис. 7.4.2

 

Таблица 7.1

	90° схема	30° схема
Реле	IP	UP	IP	UP
	IA	UBC	IA	UAC
	IB	UCA	IB	UBA
	IC	UAB	IC	UCB

 

На рис. 7.4.3 и 7.4.4 представлены векторные диаграммы для 90° и 30° схемам соответственно.

 

Рис. 7.4.3

 

Рис. 7.4.4

 

Названия схем условны – их именуют по углам j_Р между U_P и I_P в симметричном трехфазном режиме при условии, что угол сдвига фаз между фазными током и напряжением равен нулю: (чисто активная нагрузка).

 

7.4.3. Работа реле, включенных по 90° и 30° схемам

 

Рассмотрим работу 90° схемы. (Анализ работы 30° должен быть выполнен студентами самостоятельно)

 

j_{М.Ч.реле}= – 30°,

a=90°+j_М.Ч=90–30=60°,

М_Э=kU_PI_Pcos(j_P+30°),

I_P=I_A, U_P=U_BC.

Трехфазное КЗ на линии

Рис. 7.4.5

Ток I_A отстает от U_А на j_k – определяется активным и реактивным сопротивлением линии от шин до точки КЗ и влиянием активного сопротивления дуги, (рис. 7.4.5):

и – два предельных положения векторов тока;

– ток КЗ через дугу в начале линии;

– ток при КЗ за чисто реактивным сопротивлением.

Угол j_P= – (90° – j_k) – его предельные значения колеблются от 0 до 90°.

 

Диаграмма токов и напряжений на зажимах реле показана на рис. 7.4.6.

 

 

Рис. 7.4.6

 

Величина электромагнитного момента максимальна: М_Э.макс при j_P= – 30° (j_k = 60°). При j_P =0 величина электромагнитного момента составляет 0,86 от М_Э.макс, при j_P = –90° величина момента составляет 0,5 от М_Э.макс.

 

Из анализа векторной диаграммы можно сделать вывод, что работа реле при трехфазном КЗ в зоне и вне зоны действия будет правильной и величина электромагнитного момента М_Э вполне достаточной для действия реле.

С точки зрения величины U_P, схема обеспечивает максимально возможное значение напряжения на зажимах реле, поскольку питается линейным напряжением.

 

Исследования показали, что 90° схема оказывается наиболее выгодной для реле направления мощности с углом a от 30° до 60°, оптимальные условия имеют место при a =45°.

Выводы по схеме

1. Знак момента реле при всех видах КЗ в зоне положителен, а вне зоны – отрицателен.

2. Величина электромагнитного момента М_Э в диапазоне возможных изменений угла j_P остается значительной и достаточной для действия реле.

3. Напряжение U_P при симметричных КЗ имеет максимально возможное значение, обеспечивающие минимальную величину мертвой зоны (при близких КЗ U_P=0 – реле не срабатывает).

 

Недостаток 90° схемы

 

Возможность неправильной работы однофазных реле направления мощности KW при КЗ за силовым трансформатором с соединением обмоток Y/D. (Чисто теоретическая возможность: КЗ должно произойти через дугу с большим сопротивлением, на практике подобные происшествия не зафиксированы.) Трехфазные реле в подобных случаях должны действовать правильно.

90° схема считается лучшей и рекомендуется как типовая для реле направления мощности KW смешанного типа.

 

30° схема

 

Используется, в основном, для реле косинусного типа. Реле, включенные по такой схеме, ведут себя правильно при всех видах КЗ. Недостаток аналогичен реле, включенным по 90° схеме: – возможность отказа при КЗ за трансформатором Y/D.

 

Блокировка максимальной направленной защиты при замыканиях на землю

Для отключения однофазных КЗ обычно применяются защиты, реагирующие на токи и напряжения нулевой последовательности. Максимальная направленная защита (МНЗ), включаемая на фазные токи,…  

Выбор уставок защиты

 

Ток срабатывания пусковых реле

Ток срабатывания пусковых реле выбирается исходя из двух условий.   1. Отстройка от токов нагрузки:

Выдержка времени защиты

Выдержки времени ТНЗ выбираются по условию селективности (рис. 7.6.3). Рис. 7.6.3

Мертвая зона

Мертвая зона – участок линии при КЗ, в пределах которого реле направления мощности не работает из–за того, что мощность на её зажимах оказывается… По правилам устройства электроустановок (ПУЭ) при расчете уставок токовой…  

Токовые направленные отсечки

Принцип действия токовых направленных отсечек (ТНО) такой же, как и у ненаправленных. Реле направления мощности не позволяет ТНО действовать при…  

Оценка токовых направленных защит

Токовые направленные защиты являются основными защитами сетей напряжением до 35 кВ с двусторонним питанием. В сетях 110, 220 кВ ТНЗ применяются в…   Достоинства

Литература

 

1. Электротехнический справочник. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – Т.3. – Кн. 1.

2. Шаббад М. А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. – Л.: Энергоатомиздат, 1985.

3. Беркович М. А. и др. основы техники релейной защиты / М. А. Беркович, В. В. Молчанов, В. А. Семенов. – М.: Энергоатомиздат, 1984.

4. Справочник по наладке вторичных цепей электростанций и подстанций / А. А. Антюшин, А. Е. Гомберг, В. П. Караваев и др.; Под ред. Э. С. Мусаэляна. – М.: Энергоатомиздат, 1989.

5. Рожкова Л. Д., Козулин В. С. Электрооборудование станций и подстанций. – М.: Энергоатомиздат, 1987.

6. Андреев В. А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. – М.: Высшая школа, 1991.

7. Чернобровов Н. В. Релейная защита. – М.: Энергия, 1974.