Требования к релейной защите

1) Быстрое отключение повреждённого оборудования или участка электрической сети предотвращает повреждения или уменьшает их размеры, позволяет сохранить нормальную работу потребителей неповреждённой части сети, предотвращает нарушение параллельной работы генераторов.

2) Селективность — способность релейной защиты выявлять место повреждения и отключать только его только ближайшими к нему выключателями. Это позволяет локализовать повреждённый участок и не прерывать нормальную работу других участков сети.

3) Под чувствительностью релейной защиты понимается её способность реагировать на возможные повреждения в минимальных режимах работы системы электроснабжения, когда изменение воздействующей величины минимально.

4) Защита должна правильно и безотказно реагировать при всех повреждениях защищаемой сети и нарушениях нормального режима работы, для действия при которых она предназначена, и не действовать в нормальных условиях, а также при таких повреждениях и нарушениях нормального режима работы, при которых действие данной защиты не предусмотрено и должна действовать другая защита. Это требование обеспечивается совершенством принципов защиты и конструкций аппаратов защиты, качеством деталей, простотой выполнения и уровнем эксплуатации.

Основные органы релейной защиты.

1) Пусковые органы непрерывно контролируют состояние и режим работы защищаемого участка цепи и реагируют на возникновение коротких замыканий и нарушения нормального режима работы. Выполняются обычно с помощью реле тока, напряжения, мощности и др.

2) Измерительные органы определяют место и характер повреждения и принимают решения о необходимости действия защиты. Измерительные органы также выполняются с помощью реле тока, напряжения, мощности и др. Функции пускового и измерительного органа могут быть объединены в одном органе.

3) Логическая часть — это схема, которая запускается пусковыми органами и, анализируя действия измерительных органов, производит предусмотренные действия (отключение выключателей, запуск других устройств, подача сигналов и пр.). Логическая часть состоит, в основном, из элементов времени (таймеров), логических элементов, промежуточных и указательных реле, дискретных входов и выходов аналоговых микропроцессорных устройств защиты.

Пример логической части релейной защиты

Требования к релейной защите - student2.ru

Катушка реле тока K1 (контакты А1 и А2) включена последовательно со вторичной обмоткой трансформатора тока ТА. При коротком замыкании, на участке цепи, в котором установлен трансформатор тока, возрастает сила тока, и пропорционально ей возрастает сила тока во вторичной цепи трансформатора тока. При достижении силой тока значения уставки реле K1, оно сработает и замкнёт рабочие контакты(11 и 12). Цепь между шинками +EC и -EC замкнётся, и запитает сигнальную лампу HLW.

Данная схема приведена как простой пример. В эксплуатации используются более сложные логические схемы.

ЛОГОМЕТР.


Логометр - измерительный прибор, вращающий момент которого зависит от отношения двух токов, протекающих по двум подвижным катушкам. Логометры бывают различных типов. Очень широко распространен Л-64. Он позволяет измерять температуру в производственных и технологических процессах. Измерения проводятся по трехпроводной схеме, обеспечивающей высокую точность измерений. Сама конструкция и внутреннее устройство логометра Л-64 простое и весьма надежное. Данное качество прибора обеспечивает его работоспособность в течение десятков лет. На территории бывшего Советского Союза логометры до сих пор применяются на производстве. Распространены Л. магнитоэлектрич., электродинамич., ферродинамич., эл.-магн. систем.

Требования к релейной защите - student2.ru
На рисунке показано устройство магнитоэлектрич. Л.: на подвижную часть 3 с укреплённой на ней показывающей стрелкой действует вращающий момент, равный разности моментов M1 и М2, к-рые возникают за счёт вз-ствия токов, протекающих по жёстко закреплённым на подвижной части рамкам 1 и 2, с полем пост. магнита 4. Рамки соединены с внеш. электрич. цепью через безмоментные токоподводы. При повороте рамок один из моментов убывает, другой возрастает. При M1=М2 наступает равновесие, при к-ром по углу поворота подвижной части можно судить об отношении токов, протекающих по рамкам Л. Помимо приборов для измерения непосредственно отношения сил электрич. токов, Л. находят широкое применение в кач-ве основной составной части приборов для измерения сосредоточенных пассивных параметров электрич. цепей: сопротивления, ёмкости, индуктивности (см. << ОММЕТР >>, << ЁМКОСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬ >>), а также в многочисленной группе приборов для измерения неэлектрич. величин электрич. методами (уровнемеры, расходомеры и др., см. ГОСТ 9736—80).

Ваттметр.

Ваттметр - прибор для измерения мощности электрического тока в ваттах. Наиболее распространены электродинамические В., механизм которых (рис.) состоит из неподвижной катушки 1, включенной последовательно с нагрузкой Н (цепь тока), и подвижной катушки 2, включенной через большое добавочное сопротивление R параллельно нагрузке (цепь напряжения). Работа В. такого типа основана на взаимодействии магнитных полей подвижной и неподвижной катушек при прохождении по ним электрического тока. При этом вращающий момент, вызывающий отклонение подвижной части прибора и соединённой с ней стрелки (указателя), при постоянном токе пропорционален произведению силы тока на напряжение, а при переменном токе — также косинусу угла сдвига фаз между током и напряжением. Применяются также ферродинамические В., реже индукционные, термоэлектрические и электростатические.

 
Требования к релейной защите - student2.ru
 
Электродинамический ваттметр (схема устройства и включения)
 

Промышленность СССР выпускает переносные (лабораторные) электродинамические В. классов точности 0,2 и 0,5, предназначенные для измерений в цепях постоянного и переменного (с частотой до 5 кгц) токов. Измерение мощности при частоте переменного тока свыше 5 кгц осуществляют термоэлектрические В. (см. Термоэлектрический прибор). Для измерения мощности в энергетических установках применяют щитовые (стационарные) В. обычно ферродинамические и реже индукционные.

Мощность в трёхфазных цепях измеряют трёхфазными В., которые представляют собой конструктивное объединение трёх (двух) механизмов однофазных В. Подвижные катушки трёхфазных В. укрепляют на общей оси, чем достигается суммирование создаваемых ими вращающих моментов. В цепи высокого напряжения В. включают через измерительные трансформаторы (тока и напряжения).

Магнитоэлектрические измерительные приборы.
Приборы магнитоэлектрической системы работают на принципе взаимодействия катушки с током и поля постоянного магнита. На рис. 327 показано устройство прибора этой системы. Сильный постоянный подковообразный магнит 1, изготовленный из кобальтовой, вольфрамовой или никель-алюминиевой стали, создает магнитное поле. К концам магнита приведены полюсные наконечники 2 из мягкой стали, имеющие цилиндрические выточки. Между полюсными наконечниками неподвижно укреплен стальной цилиндр 3, служащий для уменьшения сопротивления магнитной цепи.
Требования к релейной защите - student2.ru

Кроме того, цилиндр играет и другую роль. Магнитные линии выходят из полюсных наконечников и, в силу того что магнитная проницаемость стали значительно больше, чем у воздуха, раднально входят в цилиндр, образуя в воздушном зазоре практически однородное магнитное поле. Такое же поле создается при выходе магнитных линий из цилиндра. Цилиндр охватывает легкая алюминиевая рамка 4 с намотанной на ней обмоткой (катушкой) 5, выполненной из изолированной медной проволоки. Рамка сидит на оси 6, лежащей в подпятниках 7. На оси крепится также алюминиевая стрелка 8. Противодействующий момент создается двумя плоскими спиральными пружинами 9, служащими одновременно для подвода тока к обмотке прибора. Зажимы прибора выводятся наружу прибора и соединяются проводниками со спиральными пружинками.
При пропускании тока по виткам обмотки в результате взаимодействия тока в проводниках и магнитного поля подковообразного магнита возникает механическая сила, направление которой можно определить по «правилу левой руки». На другой стороне обмотки возникает такая же по величине сила, но противоположного направления. Образуется пара сил. Под действием этой пары сил катушка будет поворачиваться. Сила взаимодействия зависит от величины магнитной индукции В, тока в катушке I, числа витков катушки Требования к релейной защите - student2.ru и активной длины катушки l:

Требования к релейной защите - student2.ru

Колебания алюминиевой рамки с обмоткой в магнитном поле вызывают появление в рамке индуктированного тока, который по правилу Ленца будет противодействовать этим колебаниям и тем самым успокаивать подвижную часть прибора. Неизменность индукции во всех точках воздушного зазора обеспечивает пропорциональность между током в обмотке и углом поворота подвижной части, вследствие чего шкала прибора равномерна.
Магнитоэлектрические приборы являются наиболее чувствительными и точными из всех существующих приборов с непосредственным отсчетам. Они изготовляются как в виде лабораторных многопредельных приборов класса точности 0,1—0,5, так и в виде технических приборов класса 1—1,5.
Обладая большой точностью, высокой чувствительностью, равномерной шкалой, малым потреблением энергии (0,5—3 Вт), малым влиянием на них внешних магнитных полей, хорошим успокоением, магнитоэлектрические приборы нашли широкое применение в цепях постоянного тока в качестве амперметров, вольтметров, миллиамперметров, милливольтметров и т. д.
К недостаткам приборов этой системы относятся: высокая стоимость, чувствительность к перегрузкам и пригодность только для постоянного тока. В самом деле при пропускании по обмотке переменного тока подвижная часть прибора должна была бы отклоняться то в одну, то в другую сторону. Но ввиду быстрых изменений тока в катушке подвижная часть, обладая инерцией, не будет успевать за ними, и стрелка прибора останется неподвижной. Для измерения малых значений заряда, тока и напряжения применяются гальванометры, получившие преимущественное применение при нулевых методах измерений, когда нужно обнаружить отсутствие тока в той или иной части измерительной схемы. При измерениях на постоянном токе почти исключительно применяются магнитоэлектрические гальванометры.
Принцип действия и устройство магнитоэлектрических гальванометров те же, что и других приборов системы. Однако у гальванометров приняты меры, обеспечивающие уменьшение веса подвижной части прибора и уменьшение трения. Многовит-ковая катушка (рамка) гальванометров выполняется из изолированного провода и для придания ей жесткости пропитывается обмоточным лаком. Рамка имеет так называемые безмоментные волоски для подвода к ней тока.

У грубых гальванометров (микроамперметров) подвижная часть установлена на осях и кернах. Гальванометры высокой чувствительности имеют рамку, подвешенную на длинных нитях из фосфористой бронзы или на так называемых растяжках. Рачка высокочувствительных гальванометров снабжается зеркальцем. Световой луч посылается от специального источника света на зеркальце к отразившись от него, попадает на шкалу, установленную на определенном расстоянии от гальванометра. Гальванометры могут непосредственно измерять токи от 10-6 до 10-12 А.

Электромагнитные измерительные приборы.
Электромагнитные измерительные приборы работают на принципе взаимодействия между током катушки и магнитным полем подвижного сердечника из ферромагнитного материала.
Требования к релейной защите - student2.ru

По конструкции электромагнитные приборы делятся на два типа: приборы с плоской катушкой и приборы с круглой катушкой. Рассмотрим устройство первого типа приборов (рис. 328).

Обмотка прибора представляет собой плоскую катушку 1 со щелью. Обмотка катушки у вольтметров, выполняется из тонкой (диаметр 0,05—0,1 мм) медной проволоки с большим числом витков (2000—10 000). Обмотка амперметров нв токи до 30 А изготовляется из небольшого числа витков толстой проволоки. На токи до 200 А обмотка выполняется из медной ленты в виде одного шинного витка (на токи 300—500 А). Второй основной частью прибора является сердечник из ферромагнитного материала (например, пермаллоя) в форме листка 2, укрепленного эксцентрично на оси прибора 3. При прохождении тока по виткам катушки возникает магнитное поле, которое втягивает сердечник в щель катушки тем больше, чем больший ток протекает по виткам катушки. Укрепленная на оси стрелка 4 будет отклоняться по шкале 5. Противодействующий момент создается спиральной пружиной 6, связанной одним концом с осью, а другим концом с неподвижной частью прибора. Для успокоения электромагнитных приборов обычно применяются воздушные успокоители 7. Поршенек успокоителя, закрепленный на оси при помощи проволоки, перемещаясь в изогнутом цилиндре, испытывает со стороны воздуха в цилиндре сопротивление своим колебаниям, что приводит к успокоению стрелки. Изменений величины тока в катушке вызывает непропорциональное изменение угла поворота стрелки, поскольку вращающий момент, действующий на подвижную систему, зависит от квадрата тока. Поэтому шкала электромагнитного прибора неравномерна. Устройство прибора с круглой катушкой показано на рис. 329. Ток, проходя по виткам катушки 1, создает магнитное поле и намагничивает два железных сердечника: сердечник 2, укрепленный неподвижно с внутренней стороны катушки, и другой 3, закрепленный на оси прибора. Близлежащие края сердечников намагничиваются одноименно, и поэтому сердечник 3, отталкиваясь от сердечника 2, будет поворачивать ось прибора.

Требования к релейной защите - student2.ru

Внешние магнитные поля оказывают влияние на работу электромагнитного прибора, но железный кожух прибора значительно ослабляет это влияние. Изменение направления тока в обмотке прибора приводит к перемагничиванию сердечника (или сердечников), и сила взаимодействия не меняет своего направления. Поэтому электромагнитные приборы могут работать в цепях постоянного и переменного токов. При переменном токе прибор будет показывать действующее значение тока или напряжения. Потребление мощности в амперметрах составляет 2 - 8 Вт, в вольтметрах 5—6 Вт. Простота конструкции, дешевизна, возможность выдерживать перегрузку, пригодность для постоянного и переменного токов привели к тому, что приборы электромагнитной системы нашли себе широкое применение для технических измерений. К недостаткам прибора нужно отнести малую точность, неравномерность шкалы, зависимость показаний прибора от внешних магнитных полей и от частоты. Электромагнитные приборы изготовляются главным образом в качестве технических щитовых приборов классов точности 1; 1,5; 2,5.

Придавая специальную форму сердечнику и изменяя его расположение относительно катушки, можно добиться некоторого уменьшения неравномерности шкалы у этих приборов.

Электродинамические измерительные приборы.
  Принцип действия электродинамических приборов основан на взаимодействии магнитных полей двух катушек: одной, неподвижно закрепленной, и другой, сидящей на оси и могущей поворачиваться. На рис. 330 показано устройство электродинамического прибора. Катушка 1 (здесь, состоящая из двух половин) неподвижно закреплена. К подвижной катушке 2, укрепленной на оси прибора 3, ток подводится через спиральные пружины 4, которые одновременно служат для создания противодействующего момента. При пропускании тока по виткам обеих катушек они создадут магнитные поля, которые, взаимодействуя между собой, будут стремиться повернуть катушку 2 так, чтобы ее магнитное поле и поле катушки 1 совпадали по направлению. Кроме круглых катушек, встречаются конструкции приборов с прямоугольными катушками. Магнитное поле каждой катушки зависит от тока, поэтому сила взаимодействия обеих катушек пропорциональна квадрату тока. Следовательно, шкала прибора неравномерна. Успокоение приборов этой системы воздушное, так как применение электромагнитного тормоза вызвало бы искажение показаний прибора.
Требования к релейной защите - student2.ru
Требования к релейной защите - student2.ru

Это объясняется тем, что собственные магнитные поля катушек очень малы и сильное поле постоянного магнита электромагнитного тормоза оказывало бы влияние на работу прибора. Одновременное изменение направления тока в обеих катушках не меняет направления силы взаимодействия. Поэтому электродинамические приборы применяются в цепях как постоянного, так и переменного тока. В цепях переменного тока приборы этой системы показывают действующее значение измеряемой величины Точность электродинамических приборов велика (класс точности — 0,2—0,5), и поэтому они нашли себе применение как контрольные приборы для измерений на переменном токе. К недостаткам приборов нужно отнести достаточно большой расход мощности, составляющий в амперметрах 5—10 Вт, в вольтметрах 7—15 Вт.

Чувствительность к перегрузкам и влияние на показание прибора внешних магнитных полей вследствие слабого собственного поля прибора. При перегрузках прибора спиральные пружинки теряют упругость и могут перегореть. Другой разновидностью электродинамических приборов являются ферро-динамические приборы (рис. 331). Неподвижная катушка 1 наматывается на ярмо 2 из листовой электротехнической стали. Внутри подвижной катушки 3 закреплен стальной цилиндр 4. Подвижная катушка вращается вокруг цилиндрического сердечника. Усиление магнитного поля прибора приводит к увеличению вращающего момента и к уменьшению влияния внешних магнитных полей. Но присутствие железа имеет и отрицательное влияние, так как возникают дополнительные погрешности (например, при переменном токе потери на гистерезис и вихревые токи). Точность ферродинамических приборов меньше, чем электродинамических приборов. Благодаря большому вращающему моменту приборы этой системы часто применяются в качестве самопишущих приборов. Стрелка этих приборов снабжена пером, лежащим на бумажной ленте, которая перемещается при помощи часового механизма. Стрелка с пером чертит на бумаге кривую изменений тока, напряжения, мощности и т. п.

Наши рекомендации