Работа 3.1 Максимальная токовая защита линии электропередачи
Цель работы: Ознакомиться с принципиальной электрической схемой, принципом работы и порядком испытания максимальной токовой защиты линии электропередачи.
Краткие теоретические сведения
На рисунке 3.1 приведена схема максимальной токовой защиты на оперативном переменном токе. Схема, поясняющая алгоритм работы защиты на микроконтроллере Siemens Logo 230 RC, приведена на рисунке 3.2.
При подаче напряжения на схему загорается зеленая сигнальная лампа HLG1.
При нажатии на кнопку включения SB1 «Пуск» включается контактор КМ1 и на защищаемую линию подается напряжение. Загорается красная сигнальная лампа HLR1, получая питание через контакт КМ1.2. Зеленая сигнальная лампа HLG1 гаснет. При отпускании кнопки SB1 обмотка контактора КМ1 получает питание через нормально разомкнутый контакт этого контактора КМ1.1.
При нажатии на кнопку SB2 «Стоп» контактор КМ1 отключается. Напряжение с линии снимается. Красная сигнальная лампа HLR1 гаснет, зеленая HLG1 – загорается.
При коротком замыкании в точке K1 контакт КА1.1 токового реле замыкается, подавая питание на обмотку реле времени KT1. Контакт KT1.1, замыкаясь с выдержкой времени, подает питание на обмотку промежуточного реле KL1, которое своим контактом KL1.1 размыкает цепь питания контактора KM1.
При исчезновении напряжения питающей сети контактор КМ1 отключается. При восстановлении напряжения в сети контактор остается отключенным (самовозврата схемы не происходит).
В эксперименте рассмотренный алгоритм реализован на основе программируемого контроллера.
Логическая схема работы защиты на микроконтроллере Siemens Logo 230 RC соответственно на рисунке 3.3, а описание блоков логической схемы защиты в таблице 3.1.
Рисунок 3.1 – Принципиальная электрическая схема
Рисунок 3.2 – Схема, поясняющая алгоритм работы защиты
Рисунок 3.3 – Логическая схема работы защиты
Таблица 3.1 – Описание блоков логической схемы защиты
| Блок логической схемы | Описание блока |
| AI1 | Вход аналогового датчика |
| I1 | Контакт кнопки «ПУСК» |
| I2 | Контакт кнопки «СТОП» |
| Q1 | Выход/контакт контактора |
| Q2 | Выход на красную сигнальную лампу «наличие КЗ» |
| SF001 | Аналоговый пороговый выключатель (  и  МТЗ) |
| T002 | Задержка времени (  МТЗ) |
Электрическая схема соединений аппаратуры блоков лабораторного стенда для испытания МТЗ линии электропередачи приведена на рисунке 3.4, а перечень аппаратуры соответственно в таблице 3.2.
Рисунок 3.4 – Электрическая схема соединений максимальной токовой защиты линии электропередачи.
Таблица 3.2 – Перечень аппаратуры
| Обозначение | Наименование | Тип | Параметры |
| А1 | Однофазный трансформатор | 372.1 | 80 ВА; ~ 220 / 198 – 242 В |
| А2 | Контактор | ~ 660 В / 4 А ~ 380 В / 10 А | |
| А3, А9 | Модель линии электропередачи | 313.3 | ~ 220 В / 0,3 А |
| А4 | Блок измерительных трансформаторов тока и напряжения | 401.1 | 3 трансформатора тока ~ 0,3 А / 3 В 3 трансформатора напряжения ~ 600 В / 3 В |
| А5 | Блок преобразователей напряжения | 4 преобразователя ~ 50 В, 5 В / 5 В | |
| А6 | Блок программируемого контроллера | 384.1 | Siemens Logo 230 RC |
| А7 | Блок световой сигнализации | 355.1 | ~ 220 В |
| А8 | Кнопочный пост управления | 354.1 | ~ 240 В / 10 А |
| P1 | Измеритель тока и времени | 0 – 5 А / 0,01 – 999 с |
Программа работы
1. Изучить принцип работы МТЗ линии электропередачи.
2. Изучить электропитание и назначение блоков лабораторного стенда для испытания МТЗ линии электропередачи.
3. Исходные данные для исследования МТЗ выбираются по заданию преподавателя в соответствии с таблицей Б.1 приложения Б.
4. Расчетным путем определить значения токов короткого замыкания в точках К1 и К2 линии электропередачи. Методика расчета приведена в приложении В.
5. Расчетным путем определить значения тока срабатывания защиты 
и тока уставки 
МТЗ на микроконтроллере Siemens Logo 230 RC. Методика расчета приведена в приложении Г.
6. Результаты расчета привести в таблицах 3.3 и 3.4.
7. Задать значения параметров линии электропередачи в соответствие с заданным вариантом таблицы Б.1.
8. Задать значения уставок и 
МТЗ в программе микроконтроллера Siemens Logo 230 RC (рисунок 3.3) в соответствие с таблицей 3.4.
9. Собрать схему соединений аппаратуры блоков лабораторного стенда в соответствии с рисунком 3.4.
10. Установить правильность работы МТЗ при коротких замыканиях в точках К1 и К2. Результаты испытаний занести в таблицу 3.4.
11. Проанализировать результаты испытаний и сделать выводы.
Таблица 3.3 – Результаты расчета параметров схемы замещения
электрической сети до точки К1 и К2
| № | Результаты расчета до точки К1 | Результаты расчета до точки К2 | |||||||||
 , Ом |  , Ом |  , Ом |  , Ом |  , Ом |  , Ом |  , Ом |  , Ом |  , Ом |  , Ом |  , Ом | |
Таблица 3.4 – Результаты расчета и эксперимента работы МТЗ
| Результаты расчета | Результаты эксперимента | |||||||||||
| № |  , В |  , Ом |  , Ом |  , А |  , А |  , А |  , у. е. |  , с |  , А |  , с |  , А |  , с |
Порядок выполнения экспериментальной части работы:
1. Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.
2. Соедините блоки А5 и А6 шнурами питания с однофазным источником G1.
3. Соедините гнезда защитного заземления « 
» устройств, используемых в эксперименте, с гнездом «РЕ» источника G1.
4. Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений (рисунок 3.4).
5. Коэффициент трансформации однофазного трансформатора А1 установите равным 1,0.
6. Задать значения параметров линий электропередачи А3 и А9 в соответствие с заданным вариантом таблицы Б.1.
7. Приведите в рабочее состояние персональный компьютер, запустите программу Logo!Soft Comfort V5 и введите логическую схему (рисунок 3.3).
8. Задать значения уставок (блок SF001) и (блок T002) МТЗ в программе микроконтроллера Siemens Logo 230 RC (рисунок 3.3) в соответствие с таблицей 3.4.
9. Включите источник G1. О наличии напряжений на его выходе должен сигнализировать светящийся светодиод. Включите выключатели «СЕТЬ» блоков А5, А6 и P1.
10. Загрузите программу в контроллер и запустите ее на исполнение.
11. Нажмите кнопку «Пуск» поста управления А8. В результате включится контактор А2 (выключатель Q) и на модели линий А3 и А9 будет подано напряжение. Об этом будет сигнализировать загоревшаяся красная лампа в блоке А7. Зеленая лампа в блоке А7 погаснет.
12. Смоделируйте короткое замыкание на линии электропередачи в точке К1. Для чего воткните проводник «П» в гнездо между моделями линий А3 и А9. В результате сработает максимальная токовая защита и поврежденная линия электропередачи с выдержкой времени отключится от источника питания выключателем Q (контактором А2). Красная лампа в блоке А7 погаснет, а зеленая загорится.
13. С индикаторов измерителя Р1 считайте значение тока короткого замыкания (в точке К1) и время работы защиты.
14. Результаты испытаний занести в таблицу 3.4.
15. Выньте проводник «П» из гнезда.
16. Нажмите кнопку «Пуск» поста управления А8. В результате включится контактор А2 (выключатель Q) и на модели линий А3 и А9 будет подано напряжение. Об этом будет сигнализировать загоревшаяся красная лампа в блоке А7. Зеленая лампа в блоке А7 погаснет.
17. Смоделируйте короткое замыкание на линии электропередачи в точке К2. Для чего воткните проводник «П» в гнездо в конце линии А9. В результате сработает максимальная токовая защита и поврежденная линия электропередачи с выдержкой времени отключится от источника питания выключателем Q (контактором А2). Красная лампа в блоке А7 погаснет, а зеленая загорится.
18. С индикаторов измерителя Р1 считайте значение тока короткого замыкания (в точке К2) и время работы защиты.
19. Выньте проводник «П» из гнезда.
20. По окончании эксперимента отключите выключатели «СЕТЬ» блоков А5, А6 и Р1. Отключите однофазный источник питания G1.
21. Результаты экспериментов занести в таблицу 3.4.