Практическая работа № 9 Проверка и настройка электромагнитных и индукционных реле.

Продольная дифференциальная защита.

Участок между трансформаторами тока ТА1 и ТА2 является защищаемой зоной. Если ТА1 и ТА2 имеют одинаковые характеристики, то токи во вторичных цепях ТА1 и ТА 2 будут одинаковы как при нормальном режиме, так и при коротком замыкании в точке К1 (за пределами защищаемой зоны) . Обмотки их включены встречно, поэтому разность токов I1 –I2 = 0, поэтому тока в обмотке реле КА не будет и оно не сработает. При К3 внутри защищаемой зоны в точке К2 по обмотке реле КА пройдет ток I1 –I2 ≠ 0 и реле сработает, и выдает импульс на отключение силового выключателя. Дифференциальная защита надежна, высокочувствительна, быстро действует, т.к. отключается только поврежденный участок. К недостаткам относятся следующее: не обеспечивает отключение при внешних К3; требуется устанавливать автотрансформатор АТ для уравнивания тока небаланса (т.к. у трансформаторов тока разные коэффициенты трансформации). Работает на базе реле РНТ – 565 с быстронасыщаюмся трансформаторами.
Поперечная дифференцированная защита.
Применяется для защиты параллельных линий, подключенных к линиям подстанции через общий выключатель. Здесь вторичные обмотки трансформаторов тока подключают встречно, т.е. на разность токов. Используют реле и включабт токовое реле РТ-40 или ЭТ=521 мгновенного действия). Ток, протекающий по реле равен разности токов, т.к. реле включены встречно: Iр.= I1- I2 т.е. разности токов вторичных обмоток транформаторов тока. При нормальной работе Iр=0 или очень мал (т.н. ток небаланса) и реле отстраивается так, чтобы ток был недостаточен для срабатывания. Если на одной из линий будет короткое замыкание, то в обмотке одного из трансформаторов тока ток будет больше, чем у другого и в результате разность токов будет большая и реле сработает и даст импульс на отключение силового выключателя.

Защита отдельных линий, установок и машин.

Все установки, сети, машины высокого напряжения должны быть обеспечены соответствующими видами защиты, которые выбираются и устанавливаются в соответствии с требованиями ПУЭ.
Рисунок 17 - Вид сборки из реле времени, тока, напряжения, земляной защиты и сигнальных реле.

Рисунок 19 - Схема автоматического повторного включения (АПВ)

АПВ предназначено для включения линии или отдельных фаз линий после их отключений в результате действия защиты или по другим причинам (кроме отключения персоналом).
АПВ - предусматривается для быстрого восстановления питания путем быстрого автоматического включения выключателей QF, отключаемых устройствами РЗ и А.
АПВ - обязательно для всех ВЛ и КЛ при напряжении от 1 до 35 кВ, выше 35 кВ - по проекту.

АПВ должно работать таким образом, чтобы оно не действовало при намеренном отключении QF персоналом местно, дистанционно или с помощью ТУ. АПВ не должно

Рисунок 20 - Схема автоматического включения резерва (АВР)

работать при внутренних повреждениях. Не допускается многократное включение на К3 при любых неисправностях в системе АПВ. Наиболее часто применяется однократное АПВ. Многократное АПВ применяется при напряжении выше 6 10 кВ.
Время срабатывания АПВ:
первый раз - 0,5 1,5с
вторая попытка – через 10 15с
третья попытка – через 60 120с
-На горных предприятиях применяется однократное АПВ.
АПВ бывает двух видов:
механическое (на пружинных и грузовых приводах QF) - однократное;
электрическое (на любых приводах) с помощью специального реле типа РПВ - может быть многократным.
АПВ обычно встраивается в конструкцию КРУ или легко совмещается с его электрической схемой. АПВ часто выполняется на базе реле РПВ-58; -258; -358 и их модификаций.

АВТОМАТИЧЕСКОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ РЕЗЕРВА (АВР)
Требования к системам АВР.

1. АВР действует при исчезновении напряжения на шинах подстанции по любой причине.
2. Включение АВР производится как можно быстрее, сразу после отключения рабочего источника питания.
3. АВР действует однократно. Включение резервной линии не должно произойти ранее, чем отключится выключатель основной линии.
5. АВР действует только при отключении (аварии) на питающей линии (не на отходящих линиях, так как в этом случае включение на К3 не имеет смысла, так как срабатывает защита и на резервной линии).
Оперативный ток для АВР - постоянный или переменный.
Время срабатывания АВР зависит от количества и мощности электродвигателей, при пуске которых может произойти посадка напряжения, коэффициента срабатывания реле напряжения и допустимой величины минимального напряжения.

АРТ и АЧР.
АРТ – автоматическая разгрузка по току. Применяется в том случае, когда питание потребителей переключается , (например в результате срабатывания АВР) с основного на резервный источник питания меньшей мощности; и этой мощности не хватает даже с учетом допустимой перегрузки. Система автоматики налаживается таким образом, чтобы в этом случае отключить (автоматически) наименее важные объекты, а при восстановлении питания линии – вновь подключить.
Элементная база системы: реле РТ-80 или РТ-40, и реле времени.

АЧР –автоматическая частотная разгрузка.Эта система действует при снижении частоты в сети ниже допустимой и применяются для поддержания ее на заданном уровне.
Номинальное значение частоты сети: 50 ± 0,1 ГЦ. Допустимое 50 ±0,2 ГЦ.Для аварийных режимов –допустимая частота не менее 48 ГЦ.Элементная база – реле частоты РЧ-1 и др.
В системах электроснабжения предприятий применяется метод АЧР по абсолютному значению частоты. Принцип ее действия заключается в срабатывании реле РЧ при снижении значения частоты сети (задаваемой энергосистемой) , после чего включается программа автоматического (или по команде диспетчера) поочередного отключения части менее ответственных потребителей. После восстановления частоты до нормального значения – потребители поочередно включаются.

Проверочные вопросы по разделу РЗ и А.

Что означает термин "релейная защита". ( РЗ ) ?
На что воздействуют средства РЗ?
Укажите основные требования к РЗ.
Что такое селективность действия защиты?
Что такое чувствительность защиты?
Какого рода оперативный ток применяется в схемах РЗ?
Что является источниками оперативного тока?
Перечислите наиболее распространенные виды защиты.
Укажите основные реле, применяемые в схемах РЗ.
Укажите вспомогательные реле, применяемые в схемах РЗ.
Укажите основные контролируемые параметры систем РЗ.
Какой параметр электрической сети контролируется обязательно?
В чем отличие первичных и вторичных реле?
В чем отличие реле прямого действия и косвенного действия?
Какое реле имеет зависимую характеристику срабатывания (время срабатывания зависит от тока)?
От чего защищает реле РТ-40 ? От чего защищает реле РТ-80?
От чего защищают реле серии РН-50?
В какой защите может применяться реле РНТ?
От чего защищает реле РТЗ-51?
В каких трансформаторах может применяться газовая защита?
При какой мощности трансформатора газовая защита обязательна?
Какие реле предназначены для максимальной защиты и отсечки?
Какие максимальные реле позволяют регулировать выдержку времени при срабатывании?
На какую величину тока рассчитаны реле РТ-40?
Какую величину уставки времени срабатывания имеют реле РТ-80 и РТ-90?
В чем отличие конструкции реле РТ-40 и РН-50?
Как действуют защиты в схемах РЗ линий 6-35 кВ?
Какие защиты применяются в схемах защиты линий 6-35 кВ?
какие реле и блоки могут использоваться в схемах земляной защиты кабельных линий?
Какие виды защиты применяются для защиты конденсаторных установок?
Для чего применяется дифференциальная защита?
Какие защиты применяются для защиты трансформаторов ГПП и КТП?
В каких случаях применяются в системах РЗ и А дифференциальные реле?
На что реагируют дифференциальные реле РНТ и РБМ?
Укажите принципы действия вращающегося элемента (диска) реле РТ-80 и РТ-90?
Для чего предназначена система АПВ ?
В каком случае система АПВ не будет срабатывать ?
В каких случаях применение АПВ обязательно ?
При каком напряжении применяется однократное АПВ ?
Укажите стандартные величины напряжения питающих линий выше 1000 В.
В каких случаях применяется многократное АПВ ?
Для чего в схеме АПВ у реле KL1 имеется две обмотки ?
Из каких основных частей состоит реле РПВ-58 ?
За счет чего обеспечивается однократность в схеме АПВ ?
Покажите на схеме АПВ алгоритм включения силового выключателя QF.
В схеме АПВ покажите цепь срабатывания контактора включения КМ.
В схеме АПВ покажите цепь срабатывания электромагнита УАТ .
Какая выдержка времени устанавливается для срабатывания АПВ на горных предприятиях?
Какие выдержки времени применяются в схемах АПВ для многократных включений?
Какой элемент схемы АПВ дает команду на пуск АПВ?
Укажите, как отреагирует схема АПВ при выходе из строя обмотки сигнального реле КН?
Допускается ли многократное АВР?
На каких линиях применяется АВР?
Какова величина бестоковой паузы при использовании АВР ?
В схеме АВР какие элементы контролируют наличие напряжения на шинах ?
Почему в схемах КРУ шинки ЕУ питаются отдельно от шинок ЕС ?
Покажите в схеме АВР, какие элементы не позволяют одновременно включиться двум выключателям QF1 и QF2 ?
Расшифруйте условные буквенные обозначения элементов схем АПВ и АВР; KV, KL, KT, KBS, KH.
Какая система должна автоматически включиться при переходе питания ГПП предприятия на резервный источник, имеющий меньшую мощность?

ЛИТЕРАТУРА

· Абзалов Р.Ф. и др. ''Электрооборудование и электроснабжение горных предприятий'', М. Недра; 1977.

· Авсеев Г.М., Алексеенко А.Ф., Гармаш И.Л. Сборник задач по горной электротехнике – М.: Недра, 1988.

· Беккер Р.Г., Дектярев Б.В. и др. Электрооборудование и электроснабжение участка шахты. Справочник – М.: Недра, 1983.

· Бородино Л.С. Горная электротехника – М.: Недра, 1981.

· Груба В.И., Калинин В.В., Макаров М.И. Монтаж и эксплуатация электроустановок – М.: Недра, 1991.

· Гурин Н.А., Янукович Г.И. ''Электрооборудование промышленных предприятий и установок. Пособие по дипломному проектированию'', Минск, Высшая школа; 1990.

· Дзюбан В.С., Риман Я.С., Маслий А.К. Справочник энергетика угольной шахты – М.: Недра, 1983.

· Дзюбан В.С. Пархоменко А.И. и др. Справочник по взрывозащитному оборудованию. – К.: Техника, 1990.

· Колосюк В.П. Техника безопасности при эксплуатации рудничных электроустановок – М.: Недра, 1987.

· Конюхова Е.С. Электроснабжение объектов. М, Энергоатомиздат, 2001

· Липкин Б.Ю. '' Электроснабжение промышленных предприятий и установок'', М. Высшая школа; 1990.

· Медведев Г.Д. ''Электрооборудование и электроснабжение горных предприятий'', М. Недра; 1988.

· Назаров А.И., ''Методическое пособие по расчету и выбору аппаратов управления и защиты до 1000 В.'', Кострома; 1999.

· Назаров А.И. Основы проектирования электроснабжения предприятий и установок. Кострома, 2000.

· Назаров А.И. Электрическое оборудование напряжением выше 1000 В., Кострома, 2000.

· Назаров А.И. Выбор электрического оборудования. Справочное пособие, Кировск, 2004.

· Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах – М.: Недра, 1978.

· Правила устройства электроустановок, М., Энергоатомиздат, 2002.

· Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей, М., Энергоатомиэдат, 2003.

· Сибикин Ю.Д. ''Справочник молодого рабочего по эксплуатации электроустановок промышленных предприятий'', М. Высшая школа; 1992.

· Цапенко Е.Ф., Мирский М.И., Сухарев О.В. Горная электротехника – М.: Недра, 1986.

Практическая работа № 9 Проверка и настройка электромагнитных и индукционных реле.

Цель работы: изучить основные понятия о релейной защите, устройство и принцип работы РЗ, виды защит эл. сетей, схемы включения РЗ.

Основные теоретические сведения.

· Оперативный ток

· Основные и вспомогательные реле.

· Виды защиты.

· Современные устройства и аппараты защиты.

· Защита отдельных установок.

· Автоматика в системах электроснабжения.

Основные понятия релейной защиты (Р З). РЗ – называют специальные средства и устройства для защиты, выполняемые с помощью реле, процессоров, блоков и других. аппаратов, и предназначенные для отключения силовых выключателей при напряжении свыше 1000 В или автоматическихвыключателей при напряжении до 1000 В. Более часто термин РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА используется в установках и сетях высокого напряжения. К системам автоматики в настоящей работе отнесены устройства АПВ, АВР, АЧР, АРТ.

Р.З. – основное средство защиты линий, трансформаторов, генераторов, двигателей от аварийных и ненормальных режимов.
Требования к РЗ.К релейной защите предъявляются следующие требования:
-селективность (избирательность), т.е. способность защиты самостоятельно определять поврежденный участок сети и отключать только этот участок,
-быстродействие,
-надежность действия,
-чувствительность (т.е. способность отключать поврежденные участки на начальной стадии повреждения)
-простота схемы.
Контролируемые параметры Р.З.Устройства РЗ могут контролировать следующие параметры: ток, напряжение, мощность, температуру, время, направление и скорость изменения контролируемой величины.
Функции релейной защиты. Устройства РЗ могут выполнять следующие функции:

· защита от К.З междуфазных,

· защита от замыканий на землю, в т. ч. 2х-3х и однофазных

· защита от минимального напряжения;

· защита от внутренних повреждений в обмотках двигателей, генераторов и трансформаторов.

· защита от асинхронного режима работы синхронных двигателей.

· защита от обрывов в роторной цепи мощных двигателей.

· защита от затянувшегося пуска

· дифференциальная защита (продольная и поперечная) крупных машин и линий.

Оперативный ток.Оперативный ток предназначен для питания цепей управления, защиты, сигнализации и т.п. Оперативным током питаются приводы всех коммутационных аппаратов подстанций. Оперативный ток может быть переменным и постоянным, величина напряжения обычно составляет 110-220 В. Оперативный ток на ответственных подстанциях и установках должен быть всегда, даже при потере питания главных цепей, поэтому оперативный ток должен иметь независимые источники питания, в качестве которых могут использоваться: аккумуляторные установки, выпрямители, генераторы, специальные блоки питания.
Элементная база РЗ. В качестве основных элементов релейной защиты применяются реле, в том числе электромагнитного или других принципов действия, а также полупроводниковые и микроэлектронные приборы и блоки.

Основные реле. В схемах РЗиА применяется много типов различных реле, а в последние годы - специальных блоков и процессоров, объединяемых в локальную компьютерную сеть. В качестве основных применяются реле тока, напряжения, мощности, частоты, дифференциальные реле и блоки дифференциальной защиты.

Реле тока. Наиболее часто используются электромагнитные реле РТ -40 и индукционные типа РТ-80. Это высокочувствительные устройства, реагирующие на изменение тока, и могут защищать от перегрузок и от КЗ.

1.Подвижный контакт

2- якорь

3.сердечник

4.перемычка

5.обмотка

6.контактная часть

7.пружина

8.шкала уставок

9.регулятор уставки срабатывания

10-гаситель вибрации

Рисунок 1 - Конструкция реле тока РТ-40.

Реле РТ-40- электромагнитное, имеет два сердечника и две обмотки, которые можно включать параллельно или последовательно для удвоения показателей шкалы. Уставка срабатывания регулируется поворотом указателя 9 (изменением натяжения пружины). Пределы уставок у различных модификаций реле этой серии - от 0,5 до 200 А, что позволяет их использовать с различными трансформаторами тока. Выпускаются также реле тока серии ЭТ-520 и другие.
Пример характеристики реле тока: РТ-40/0,2; Iсраб. 0,05¸0,1А (последовательное соединение ), и 0,1¸0,2А (параллельное соединение), Iном от 0,4 А до10 А

Рисунок 2 – Схема устройства реле РТ-80 и характеристика срабатывания реле

Рисунок 3 – Общий вид реле тока РТ-80 (90).

Реле РТ-80 (РТ-90) – реле токаиндукционного типа, имеет два независимых элемента- электромагнитный (мгновенного действия) и индукционный (работающий с выдержкой времени). Такая конструкция позволяет применять их в схемах с зависимой и независимой от тока характеристикой срабатывания. Ток срабатывания индукционного элемента-2-10 А, время срабатывания - 0,5-16 с. При токах от 2 до 3-5 номинальных реле работает с выдержкой времени, с зависимым от тока временем срабатывания, при токах более 5- -7 номинальных у реле срабатывает электромагнитный элемент, без выдержки времени, т.е. мгновенно.
Реле напряжения.Электромагнитные высокочувствительные реле без выдержки времени, применяются для контроля величины напряжения. Выпускается единая серия РН-50. Они бывают минимального (РН-54) и максимального напряжения (РН-51, -53, -58), для постоянного и для переменного тока. По принципу действия они аналогичны РТ-40, однако имеют значительно больше витков в обмотках. Диапазон уставок напряжения этих реле от 0,7 до 200 В или 400 В у разных серий.

Рис.4 Схема реле напряжения РН 50

Дифференциальные реле. Высокочувствительные быстродействующие реле. Выпускаются серии РБМ - реле мощности быстродействующее, и РНТ – реле направленного тока. Применяют для дифференциальной защиты трансформаторов, генераторов и других мощных машин. Эти реле – быстродействующие и используют быстронасыщающийся трансформатор БНТ.

Дифференциальные реле применяют для защиты трансформаторов, генераторов, линий. Типы реле: РНТ-565, РБМ-170 (270) и др.

Реле РНТ-565-реле направленного тока (рис. 5) (реле электромагнитное токовое дифференциальное). Состоит из корпуса в котором находятся: реле РТ-40, быстронасыщающийся трансформатор БНТ и резисторы Rк и Rв. Реле имеет обмотки: Р- рабочая обмотка, В –вторичная обмотка, К1, К2 – короткозамкнутые обмотки, У1, У2–уравнительные обмотки
Настройка реле производится с помощью резисторов Rв и Rк. При этом добиваются, чтобы при включении реле оно становилось нечувствительным к токам намагничивания (к помехам) и к токам небаланса, возникающим в начальный момент КЗ. Это позволяет повысить чувствительность защиты. Все обмотки имеют отдельные выводы (гнезда) для регулирования и настройки.
Дифференциальное реле мощности РБМ используется для контроля изменения направления тока в устройствах направленной токовой защиты. Принцип его действия следующий.

1.-магнитопровод, 2- обмотка, включенная последовательно нагрузке, 3- обмотка , включенная параллельно( в цепи напряжения), 4- неподвижный стальной сердечник, 5- алюминиевый ротор,6- подвижные контакты

Рисунок 5 - Устройство и принцип действия реле мощности РБМ

При отклонении от нормального (расчетного) режима магнитные потоки Фт и Фн, создаваемые обмотками тока и напряжения, проходят по магнитопроводу и через сердечник 4 индуцируют в роторе 5 вихревые токи, в результате чего ротор поворачивается на определенный угол. При повороте ротора замыкаются контакты 6. Реле срабатывает только тогда, когда в обмотках 2 или 3 изменяется направление тока.
Вспомогательные реле. Используются для выполнения вспомогателных функций: задержки, размножения сигнала, усиления, сигнализации, контроля положения коммутационных аппаратов. Это – реле времени, промежуточные, сигнальные и другие. Примеры вспомогательных реле: времени РВ-, ЭВ- и др., промежуточные РП-231,232,241, -указательные РУ-21, РЭУ, РС.

Виды защиты электрических сетей и установок

Все основные реле, применяемые в схемах РЗ, включаются через трансформаторы тока или напряжения, поэтому для их питания используются схемы включения вторичных реле. Реле могут действовать на привод силового выключателя непосредственно ( прямое воздействие), или через электромагнит отключения (косвенное воздействие). Реле и блоки могут включаться в одну, в две или в три фазы. Защита может срабатывать без выдержки и выдержкой времени. Питание основных реле в основном производится на переменном токе.
В электроустановках и сетях высокого напряжения применяются следующие виды защиты: МТЗ, отсечка, дифференциальная токовая защита, защита минимального и максимального напряжения, нулевая защита, земляная защита и другие.

МТЗ - максимальная токовая защита - защита от перегрузок и коротких замыканий. Она может действовать мгновенно или с выдержкой времени. Применяется для защиты электродвигателей; трансформаторов, воздушных и кабельных ЛЭП. Использует реле РТ-40 или Т-80. Защита может выполняться на одном, на двух или на трех реле, которые соответственно включаются в одну, в две, или в три фазы.

Рисунок 6 – Первичное и вторичное реле, прямое воздействие на привод выключателя

Рисунок 7 - Схема включения с косвенным воздействием на привод выключателя и общий вид реле РТ-40

На следующем рисунке показаны некоторые схемы включения реле тока: схема а – первичное реле и прямое воздействие на механизм свободного расцепления (МСР) силового выключателя; схема б – вторичное реле и прямое воздействие реле тока на МСР выключателя; схема в – вторичное реле и косвенное воздействие на привод силового выключателя, постоянный оперативный ток. Рис.8
Применяются также схемы с независимой от тока характеристикой срабатывания, тогда при срабатывании любого реле оперативный ток подается на обмотку реле времени, которое в свою очередь с выдержкой времени (см. рис.8 ) замыкает свой контакт в цепи электромагнита отключения привода выключателя и указательного реле. Выключатель отключается, сигнальное реле КН также срабатывает и выбрасывает флажок (блинкер).
Существуют и другие схемы - с промежуточными реле на переменном о постоянном оперативном токе и с зависимой характеристикой времени срабатывания.

Рисунок 8 – Схемы действия реле тока

Выбор уставок токов срабатывания МТЗ.
Условия выбора:

· Защита не должна срабатывать при прохождении максимального рабочего тока нагрузки (при пиковых нагрузках), в том числе защита не должна срабатывать при пуске мощных двигателей,

· Защита должна гарантированно срабатывать на защищаемом участке при КЗ и иметь коэффициент чувствительности КЧ в конце участка не менее 1,5.

У ячеек КРУВ (КРУРН) имеется шкала уставок МТЗ в приводе ячейки. На шкале есть шесть делений, которые соответствуют 100%; 140%; 160%;200%; 250%; 300% номинального тока ячейки. Так, для ячейки с IНОМ=50А эти деления соответствуют токам: 50А; 70А; 80А; 100А; 125А; 150А. Если необходим ток уставки , то следует выбрать шестую ступень с Iy=150A.
Для всех типов КРУ.
Ток срабатывания защиты в первичной цепи можно определить с учетом IНОМ.MAX тока нагрузки в номинальном режиме (например – режим пуска): КЗ = 1,1 – 1,25 - коэффициент запаса:, КС.З.= 2 - 3 - коэффициент самозапуска электродвигателей (после кратковременного отключения); КВЗВ=0,8-0,85 -коэффициент возврата реле

Ток уставки реле ( во вторичной цепи) можно определить, если разделить IУ1 на коэффициент трансформации трансформатора тока КТТ.

Если нет никаких данных для расчета токов уставки (срабатывания защиты), то можно ориентировочно принимать для первичной цепи .

Токовая отсечка.
Это МТЗ, выполненная с мгновенным действием или с выдержкой времени. Токовая отсечка (ТО) обычно защищает часть линии, поэтому применяется как дополнительная защита,что дает возможность ускорить отключение повреждений при небольших КЗ. При сочетании ТО с МТЗ получается ступенчатая по времени защита. При этом первая ступень(отсечка) действует мгновенно, а последующие – с выдержкой времени. Выполняется на базе реле тока.
Дифференциальная защита.

Основана на принципе сравнения токов в начале и в конце защищаемого участка, например трансформатора или мощного двигателя. Применяется в сочетании с другими видами защиты электроустановок:
- от внутренних повреждений

· от сверх токов – при внешних К.З.

· от перегрузки

· газовой (при мощности трансформаторов S ³ 6300 кВА – на открытом воздухе, и более 400 кВА – внутри помещений).

·

Дифференциальная защита может быть продольной и поперечной.