Основные принципы построения максимальной направленной токовой защиты. Параметры срабатывания защиты. Принципиальная схема. Основные органы защиты.

Направленной наз. Защита, действующая только при определенном направлении(знаке) мощности к.з.

Необходимость в применении направленных защит возникает в сетях с двусторонним питанием. Защита в этих сетях не только должна реагировать на появление тока к.з., но для обеспечения селективности должна также учитывать направление мощности к.з. в защищаемой линии (или иначе говоря, фазу тока в линии относительно напряжения на шинах).

В сетях с двусторонним питанием (риса) и кольцевых сетях (рисб) направление тока и мощности к.з. зависит от места возникновения повреждения и может иметь два противоположных значения. Например, как следует из рис. А ,при к.з. на линии Л2 в точке К1 через защиту 5 проходит Iк1в от источника питания В к точке к.з.

При к.з. в точке К2 на линии Л3 ток Iк2а, проходящий по линии Л2 через защиту 5, направлен от источника А и противоположен Iк1в.

Принципиальная схема максимальной направленной защиты линии:
КA - токовое реле (пусковой орган); KW - реле мощности (орган направления мощности КЗ); КТ - реле времени (орган выдержки времени)

Максимальная направленная защита должна реагировать на величину тока и направление мощности при к.з. Она представляет собой максимальную токовую защиту с дополнительным реле направления мощности. Схема защиты, упрощенно показанная для одной фазы (рис),состоит из трех основных элементов (называемых иногда органами защиты): токового реле1, реагирующего на появление к.з.(пусковой орган защиты);реле направления мощности 2 ,определяющего направление мощности к.з. (орган направления) и реле времени 3 (орган времени).

18.основные принципы построения дистанционной защиты. Параметры срабатывания защиты. Принципиальная схема.основные органы защиты.

В сетях сложной конфигурации с несколькими источниками питания рассмотренные ранее максимальные и направленные защиты не могут обеспечить селективного отключения коротких замыканий.

Всвязи с этим возникла необходимость в применении других принципов, позволяющих получить защиты с необходимым быстродействием, обеспечивающие селективность и чувствительность в сетях любой конфигурации.Одной из таких защит явл. Дистанционная защита.

Выдержка времени дистанц. Защиты t зависит от расстояния (дистанции) lр.к.(см.рис) между местом установки защиты и точкой короткого замыкания, т.е. t=f(lр.к.) ,и нарастает плавно или ступенчато с увеличением этого расстояния(см.рис). При таком принципе действия ближайшая к месту повреждения дистанционная защита всегда имеет меньшую выдержку времени., чем удаленные защиты, благодаря этому автоматически обеспечивается селективное отключение поврежденного участка.

Основным элементом дистанционной защиты явл. Дистанционный орган (или омметр), определяющий удаленность к.з. от места установки защиты. В качестве дистанционного органа используются реле сопротивления, непосредственно или косвенно реагирующие на полное, активное, или реактивное сопротивление линии (z,r,x).

Защита состоит из следующих органов:

1) пускового органа1, пускающего защиту при возникновении к.з. Обычно пусковой орган выполняется при помощи реле полного сопротивления или токовых реле;

2) дистанционного органа 2, определяющего удаленность места к.з.В ступенчатых дистанционных защитах- выполняется с помощью реле минимального сопротивления.Реле питается током и напряжением сети и срабатывает при условииZр= Uр/ Iр ≤Zс.р.Сопротивление Zр иногда назыв. Фиктивным, т.к. в некоторых режимах не является сопротивлением линии.

3) Органа выдержки времени 3, создающего выдержку времени, с которой в зависимости от поведения дистанционного органа действует защита; выполняется в виде реле времени обычной конструкции;

4) Органа направления 4 , не позволяющего работать защите при направлении мощности к.з. к шинам подстанции. Выполняется при помощи реле направления мощности и предусматривается только в тех случаях, когда пусковые и дистанционные органы не обладают направленностью;

5) Блокировки, автоматически выводящей защиту из действия в тех режимах, когда защита может сработать неправильно при отсутствии повреждения.Обычно применяют две блокировки:

А) блокировка5, действующая при повреждении цепей напряжения, питающих защиту, т.к. омметры, реле мощности и пусковые реле полного сопротивления могут неправильно работать при неисправностях во вторичных цепях трансформаторов напряжения,

Б) блокировка 6, действующая при качаниях, которые воспринимаются пусковыми и дистанционными реле как к.з.

19Основные принципы построения продольной и поперечной диф. Защиты линий.Параметры срабатывания защиты.Принципиальная схема.Основные органы защиты.

Принцип действия. Токовая поперечная диф. Защита предназначается для параллельных линий с общим выключателем на обе линии.

При одностороннем питании парал-ных линий защита устанавливается только со стороны источника питания, а в сети с двусторонним питанием – с обеих сторон параллельных линий.Схема защиты для одной фазы см. рис. На одноименных фазах каждой линии устанавливаются трансформаторы тока с одинаковым коэф-том трансформации nт1=nт2=nт.Вторияные обмотки трансформаторов тока соединяются разноименными зажимами по схеме с циркуляцией токов в соединительных проводах и параллельно к ним включается обмотка токового реле1.

Принцип действия продольных диф-ных защит основан на сравнении величины и фазы токов в начале и конце защищаемой линии.

По рис. , при внешнем к.з. токи I1 и I2 на концах линии АВ направлены в одну сторону и равны по величине, а при к.з. на линии они направлены в разные стороны и ,как правило, не равны друг другу.Следовательно, сопоставляя величину и фазу токов I1и I2 , можно определять, где возникло к.з. – на линии или за ее пределами.Такое сравнение токов по величине и фазе осуществляется в реагирующем органе (реле) диф. защиты.Для этой цели по концам линии устанавливаются трансформаторы тока Т1 и Т2(см.рис…) c одинаковым коэф. Трансформации.Их вторичные обмотки соединяются при помощи соединительного кабеля и подключаются к диф.-ному реле таким образом, чтобы при внешних к.з. ток в реле был равен разности токов в начале и конце линии, т.е. I1-I2,а при к.з. на линии – их суммеI1+I2.Имеются две принципиально различные схемы диф. защит: с циркулирующими токами ( Диф. реле Р включается параллельно вторичным обмоткам трансформаторов тока, образуя цепь для замыкания вторичных токов) и уравновешенными напряжениями (вторичные обмотки трансформаторов тока соединяются так, чтобы в условиях внешнего к.з. их э.д.с. были направлены встречно, а реле включается последовательно в цепь соединительных проводов).

Продольная дифференциальная защита

поперечная дифференциальная защита

Дистанционные защиты выполняются так, чтобы их выдержка времени зависела от сопротивления, которое измеряют входящие в схему реле сопротивления. Зависимость выдержки времени дистанционной защиты от сопротивления (или расстояния) до места к. з. называется характеристикой времени срабатывания защиты.

11Общая характеристика современных микропроцессорных защит

Цифровые устройства компактны. Логика их работы реализуется посредством специального программного обеспечения. Конструктивно они состоят из одного или нескольких микропроцессоров, измерительных преобразователей, дискретных входов и выходных реле. Это позволяет разместить в одном корпусе различные виды защит и связать их на программном уровне, что приведет к уменьшению расхода металла, кабельной продукции и других материалов на изготовление и установку устройств. При этом также уменьшаются собственное потребление устройств и необходимое место для их установки на пунктах и щитах управления силовым оборудованием.
Конструкция цифровых защит дает возможность выпускать их в унифицированном исполнении с однотипным программным обеспечением. Это дает возможность упростить дальнейшую эксплуатацию при наличии на объекте большого количества микропроцессорных защит с различными функциями.
Программное обеспечение позволяет производить изменение уставок и настроек, а также перепрограммирование функций защиты без изменения в схемах устройств.
Встроенный регистратор аварийных и эксплуатационных событий позволяет записывать все сообщения о работе устройства в нормальном и аварийном режимах, а также осциллограммы этих событий. Это дает возможность проводить более точный анализ работы защит и аварийных ситуаций в целом.

Наличие жидкокристаллического дисплея на передней панели устройства и кнопок ручного управления позволят иметь доступ к информации о параметрах устройства и выдаваемых им сообщений.

Специальное программное обеспечение позволяет производить задание параметров устройства, а также считывание сообщений и данных с помощью портативного компьютера. Это дает возможность не только ускорить процесс изменения уставок и параметров устройства, но и также сохранять все данные в электронном виде с возможностью последующего вывода на печать.
Возможность объединения в единую сеть нескольких цифровых защит, осуществление передачи данных и управление этими устройствами с верхнего уровня.
Все эти особенности позволяют не только снизить затраты на техническое обслуживание, но и поднять на новый более высокий уровень культуру эксплуатации энергетического оборудования.

26,27 19Основные виды повреждений электрических двигателей. Принцип выполнения защит электрических двигателей. Схемы и описания защит двигателей выше 1 кВ.

Повреждения электродвигателей

В обмотках электродвигателей могут возникать замыкания на землю одной фазы статора, замыкания между витками и многофазные короткие замыкания. Многофазные короткие замыкания и замыкания на землю могут также возникнуть на выводах электродвигателей, в кабелях, муфтах и воронках. Так же как и повреждения других электрических машин и аппаратов, короткие замыкания в электродвигателях сопровождаются прохождением больших токов, разрушающих изоляцию и медь обмоток, сталь ротора и статора.

Для защиты электродвигателя от многофазных коротких замыканий служит токовая отсечка или продольная дифференциальная защита, действующая на отключение.

Электродвигатели напряжением до 500 В защищаются от коротких замыканий с помощью плавких предохранителей или быстродействующих электромагнитных расцепителей автоматов.

Однофазные замыкания на землю в обмотках статора электродвигателей напряжением 3—10 кВ, являющиеся также распространенным видом повреждения, менее опасны, чем короткие замыкания, так как сопровождаются прохождением токов порядка 5—20 А, определяемых емкостным током сети.

Учитывая сравнительно небольшую стоимость электродвигателей мощностью меньше 2 000 кВт, защита от замыканий на землю устанав- . ливается на них при токе замыкания на землю больше 10А, а на электродвигателях мощностью больше 2 000 кВт — при токе замыкания на землю больше 5 А.

б) Ненормальные режимы работы

Длительное прохождение по обмоткам электродвигателей токов, превышающих номинальный, является ненормальным режимом, так как может повлечь за собой повреждение электродвигателей.

Допустимое время перегрузки электродвигателей определяется согласно следующему упрощенному выражению:

где t — допустимое время перегрузки, с; — кратность тока электродвигателя по отношению к номинальному; А — коэффициент, зависящий от типа и исполнения электродвигателя.

Величину коэффициента А можно ориентировочно принимать равной: 250 — для закрытых электродвигателей, имеющих большой вес и размеры; 150 — для открытых электродвигателей.

Перегрузка электродвигателей может иметь место как вследствие перегрузки механизмов, например завала углем мельницы или дробилки, забивания пылью вентиляторов или кусками шлака насоса золоудаления и т. п., так и вследствие их неисправности, например поврежденияподшипников

и т. п.

Токи, значительно превышающие номинальные, проходят при пуске и самозапуске электродвигателей. Это происходит потому, что при уменьшении скорости вращения уменьшается сопротивление электродвигателя. В результате ток, потребляемый электродвигателем, увеличивается при снижении скорости вращения.

Зависимость тока электродвигателя 1 от скорости вращения n при постоянном напряжении на его выводах приведена на рис. 11-2. Наибольший ток проходит, когда ротор электродвигателя остановлен. Этот ток, называемый пусковым, в несколько раз превышает номинальный ток электродвигателя.

Защита от перегрузки может действовать на сигнал, разгрузку механизма или отключение электродвигателя.

При коротких замыканиях в сети напряжение на выводах электродвигателя понижается, вследствие чего создаваемый им вращающий момент уменьшается и становится меньше противодействующего момента механизма. В результате скорость вращения электродвигателя уменьшается тем больше, чем глубже было снижение напряжения и чем дольше оно продолжалось.

После отключения короткого замыкания напряжение на выводах электродвигателя восстанавливается и скорость его вращения начинает увеличиваться. При этом по обмоткам электродвигателя проходят большие токи, величина которых

определяется скоростью вращения электродвигателя и напряжением на его выводах. Снижение скорости вращения всего на 10—25% приводит к уменьшению сопротивления электродвигателя до минимального значения, соответствующего пусковому току. Восстановление нормальной работы электродвигателя после отключения короткого замыкания называется самозапуском, а токи, проходящие при этом, — токами самозапуска.

На всех асинхронных электродвигателях самозапуск может быть осуществлен без опасности их повреждения, и поэтому защита должна быть отстроена от режима самозапуска. От возможности и длительности самозапуска асинхронных электродвигателей основных механизмов собственного расхода зависит бесперебойная работа тепловых электростанций. Поэтому, если из-за большого снижения напряжения нельзя обеспечить быстрого самозапуска всех работающих электродвигателей, часть из них приходится отключать. Для этого используется специальная защита минимального напряжения, отключающая неответственные электродвигатели при снижении напряжения на их выводах до 60— 70% номинального.

В случае обрыва одной из фаз обмотки статора электродвигатель продолжает работать. Скорость вращения ротора при этом несколько уменьшается, а обмотки двух неповрежденных фаз перегружаются током, в 1,5—2 раза больше номинального. Защита электродвигателя от работы на двух фазах, как правило, не устанавливается, так как опыт эксплуатации показывает, что при качественном монтаже коммутационных и защитных устройств и правильном выборе плавких предохранителей обрыв фазы происходит весьма редко. Применение специальной защиты от работы двигателей на двух фазах допускается лишь в порядке исключения для электродвигателей, защищенных предохранителями, если двухфазный режим работы может повлечь за собой выход двигателя из строя. Защита от многофазных коротких замыканий

Для защиты от многофазных коротких замыканий электродвигателей мощностью до 5 000 кВт обычно используется максимальная токовая отсечка. Наиболее просто токовая отсечка может быть выполнена с реле прямого действия встроенными в привод выключателя. С реле косвенного действия применяется одна из двух схем соединения трансформаторов тока и реле, приведенных на рис. 11-3 и 11-4. Отсечка выполняется с независимыми токовыми реле. Использование в схеме отсечки токовых реле с зависимой характеристикой (рис. 11-4) позволяет обеспечить с помощью одних и тех же реле одновременно защиту от коротких замыканий и перегрузки.

до 1 кв

Ток срабатывания отсечки выбирается по следующему выражению:

где — коэффициент схемы, равный 1 для схемы на рис. 11-4 и для схемы на рис. 11-3; Iпуск — пусковой ток электродвигателя.

Если ток срабатывания реле отстроен от пускового тока, отсечка, как правило, надежно отстроена и от тока, который электродвигатель посылает в сеть при внешнем коротком замыкании.

Зная номинальный ток электродвигателя и кратность пускового тока, указываемую в каталогах, можно подсчитать пусковой ток по следующему выражению:

Как видно по осциллограмме, приведенной на рис. 11-5, на которой показан пусковой ток электродвигателя питательного насоса, в первый момент пуска появляется кратковременный пик намагничивающего тока, превышающий пусковой ток электродвигателя. Для отстройки от этого пика ток срабатывания отсечки выбирается с учетом коэффициента надежности: для реле типа РТ-40 или ЭТ-521, действующих через промежуточное реле; для реле типов ИТ-82, ИТ-84 (РТ-82, РТ-84), а также для реле прямого действия.

Токовую отсечку электродвигателей мощностью до 2 000 кВт следует выполнять, как правило, по наиболее простой и дешевой, однорелейной схеме (рис. 11-3). Однако недостатком этой схемы является более низкая чувствительность по сравнению с отсечкой, выполненной по схеме на рис. 11-4, к двухфазным коротким замыканиям между одной из фаз, на которых установлен трансформатор тока, и фазой без трансформатора тока. Это имеет место, так как ток срабатывания отсечки, выполненной по однорелейной схеме, согласно (11-2) в раз больше, чем в двухрелейной схеме.

Поэтому на электродвигателях мощностью 2 000— 5 000 кВт токовая отсечка для повышения чувствительности выполняется двухрелейной. Двухрелейную схему отсечки следует также применять на электродвигателях мощностью до 2 000 кВт, если коэффициент чувствительности однорелейной схемы при двухфазном коротком замыкании на выводах электродвигателя меньше двух.

На электродвигателях мощностью 5000 кВт и более для защиты от междуфазных коротких замыканий устанавливается продольная дифференциальная защита в двухфазном исполнении, обеспечивающая более высокую чувствительность к коротким замыканиям на выводах и в обмотках электродвигателей, чем токовая отсечка.

При выполнении дифференциальной защиты с реле прямого действия типа РТМ или с реле РТ-40 ток срабатывания реле принимается равным:

Продольная дифференциальная защита может также применяться на электродвигателях мощностью меньше 5000 кВт, когда токовая отсечка не обеспечивает необходимой чувствительности.

На мощных ответственных электродвигателях 10 000 кВт и выше для отстройки от тока небаланса при пуске может оказаться целесообразным выполнение продольной дифференциальной защиты с реле РНТ в двухфазном исполнении по схеме на рис. 10-1. Ток срабатывания защиты при этом может быть принят Iс.з = (0,5—1) Iном аналогично защите генераторов.

С целью упрощения на электродвигателях можно применять однорелейную схему продольной дифференциальной защиты, приведенную на рис. 11-6. В этой схеме одна из обмоток реле РНТ подключена к одной фазе, а другая, имеющая такое же число витков, к другой, но с обратной полярностью. В результате реле РНТ, включенное на разность токов двух фаз, срабатывает при любом двухфазном коротком замыкании в обмотках или на выводах электродвигателя. Чувствительность реле при этом будет различной в зависимости от вида короткого замыкания:

28 . Автоматика повторного включения. Назначение. Требования. Принцип работы схемы АПВ.

При КЗ без повреждения изоляции на линиях электропередачи и на выводах электроустановок часто после отключения КЗ и повторном включении питание восстанавливается. Такие КЗ называются неустойчивми, а повторные включения после них - успешными. Они производятся автоматически, и устройство, выполняющее такой алгоритм, называются автоматическим повторным включением (АПВ). АПВ могут быть однократными, двукратными и трехкратными по числу попыток включения. По статистике для воздушных линий электропередач успешное АПВ случается: однократное (60 – 80)%; двукратное (10 – 15)% и трехкратное (1,5 – 3)%. Для кабельных сетей эффективность первого успешного АПВ составляет (65 – 75)%.

В России АПВ является обязательным для воздушных и кабельных линий электропередач напряжением выше 1 кВ, применяется на шинах

станций и подстанций, на одиночных трансформаторах мощностью выше 1 кВА, на электродвигателях, которые временно отключаются для обеспечения самозапуска более ответственных электродвигателей, а также на потребителях, отключенных из-за снижения частоты в сети. Чаще всего используется однократное АПВ, реже двукратное (особенно на воздушных линиях электропередач). Трехкратное АПВ не используют из-за его низкой эффективности.

АПВ должно удовлетворять следующим требованиям:

- возможно большее быстродействие;

- кратность действия не выше заданного;

- автоматический возврат в состоянии готовности после успешных АПВ;

- недействие при оперативном отключении выключателя;

- недействие при оперативном включении выключателя на КЗ;

- возможность автоматического запрета при АПВ при действии определенных видов защиты или автоматики.

В соответствии с выше указанными требованиями пуск АПВ может осуществляться двумя способами:

- несоответствие состояния выключателя (отключен) предыдущей команде «включить»;

- срабатывание релейной защиты.

Первый способ более универсальный, так как АПВ происходи и при самопроизвольном отключении выключателя. Команда «включить» запоминается при помощи положения выключателя (блок-контакты выключателя), либо контактами реле повторителя. Точно так же определяется положение выключателя «отключен».

Действие АПВ определяются двумя временами:

- время срабатывания tс.а;

- время самовозврата в состояние готовности к новому действию tв.а. Самовозврат однократного АПВ происходит в случае успеха и не происходит в случае неуспеха АПВ. Самовозврат двукратного АПВ происходит после первого цикла независимо от его успеха, а после второго цикла, если он успешен. Время самовозврата имеет порядок: 15 – 20 с для однократного АПВ и 60 – 130 с для двукратного.

Требуемое значение tс.а первого цикла определяется следующими условиями:

1) tс.а1 = tг.п + tзап; 2) tс.а1 = tд.с - tв + tзап;

(8.1)

3) tс.а1 = tг.в – tв + tзап; 4) tс.а1 = tвз - tв + tзап;

где tг.п – время готовности привода после отключения (0 – 0,4)с в зависимости от типа выключателя;

tд.с – время деионизации среды (0,08 – 0,4)с в зависимости от напряжения улектрустановки;

tв – время включения выключателя;

tг.в – время готовности выключателя к отключению КЗ при неуспешном АПВ;

tв.з – время возврата защиты, установленной со стороны питания;

tзап – запас по времени, принимается равным (0,4 -0,5) с

Для первого цикла обычно определяющим является первое условие. Для второго цикла определяющим является третье условие:

tс.а2 = tг.в = (15 – 20)с. (8.2)

При АПВ можно использовать ускорение действия релейной защиты для сокращения времени отключения КЗ защитами с выдержкой времени. Такая совместная работа релейной защиты и АПВ называется ускорением

действия защиты. Возможны три варианта такого ускорения:

- ускорение защиты после АПВ;

- ускорение защиты до АПВ;

- поочередное действие защиты и АПВ.

Ускорение действие защиты после АПВ работает следующим образом. Если КЗ отключается защитой селективно с выдержкой времени (это говорит о том, что КЗ внутри защищаемого объекта), то после неуспешного АПВ защита может работать без выдержки времени. Если ранее отключенный выключатель оперативно включают на КЗ, то отключение происходит также мгновенно.

Ускорение действия защиты до АПВ осуществляется на линиях с последовательно включенными участками. На первом участке дополнительно к селективной защите устанавливают неселективную защиту, которая работает без выдержки времени и защищает все участки линий. При КЗ на любом участке линий срабатывает неселективная защита и отключает первый участок без выдержки времени. Если АПВ успешное, все участки подключаются к питанию. Если АПВ неуспешное, то неселективная защита выводится из действия, а Устойчивое КЗ отключается селективными защитами.

Поочередное действие защиты и АПВ. В данном случае сочетаются эффекты ускорения до и после АПВ. На каждом участке линий устанавливаются неселективная защита, которая защищает свой участок и небольшую часть последующего участка; селективная защита и АПВ. Времена срабатывания АПВ последовательно нарастают на ступень селективности по мере удаления от источника питания. При КЗ мгновенно отключается либо только поврежденный участок линий, либо и последующий участок. Во втором случае первым срабатывает АПВ

последующего участка, а АПВ поврежденного происходит позже на ступень селективности. Если КЗ устойчивое мгновенно вторично отключается только поврежденный участок, неселективная защита выводится до действия АПВ предыдущего участка. При отключении только одного участка и устойчивом КЗ оба раза действует неселективная защита этого участка.

Контакт В К А размыкается только при оперативном отключении выключателя ключом или кнопкой управления или контактом телеуправления, но при отключении выключателя релейной защитой остается замкнутым.
При отключении выключателя релейной защитой создается несоответствие положения привода (ВКА замкнут) и выключателя (замкнулся вспомогательный контакт выключателя ВКВ2), при котором запускается реле времени РВ схемы устройства АПВ. Через заданное время 2—5 с замыкается импульсный контакт этого реле в цепи электромагнита включения ЭВ. К этому времени все остальные контакты в цепи ЭВ уже замкнуты: ВКА, КГП1 и ВКВЗ, замкнувшийся одновременно с ВКВ2 при отключении выключателя. При срабатывании ЭВ освобождает механизм зацепления, удерживающий пружины привода в заведенном состоянии, и выключатель включается за счет энергии, запасенной в предварительно натянутых пружинах. Одновременно в цепи ЭВ срабатывает счетчик Сч (или сигнальное реле), фиксируя факт действия схемы АПВ. Замыкается также контакт КГП2, который запускает устройство AMP — автоматический моторный редуктор, состоящий из электродвигателя типа МУН и редуктора и предназначенный для натяжения пружин привода. Процесс натяжения пружин заканчивается через 10—20 с, после чего контакт КГП2 размыкается и отключает AMP, а контакт КГП1 замыкается и подготавливает устройство АПВ к новому действию.