Принцип действия устройств автоматического включения резерва (АВР).

Устройства автоматического включения резерва применяются в распределительных сетях и на подстанциях, имеющих два или более источников питания, но работающих по схеме одностороннего питания. Использование режима одностороннего питания может существенно снизить значение токов К.З., что позволит применить более дешёвую аппаратуру, а также в ряде случаев может упростить релейную защиту, обеспечить лучшие условия регулирования напряжения, и т. д. В распределительных сетях применяются две группы АВР: местные и сетевые.

Местным АВР называют устройство, все элементы которого установлены на одной подстанции и действия которого не выходят за пределы этой подстанции. Характерной особенностью построения схемы местного АВР является подача команды на включение выключателя резервного источника питания только с помощью специальных вспомогательных контактов (блок-контактов) выключателя рабочего питания, которые замыкаются при его отключении. Например, секционный выключатель подстанции В (рис.) включается схемой местного АВР только после отключения рабочего выключателя Тр1 или Тр2, а выключатель линии ЛЗ на подстанции Д – только после отключения выключателя Л4 на этой же подстанции. Этим исключается возможность подачи напряжения при АВР на КЗ в сети рабочего источника питания.

Рис. Схема распределительной сети с устройствами местных АВР на подстанциях В (двустороннего действия) и Д (одностороннего действия).

Сетевым АВР называется комплекс устройств, в который входит само устройство АВР, а также устройства делительной автоматики, действующие до или после АВР, устройства для автоматического изменения уставок защиты и т.п. Эти устройства расположены в разных точках распределительной сети, как правило, не связаны между собой проводными или другими каналами, но их действия объединены единством задачи и строго согласованы между собой путём правильного выбора принципов действия и параметров срабатывания (уставок). В отличие от местного АВР команда на включение нормально отключенного выключателя, оборудованного сетевым АВР, подаётся самим устройством АВР, а предварительное отключение выключателей рабочего питания в заданных точках сети производится другими устройствами, главным образом делительной автоматикой.

Схема сетевого АВР одностороннего действия должна приходить в действие при исчезновении напряжения со стороны основного (рабочего) источника питания при наличии напряжения со стороны резервного. Схема сетевого АВР двустороннего действия должна приходить в действие при исчезновении напряжения со стороны любого из двух источников питания и при наличии напряжения со стороны другого источника питания (рис).

Рис.Схема распределительной сети с сетевым АВР двустороннего действия и делительной защитой минимального напряжения (ДЗН), действующей перед АВР в сторону подстанции Г во избежание включения на КЗ в сети высшего напряжения (наЛ1).

Поскольку выполнение схем и расчёт уставок местных и сетевых АВР имеют существенные различия, эти устройства рассматриваются раздельно.

2. Типовые схемы соединений трансформаторов напряжения.

К измерительным органам воздействующая величина (напря­жение) обычно подводится от первичных измерительных преобра­зователей напряжения. Они, как и первичные измерительные преобразователи тока, обеспечивают изоляцию цепей напряжения измерительных органов от высокого напряжения и позволяют независимо от номинального первичного напряжения получить стандартное значение номинального вторичного напряжения U₂ = 100В. Распространенной разновидностью первичного измеритель­ного преобразователя напряжения является измерительный транс­форматор напряжения. Трансформаторы напряжения предназначены для понижения высокого напряжения (свыше 250 В) до значения, равного 100В, необходимого для питания измерительных приборов, цепей автоматики, сигнализации и защитных устройств.

Особенностью изме­рительного трансфор­матора напряжения яв­ляется режим холосто­го хода (близкий к хо­лостому ходу) его вто­ричной цепи (рис.)

Рис. Однофазный измерительный трансформатор напряжения, схема замещения и векторная диаграмма.
Первичная обмотка трансформатора TV с числом витков ω₁ включается на напряжение сети U₁. Под действием напряжения по обмотке ω₁ проходит ток намагничива­ния I_НАМ, который создает в магнитопроводе магнитный поток Ф. Магнитный поток, в свою очередь, наводит в первичной ω₁ и вто­ричной ω₂ обмотках ЭДС с действующими значениями соответст­венно Е₁ = 4,44 f ω₁Ф; Е₂ =. 4,44 f ω₂Ф. Отсюда

Е₁/E₂ = ω₁ /ω₂

Отношение ω₁ /ω2 называется коэффициентом трансформации и обозначается К_U. В режиме холостого хода ток I₂=0, а ток в первичной обмотке I₁=I_НАМ. При этом U₂=E₂ и напряжение U₁ незначительно отличается от ЭДС Е₁. Поэтому

Ku = ω₁ /ω2 = U₁/U₂.

На рис. 1.3,б показана схема замещения, а на рис. 1.3, в — векторная диа­грамма трансформатора напряжения. Работа трансформатора с нагрузкой Z_Н (в виде, например, реле напряжения KV) сопровождается прохождением тока I₂ и увеличением (по сравнению с холостым ходом) тока I₁. Эти токи создают па­дение напряжения ΔU в первичной и вторичной обмотках, вследствие чего U₂= U_l — ΔU . Из векторной диаграммы (рис. 1.3, в) следует, что вторичное на­пряжение U₂ отличается от приведенного первичного U₁ как по значению на ΔU, так и по фазе на угол δ. Поэтому трансформатор имеет две погрешности: по­грешность напряжения f_U = (ΔU /U₁) 100, или вследствие незначительности угла δ.

f_U =[ (К_U U₂ - U₁) /U₁] 100;

угловую погрешность, которая определяется углом δ между векторами напря­жений U₁ и U₂.

Значения погрешностей трансформатора напряжения определяются падени­ем напряжения ΔU, которое увеличивается с ростом вторичной нагрузки (то­ка I₂). Вместе с ним возрастают и погрешности. Поэтому нормальным режимом работы трансформатора напряжения является режим, близкий к холостому ходу.

Схема соединения обмоток трансформаторов напряжения в открытый тре­угольник (рис. 2, а). Первичные обмотки двух однофазных трансформаторов напряжения включаются на два любых междуфазных напряжения. Вторичные обмотки соединяются последовательно. Такая схема дает возможность включать реле на все междуфазные напряжения и на напряжения фаз по отношению к нулевой точке системы междуфазных напряжений. В последнем случае включение можно выполнить тремя реле, обмотки которых имеют равные сопротивления и соединены в звезду. Схема соединения двух однофазных трансформаторов в открытый треугольник является наиболее рас­пространенной. Она не может применяться в тех случаях, когда необходимо иметь фазные напряжения относительно земли.

Схема соединения обмоток трансформаторов напряжения в звезду (рис. 2, г). Эта схема, как и рассмотренная схема соединения обмоток в открытый треугольник, дает возможность включать реле на любые междуфазные напряже­ния и на напряжения фаз относительно нулевой точки системы, а также по отношению к земле, т. е. на любые фазные напря­жения.

Рассматриваемую схему можно выполнить посредством трех однофазных трансформаторов напряжения или одного трехфазного пятистержневого.

Промышленность выпускает три основных типа ТН: однофазные, трёхфазные, трёхфазные с дополнительной обмоткой.

Рис 2.Схемы соединения и активная нагрузка на фазу трансформатора

Схема соединения	а)	б)	в)
a - b	Sabcosφab
b - c	Sabcosφab
Схема соединения	г)	д)	е)
a		Scosφ
b		Scosφ
c		Scosφ

Принцип действия устройств автоматического повторного включения (АПВ).

Согласно ПУЭ устройствами АПВ должны оборудоваться воздушные и смешанные воздушно- кабельные линии всех типов напряжением выше 1000 В при наличии на них соответствующих коммутационных аппаратов. В эксплуатации применяются устройства АПВ, различающиеся по следующим основным признакам:

- по числу фаз выключателей, включаемых устройством АПВ (трёхфазное и однофазное АПВ);

- по способу проверки синхронизма при АПВ (для линий с двусторонним питанием);

- по кратности действия (АПВ однократного и многократного действия).

Схемы УАПВ различаются также по способу пуска, по способу возврата в положение готовности к действию, по типу элементов схемы электроснабжения, оборудованных устройством АПВ.

Несмотря на указанные различия, все устройства АПВ должны удовлетворять следующим основным требованиям:

1. Они должны находиться в состоянии постоянной готовности к действию и срабатывать при всех случаях аварийного отключения выключателя, кроме случаев отключения выключателя релейной защитой после включения его оперативным персоналом, что обеспечивается пуском устройств АПВ от несоответствия положений выключателей и его ключа управления, которое возникает всегда при любом автоматическом отключении выключателя. В эксплуатации используется также пуск устройства АПВ при срабатывании релейной защиты. Однако такой пуск не обеспечивает действие АПВ при аварийных отключениях, не сопровождающихся срабатыванием релейной защиты, поэтому его рекомендуется применять лишь в некоторых частных случаях. Схемы АПВ должны допускать возможность автоматического вывода их из действия при срабатывании тех или иных защит.

2. устройства АПВ должны иметь минимально возможное время срабатывания t_АПВ1 для того, чтобы сократить продолжительность перерыва питания потребителей. Практически можно выполнить АПВ действующим без замедления. Однако эта возможность ограничивается рядом условий. Для успешного действия АПВ необходимо, чтобы время срабатывания t_АПВ1 было больше:

- времени t_г.п., необходимого для восстановления готовности привода к работе на включение (для применяемых типов приводов с учётом условий их работы t_г.п. ≈ 0,2 – 0,3 с);

- времени t_д.с., необходимого для деионизации среды в точке повреждения (для установок напряжением до 220 кВ t_д.с. ≈ 0,2 с);

- времени t_в.з., необходимого для обеспечения возврата, установленной на выключателе, расположенном ближе к источнику питания, чем рассматриваемый выключатель с устройством АПВ (максимальное время возврата t_в.з. ≈ 0,2 – 0,3 с могут иметь реле РТ-80).

Определяющим обычно является условие t_АПВ1> t_г.п.. При этом с учётом времени запаса t_зап.=0,4 – 0,5 с время срабатывания УАПВ для линий с односторонним питанием:

t_АПВ1= t_г.п.+ t_зап.=0,5 – 0,7с.

В отдельных случаях для воздушных линий напряжением 35-110 кВ, когда велика вероятность их повреждения при падении деревьев и по другим аналогичным причинам, для эффективности АПВ его выдержку времени целесообразно принимать несколько повышенной – около нескольких секунд. Схема УАПВ во всех случаях должна быть выполнена так, чтобы продолжительность воздействия на включение выключателя была достаточной для его надёжного включения.

3. Автоматически с заданной выдержкой времени устройства АПВ должны возвращаться в состояние готовности к новому действию после включения в работу выключателя. При выборе выдержки времени t_АПВ2 на возврат устройства АПВ в состояние готовности к действию должны выполняться следующие требования:

- устройство не должно производить многократные включения выключателя на неустранившееся короткое замыкание, что обеспечивается при условии, если релейная защита с максимальной выдержкой времени t_р.з.мах успеет отключить выключатель, включённый на короткое замыкание, раньше, чем устройство АПВ вернётся в состояние готовности к новому действию, т.е. должно быть:

t_АПВ2 ≥t_АПВ1+ t_в.в.+ t_{с.з.мах.} + t_о.в.+ t_зап. ,

где t_зап. – время, принимаемое равным ступени селективности защиты линии;

- устройство должно быть готовым к действию не раньше, чем это допускается по условиям работы выключателя после успешного включения его в работу устройством АПВ.

Опыт показывает, что для однократного АПВ оба указанных в п.3 требования выполняются, если принять t_АПВ2=15 – 25 с. для УАПВ двукратного действия время возврата в состояние готовности после второго цикла принимается равным t_АПВ2=60 – 100 с.

1. Трансформаторы тока. Назначение, принцип работы, основные характеристики.

К измерительным органам воздействующая величина — ток — обычно подводится от первичных измерительных преобразователей тока. Они обеспечивают изоляцию цепей тока измерительных орга­нов от высокого напряжения и позволяют независимо от номиналь­ного первичного тока получить стандартное значение вторичного тока. Наиболее распространенными первичными преобразователя­ми тока являются измерительные трансформаторы тока ТА. Они имеют стандартный номинальный вторичный ток I_2НOM 1; 5 А при любых значениях номинального первичного тока; допускается из­готовление трансформаторов тока с номинальным вторичным то­ком I_2НOM = 2; 2,5 А. Трансформаторы тока иногда используют и в сетях напряжением до 1000 В.

Для правильного действия особенно релейной защиты требует­ся точная работа трансформаторов тока при токах перегрузки электроустановки и токах к. з., которые во много раз могут превы­шать их номинальные первичные токи. Правильная работа быстро­действующих устройств защиты и автоматики должна обеспечи­ваться при переходных процессах в трансформаторах тока. Осо­бенностью измерительных трансформаторов тока является режим короткого замыкания (близкий к короткому замыканию) его вто­ричной цепи. Первичная обмотка трансформатора ТА с числом витков ω₁ включается в цепь первичного тока I₁ сети, а ко вторич­ной обмотке с числом витков ω₂ подключаются цепи тока измери­тельных органов, например измерительных реле тока КА1, КА2 с относительно малым сопротивлением (рис. 1а). Начала и концы обмоток трансформатора тока указываются на их выводах.

Рис. 1. Измерительный трансформатор тока и векторные диаграммы токов

в).

Рис. 1.2. Схемы замещения трансформатора тока, его вектор­ная диаграмма и зависимость вторичного тока от кратности первичного тока

Схема замещения трансформатора тока, нагруженного сопротивлением Z_H, показана на рис. 1.2, а. Сопротивления первичной обмотки и ветви намагничива­ния Z'₁, Z'_НАМ и токи I'₁, I'_НАМ приведены ко вторичной обмотке. Направление то­ков определено на основании выражения (1.1). Для принятого положительного направления токов

I₁ ω₁ - I₂ ω₂ = I _HАM ω₁,

откуда

I₁ ω₁/ ω₂= I₂ + I _HАM ω₁/ ω₂

или

I₁ = I₂ + I _HАM . (1.4)

Из схемы замещения видно, что сопротивление первичной обмотки Z' не влияет на распределение тока между ветвью намагничивания Z_BSM и ветвью на­грузки Z_B; поэтому из схемы, изображенной на рис. 1.2,6, в соответствии с ко­торой построена векторная диаграмма (рис. 1.2, в), оно исключено.

За исходный при построении диаграммы принят ток намагничивания I _HАM. Магнитный поток Ф отстает от тока на некоторый угол γ, определяемый потерями в стали. Положительное направление ЭДС Е₂ принято совпадающим с положительным направлением тока I₂, т. е. от конца к началу вторичной обмотки. В связи с этим ЭДС Е₂, наводимая потоком Ф во вторичной обмотке, опережает его на угол π/2. В замкнутой вторичной обмотке проходит ток I ₂, отстающий от ЭДС Е₂ на некоторый угол, определяемый соотношением составляющих R и jX сопротивлений Z₂ и Z_Н.

По схеме замещения и выражению (1.4) определяют ток I₁ . Из векторной диаграммы видно, что вторичный ток 1₂ отличается от приведенного первично­го I₁ как по значению на ΔI, так и по фазе на угол δ. Ток I _НАМ значительно меньше тока I₁, поэтому результирующая МДС F_HАМ, определяющая рабочий магнитный поток Ф и ЭДС Е₂, во много раз меньше МДС первичной обмотки I₁ ω₁. Очевидно, что чем меньше сопротивление нагрузки Z_H, т. е. чем ближе ре­жим цепи вторичной обмотки к режиму короткого замыкания, тем большая часть тока I₁' замыкается по цепи вторичной обмотки и тем точнее работает трансфор­матор тока.

По мере увеличения сопротивления нагрузки Z_H ток I₁' распределяется та­ким образом, что ток I₂ уменьшается, а ток I_НАМ' увеличивается, т. е. трансформатор тока начинает работать с большими погрешностями. В пределе, когда Z_H = ∞ (обмотка разомкнута), ток I₂ = 0, а I_НАМ = I₁ и результирующая МДС резко возрастает. Она становится равной МДС первичной обмотки. Следствием этого является значительное увеличение магнитного потока Ф. При размыкании вторичной обмотки магнитопровод быстро насыщается, что обусловливает появ­ление на разомкнутой обмотке трансформатора несинусоидальной ЭДС е₂, мак­симальные мгновенные значения которой могут достигать тысяч и даже десятков тысяч вольт, что представляет опасность для обслуживающего персонала и изо­ляции. Наряду с этим в связи с увеличением магнитного потока возрастают по­тери в стали и магнитопровод трансформатора недопустимо перегревается, что может привести к усиленному износу или даже повреждению изоляции трансфор­матора тока. Таким образом, нормальным режимом работы трансформатора тока является режим короткого замыкания вторичной цепи с малой МДС F_HАМ.

На точность работы трансформатора тока влияет не только на­грузка, но и значение первичного тока I₁. На рис. 1.2, г представ­лена зависимость вторичного тока I₂ от кратности первичного тока k= I₁/ I_1НАМ для некоторой постоянной нагрузки Z_H. До точки пе­региба (точка а) эта зависимость близка к прямолинейной. Даль­нейшее увеличение первичного тока I₁ из-за насыщения магнитопровода трансформатора почти не приводит к росту вторичного тока, а ток намагничивания резко возрастает. Таким образом, точность трансформатора тока с ростом кратности k ухудшается. С увеличением нагрузки перегиб наступает при меньших кратностях тока.

Согласно ГОСТ 7746—78, точность работы трансформаторов тока, предназначенных для релейной защиты, характеризуется полной погрешностью:

,

где I₁— действующее значение первичного тока, А; Т — длитель­ность периода тока, с; K_I — номинальный коэффициент трансфор­мации (отношение номинального первичного тока к номинальному вторичному току). Трансформаторы тока, используемые в релейной защите, имеют два класса точности: 5Р и 10Р. Полная погрешность первых не должна превышать ε = 5 %, а вторых ε = 10 % при за­данной вторичной нагрузке и расчетной предельной кратности пер­вичного тока.

Полная погрешность связана с предельной кратностью k₁₀ транс­форматора тока, представляющей собой наибольшее отношение первичного тока к его номинальному значению, при котором пол­ная погрешность при заданной вторичной нагрузке не превышает ε =10%. Предприятие-поставщик гарантирует значение предель­ной кратности для номинальной нагрузки (номинальная предель­ная кратность k_10НОМ). Трансформаторы тока выбираются так, что­бы полная погрешность не превышала ε =10% при заданной вто­ричной нагрузке и кратности первичного тока, соответствующей условиям срабатывания защиты. Рассмотренные соотношения и векторная диаграмма характерны и для вторичных измерительных трансформаторов тока, которые, как правило, входят в измери­тельную часть современных устройств защиты, автоматики и теле­механики.