Защита лэп 6-10 кв от токов перегрузки и токов кз с однократным апв

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.1. Ознакомиться с электрическими аппаратами смонтированными на стенде и изучить принцип действия схемы в различных режимах.

1.2. Произвести настройку индукционного реле и аппаратов АПВ согласно номеру варианта.

1.3. Убедиться в работоспособности стенда во всех режимах, предусмотренных лабораторной работой.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Для защиты линий от КЗ широкое распространение получили защиты, реагирующие на превышение тока сверх допустимого, установленного заранее значения. Такие защиты называются максимальными токовыми, они могут быть реализованы при помощи: предохранителей с плавкими вставками; автоматических выключателей; максимальных реле тока в совокупности с реле времени и с вспомогательными реле. В сетях напряжением до 1000В, защита, как правило, выполняется предохранителями и автоматическими выключателями. В сетях напряжением выше 1000В – с использованием реле, которые позволяют выполнять более совершенные защиты. Основным элементом таких защит является пусковой орган в качестве, которого используется токовые реле – максимальные или минимальные (реагирующие соответственно на увеличение или уменьшение тока). Для повышения чувствительности защиты иногда используют комбинированный пусковой орган, в котором помимо реле тока имеется реле напряжения. Наряду с пусковым органом данные защиты содержат промежуточные реле, которые облегчают работу контактов основных органов защиты и указательные - контролирующие срабатывание защиты.

В дальнейшем под термином токовая защита будем понимать защиту выполненную при помощи токового реле. Токовые защиты подразделяются на максимальные токовые (МТЗ) и токовые отсечки. Главное различие между этими защитами заключается в способе обеспечения селективности. Селективность действия максимальных защит достигается с помощью органа выдержки времени, для чего МТЗ в обязательном порядке в своем составе, помимо перечисленных ранее элементов, содержит реле времени. Селективность действия токовых отсечек обеспечивается соответствующим выбором тока срабатывания. Максимальная токовая защита в зависимости от типа используемых реле может иметь независимую от тока, а, следовательно, и от места КЗ выдержку времени или ограниченно зависимую от тока КЗ характеристику выдержки времени (рис. 4.1 соответственно кривые 1, 2). В первом случае максимальная токовая защита реализуется при помощи электромагнитного реле тока типа РТ-40 и реле времени, а во втором – с использованием комбинированного реле тока и времени (индукционное реле тока) РТ-80. Наличие зависимой от тока характеристики выдержки времени, принципиально позволяет ускорить отключение больших токов КЗ, которые имеют место вблизи источников питания (или в начале ЛЭП). Зависимость тока КЗ и времени срабатывания индукционного реле от длины ЛЭП показывает рис. 4.2.

Рис. 4.1. Характеристики выдержек времени максимальных токовых защит

L*

t

I*к.з

*

I*к.з t*

Рис. 4.2. Распределение тока КЗ и времени срабатывания реле в зависимости от длины ЛЭП

Реле тока типа РТ-80 состоит из двух элементов: индукционного с диском, создающего ограниченно зависимую характеристику выдержки времени, и электромагнитного – мгновенного действия, создающего «отсечку» при больших кратностях тока в обмотке реле. Таким образом, особенностью данных реле является возможность сочетания в них двух видов защиты: токовой отсечки мгновенного действия и чувствительной МТЗ с зависящей от тока выдержкой времени. Выдержка времени индукционного элемента реле зависит от начального положения сегмента, входящего в зацепление с червяком, который насажан на ось алюминиевого диска. Начальное положение сегмента может изменяться, благодаря чему может быть получена серия характеристик 1 - 5 выдержек времени (рис. 4.3 для реле тока РТ-80).

Рис. 4.3. Серия характеристик выдержек времени для реле РТ-80

Величина показывает отношение тока реле к току срабатывания индукционного элемента реле. Ток срабатывания электромагнитного элемента I_с.р.э регулируется изменением воздушного зазора в пределах 2-8 от I_с.р индукционного элемента. Ток срабатывания индукционного элемента (I_с.р), то есть ток срабатывания МТЗ выбирается исходя из следующего выражения:

(4.1)

где К_зап – коэффициент запаса; К_с.з – коэффициент самозапуска; К_в – коэффициент возврата реле тока; К_сх – коэффициент схемы; n_Т – коэффициент трансформации трансформаторов тока; I_раб.maх – максимальный рабочий ток протекающий по ЛЭП до повреждения.

При использовании реле косвенного действия К_зап = 1,2 1,3; К_в = 0,8 0,88. При использовании реле прямого действия К_зап = 1,5 1,8; К_в = 0,65 0,7.

Коэффициент самозапуска учитывает возможное увеличение тока защищаемой линии вследствие самозапуска электродвигателей при восстановлении напряжения после периода со снижением напряжения, при этом К_с.з (1,5 3). Если защищаемая ЛЭП оборудована устройством АПВ, то К_с.з может принимать значение равное 6, это объясняется тем, что при срабатывании АПВ происходит одновременный самозапуск всех двигателей подключенных к данной сети.

В ряде случаев для обеспечения селективности требуется, чтобы по мере приближения к источнику питания ток срабатывания защит увеличивался. Так, например, для второго и третьего комплектов защиты (рис. 4.4) токи I_с.р должны быть связан следующим соотношением:

I_с.р.2 1,1I_с.р.з (4.2)

Выдержки времени у МТЗ выбираем по ступенчатому принципу: начинают выбор с наиболее удаленного от источника питания элемента и по мере приближения к источнику питания выдержку времени увеличивают на ступень селективности , что иллюстрирует рис. 4.4, для защит с независимой выдержкой времени.

L^*

Рис. 4.4. Ступенчатый принцип при выборе выдержек времени МТЗ

Выбор выдержек времени у МТЗ с зависимой характеристикой производится для определенной величины тока.

Правилами устройств электроустановок предписывается обязательное применение АПВ на воздушных линиях напряжением 2-10 кВ и выше. На кабельных линиях использование АПВ не является целесообразно, так как повреждения на них часто бывают устойчивыми. Автоматическое повторное включение линии, отключенной устройствами защиты, осуществляется с помощью выключателя.

Масляный выключатель может быть оснащен электромагнитным или пружинным (грузовым) приводом. В выключателях с пружинным приводом замыкание его силовых контактов осуществляется за счет энергии предварительно заведенной пружины. В выключателях с электромагнитным приводом подвижная часть контактов перемещается при помощи соленоида. Применение разных типов приводов обуславливает использование различных схем АПВ. Так устройства АПВ реализованные на выключателях с пружинным приводом отличаются малым потреблением энергии (может быть использован относительно маломощный источник как постоянного, так и переменного тока), однако такие устройства не могут быть использованы на мощных масляных выключателях. АПВ так же подразделяется в зависимости от кратности действия: однократные и многократные.

В настоящее время чаще всего используются однократные АПВ, реже двукратные, многократные АПВ используется крайне редко, так как приводят к быстрому износу выключателя и потере его работоспособности. Однако, следует отметить, что при увеличении кратности АПВ вероятность исчезновения КЗ возрастает.

Для защиты от междуфазных повреждений находит широкое применение двухфазная, двухрелейная схема с соединением трансформаторов тока в схему неполной звезды (рис. 4.5).

К

Рис. 4.5. Схема соединения трансформаторов тока и обмоток реле в схему неполной звезды

В результате межфазных повреждений на ЛЭП происходит увеличение тока во вторичных обмотках трансформаторов тока и обмотках токовых реле (I_a,I_c), на которые реагируют токовые реле КА1 и КА2 (замыкая свои контакты, подают команду на отключение поврежденной ЛЭП).

В лабораторной работе (рис. 4.6) реализована схема защиты одной фазы ЛЭП от КЗ и перегрузки, при помощи индукционного реле тока РТ-82/2 (на схеме обозначено КА1).

Схема так же позволяет однократное (возможно и многократное, что зависит от соотношения выдержек времени реле КТ1 и КТ2) повторное включение защищаемой фазы ЛЭП после ее отключения токовым реле. Схема реализована для случая, когда коммутационным аппаратом, с помощью которого производим включение, отключение и повторное включение защищаемой ЛЭП, служит масляный выключатель с пружинным приводом. В лабораторной работе, с целью упрощения и удешевления стенда, масляный выключатель заменен магнитным пускателем КМ. Схему на рис. 4.6, можно разделить на две части: токовые цепи – рис. 4.6а, цепи оперативного тока – рис. 4.6б. Информацию о состоянии главных контактов масляного выключателя (замкнуты или разомкнуты) несет лампочка HLR1. Повреждение в фазе А защищаемой линии Л1, имитируется увеличением тока I_а в обмотке токового реле КA1, что эквивалентно отражает повреждения в защищаемой ЛЭП (как было рассмотрено ранее в пояснениях к рис. 4.5). Изменение тока I_а производится при помощи регулируемого источника тока (ИТ).

Пружинные приводы имеют три системы контактов вспомогательных цепей: вспомогательные контакты вала выключателя, контакты конечного выключателя, вспомогательные аварийные контакты. Вспомогательные контакты вала выключателя связаны с валом привода, их положение определяется положением выключателя. На схеме они обозначены КМ2 КМ6. Положение контактов конечного выключателя определяется состоянием пружины привода. Контакт конечного выключателя устанавливается в следующих цепях: а) в цепи питания электродвигателя автоматического моторного редуктора завода пружины привода (при полном заводе пружины контакт конечного выключателя обеспечивает питание электродвигателя), в лабораторной работе данная цепь не рассматривается; б) в цепи питания катушки включения (YAC) масляного выключателя, они носят название контактов готовности привода. На схеме лабораторного стенда они обозначены КН.1 и принадлежат указательному реле КН. Размыкание контактов КН.1 сопровождается выпадением блинкира на указательном реле и свидетельствует о том, что пружина привода «раскручена», и включение масляного выключателя не может произойти. Завод пружины привода в лабораторной работе имитируется возвращением контактов КН.1 в исходное состояние. Вспомогательные аварийные контакты на схеме KL1.2, связаны с валом привода и изменяют свое положение при включении и отключении масляного выключателя от ключа управления. Ключ управления на стенде реализован кнопками «Вкл» и «Откл» (SB1,SB2). При нажатии кнопки «Вкл» происходит запитывание катушки включения YAC и, как следствие включение масляного выключателя, одновременно с этим контакты KL1.2 замыкаются. Отключение масляного выключателя с ключа управления производится нажатием кнопки «Откл», при этом получает питание катушка отключения (YAT), в то же время контакты KL1.2 размыкаются, блокируя тем самым цепь АПВ масляного выключателя. Токовое реле КА2 (тип РТ-40) необходимо для запуска секундомера (MS) при снятии токовременной характеристики реле КА1. Для ввода (вывода) АПВ на стенде предусмотрен соответствующий тумблер SA2. Исходное состояние схемы лабораторного стенда указано на рис. 4.6, при этом ручка ИТ, должна находится в крайнем левом положении, тумблер SA1 в положение «Откл».

Рис. 4.6. Схема защиты ЛЭП от токов КЗ и от токов перегрузки с однократным АПВ.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

3.1. Для заданного преподавателем варианта по табл. 4.1, необходимо рассчитать токи срабатывания индукционного элемента (I_с.р) и электромагнитного элемента (I_с.р.э) реле РТ82/2.

3.2. Ознакомиться с аппаратурой, предусмотренной на стенде, установить необходимую величину по току и времени срабатывания индукционного реле РТ82/2. Ток уставки индукционного элемента взять равным либо больше (ближайшее значение) тока I_с.р, кратное 0,5. Выдержку времени реле (t_ср) выбирать из таблицы 1, при этом следует понимать, что на шкале индукционного реле указаны пределы регулирования времени в независимой части характеристики, то есть таким образом задается одна из возможных характеристик срабатывания (см. рис. 4.3).

3.3 Проверить положение тумблеров соответствующее исходному состоянию. Произвести включение масляного выключателя ключом управления (нажатием кнопки “SB1”). Плавно поворачивая ручку ИТ установить ток срабатывания электромагнитного элемента I_с.р.э, согласно номеру варианта из табл. 4.1 ( величину тока контролировать амперметром РА). Вывести индукционный элемент токового реле из действия (на реле имеется специальная защелка). Включить тумблер SA1 и регулировкой воздушного зазора индукционного реле добиться его мгновенного срабатывания. Тумблер SA1 отключить, ввести в действие индукционный элемент реле РТ82/2 включить масляный выключатель, замкнуть тумблер SA1 и убедиться в правильности настройки, а именно: при токах I_a от I_с.р до 0,95 I_с.р.э должен приходить в действие индукционный элемент реле, а при токах свыше 0,95 I_с.р.э электромагнитный (мгновенный). Добиться требуемых условий изменением воздушного зазора. Каждый раз перед очередным включением масляного выключателя в п.3.3, а так же в процессе всей лабораторной работы, тумблер SA1 необходимо возвращать в положение «Откл».

3.4. Снять токовременную характеристику токового реле, при этом тумблер SA3 перевести во включенное положение. Ток I_a изменять в диапазоне от 0,5 I_с.р до 1,2 I_с.р.э, при этом фиксировать время срабатывания, снять 8 – 10 точек, из них обязательно при токах I_с.р и I_с.р.э. После очередного срабатывания токового реле секундомер необходимо возвращать в исходное состояние, а тумблер SA1 отключать. После включения масляного выключателя и установки необходимого значения тока I_a, можно включать тумблер SA1. Данную последовательность действий с тумблером SA1, нужно соблюдать в течении всей лабораторной работы. Полученные результаты занести в табл. 4.2, и построить токовременную характеристику. После выполнения данного пункта тумблер SA3 отключить.

3.5. Установить на реле КТ1, КТ2 время срабатывания согласно данных табл. 4.1. Убедитесь, что схема стенда находится в исходном состоянии. Включить масляный выключатель с ключа управления. Ввести в действие АПВ (тумблер SА2 замкнуть). Установить I_a=1,5I_с.р, включить тумблер SA1. Внимание! После загорания сигнальной лампочки «Авария», необходимо в течении 5 секунд вернуть стенд в исходное состояние, для этого нажать кнопку SB2, загорание лампочки «Авария» сигнализирует о том, что повторное включении масляного выключателя, предварительно отключенного токовым реле РТ82/2, осуществляется на устойчивое КЗ (так как величина тока I_а остается неизменной). В результате после повторного включения масляного выключателя, происходит его отключение токовым реле РТ82/2. Однако АПВ вторично не происходит, так как реализовано АПВ однократного действия. Однократность действия АПВ осуществляется за счет контакта КН1, который размыкается после первого повторного включения масляного выключателя.

3.6. Попытаться включить масляный выключатель с ключа управления (в этом пункте тумблер SA1 находится в состоянии «Вкл»). Отключить стенд нажатием кнопки SB2.

3.7. Контакты реле КН1 вернуть в исходное состояние, что имитирует завод пружины привода. Тумблеры SA1, SA2 так же вернуть в исходное состояние. Включить масляный выключатель с ключа управления, АПВ ввести в действие. Установить ток I_а=1,5I_с.р. После первого отключения масляного выключателя токовым реле РТ82/2, в течении времени не более времени срабатывания АПВ равного t_кт1.1 необходимо уменьшить ток I_a до величины тока нагрузки_, для этого ручку ИТ повернуть в положение «Ток нагрузки». В этом случае произойдет успешное АПВ, то есть повторное включение ЛЭП на нагрузочный режим (в отличии от п.3.5). Вернуть стенд в исходное состояние (нажать кнопку SB2; тумблеры SA1, SA2 - отключить; контакты указательного реле KH1- замкнуть).

3.8. Включить масляный выключатель, ввести в действие АПВ. Установить ИТ в положение «Ток нагрузки», включить SA1. Отключить ЛЭП с ключа управления и убедиться, в том что АПВ не происходит.

3.9. Результаты наблюдений в п.3.5 – 3.8 занести в табл. 4.2.

Табл.4.1

№ варианта	Тип реле	Кс.з	Iраб.max, А		tcp,с	tКТ1.1,с	tKT1.2, с	tKT2.1,с	Ic.p.э А
Вариант №1	Реле косвен-ного действия	1,5							3Ic.p
Вариант №2	Реле прямого действия								3,5Ic.p

Примечание: К_сх = 1.

Табл.4.2

t, c

Табл.4.3

Режимы работы схемы	Состоя-ние тумбле-ра SА2	Момент времени	IaA	Состояние лампочек	Действие АПВ
HLR1	HLR2 “Авария”
1. Включение масляного выключателя для п.3.5		t0
t1
t2
t3
2. Включение масляного выключателя для п.3.6		t0
3. Включение масляного выключателя для п.3.7		t0
t1
t2
4.1 Включение масляного выключателя для п. 3.8		t0
4.2 Отключение масляного выключателя для п. 3.8		t0

Примечание: Моменту времени t₀ соответствует начальное время после выполнения соответствующих действий указанных в графе «Режим работы схемы». Времена t₁, t₂, t₃, соответствуют моментам времени после очередного изменения состояния масляного выключателя (о чем сигнализирует лампочка HLR1 – загорается или потухает).

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

4.1. Цель работы, номер варианта с содержанием данных для этого варианта.

4.2 . Необходимые теоретические расчеты.

4.3. Схема защиты, реализованная в лабораторной работе.

4.4. Экспериментальные данные, сведенные в таблицу 2 и необходимые графические зависимости.

4.5. Выводы в виде анализа работы схемы, в различных режимах сведенные в табл. 4.3.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ДОМАШНЕЙ ПОДГОТОВКИ

5.1. Устройство и принцип действия МТЗ с зависимой и независимой характеристиками срабатывания.

5.2. Возможные схемы защиты ЛЭП от межфазных КЗ при помощи МТЗ и их влияния на ток срабатывания защиты, ток срабатывания реле.

5.3. Индукционное реле тока: его устройство, принцип действия, характеристики срабатывания, ток срабатывания.

5.4. Выбор тока срабатывания МТЗ; отсечки; (физический смысл коэффициентов входящих в выражение); чувствительность МТЗ.

5.5. Требования, предъявляемые к АПВ и их реализация в лабораторной работе.

5.6. На каких выключателях реализуются АПВ. Системы контактов вспомогательных цепей пружинных приводов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Горемыкин С.А. Устройства релейной защиты и автоматики: учеб. пособие /С.А. Горемыкин - Воронеж: Издательство «Кварта», 2008.-123с.

2. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: учебник для вузов/В.А. Андреев М.: Высшая школа, 2006.-636 с., ил.

3. Федосеев А.М. Релейная защита электроэнергетических систем. Релейная защита сетей: учеб. пособие для вузов/ А.М. Федосеев - М.: Энергоатомиздат, 1984.-520 с., ил.

СОДЕЖАНИЕ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 1

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2 13

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3 25

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4 37

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 53

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по выполнению лабораторных работ № 1-4

по дисциплине «Релейная защита и автоматизация»

для студентов специальности 110302

«Электрификация и автоматизация сельского хозяйства»

очной формы обучения

Составители:

Горемыкин Сергей Александрович

Ситников Николай Васильевич

В авторской редакции

Подписано к изданию 07.04.11.

Уч.-изд. л. 3,4.

ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет»

394026 Воронеж, Московский просп., 14