Назначение релейной защиты и автоматики

Назначение релейной защиты и автоматики

В энергосистемах на электрооборудовании электростанций, в электрических сетях и на электроустановках потребителей за счет внешних (ветер, дождь, наледь) и внутренних условий (старение и разрушение изоляции, неправильные действия персонала и т.д.) могут возникнуть режимы, на которые электроустановки не рассчитаны. К ним относятся повреждение и ненормальные режимы.

Повреждения в основном ведут к коротким замыканиям, которые сопровождаются значительным увеличением тока и глубоким понижением напряжения в элементах энергосистемы. Следствиями повреждений могут быть:

1. нарушение нормальной работы большого числа потребителей электроэнергии и брак продукции в следствии сильного понижения напряжения в значительной части системы;

2. разрушение поврежденного элемента дугой, часто возникающей при К.З. в месте нарушения изоляции;

3. разрушение оборудования в неповрежденной части системы в результате теплового и динамического действия тока К.З., достигающих иногда больших значений;

4. нарушение устойчивости системы, когда ее нормальная работа может полностью парализоваться.

Ненормальные режимы обычно приводят к отклонению величин напряжения, тока и частоты от допустимых значений. При понижении частоты и напряжения создается опасность нарушения нормальной работы потребителей и устойчивости энергосистемы.

Кроме этого к основным видам ненормальных режимов относятся перегрузки. В этом случае в перегруженном элементе возникают токи, превосходящие длительно допустимые для его значения. При достаточно большом времени существования этих токов температура токовых частей недопустимо повышается, а их изоляция ускоренно изнашивается или разрушается.

Следовательно повреждения и неморальные режимы могут проводит к возникновению с системе аварий, под которыми, обычно понимаются вынужденные нарушения нормальной работы всей системы или только ее части, сопровождающихся недоотпуском энергии потребителям, недопустимым понижением его качества, за счет чего приносится материальный ущерб в виде невыработанной продукции или разрушение основного оборудования.

В большинстве случаев аварии или их развитие могут быть ликвидированы быстрым отключением поврежденного участка электрической установки или сети при помощи специальных автоматических устройств, действующих на отключение выключателей и получивших название релейная защита.

Первоначально в качестве защитных устройств применялись плавкие предохранители. Однако по мере роста мощности и напряжения электроустановок и усложнения их схем коммутации такой способ стал недостаточным, в силу чего были созданы защитные устройства, выполненные с помощью специальных автоматов – реле. Отсюда и название – релейная защита.

Релейная защита является основным видом электрической автоматики, без которой невозможна нормальная и надежная работа современных энергетических систем.

Она осуществляет непрерывный контроль за состоянием и режимом работы всех элементов энергосистемы и реагирует на возникающие повреждения и ненормальные режимы.

Таким образом основным назначением релейной защиты является выявление места возникновения короткого замыкания и быстрое автоматическое отключение с помощью выключателей поврежденного оборудования или участка сети от остальной неповрежденной части электрической установки или сети.

Вторым, дополнительным назначением релейной защиты является выявление нарушений нормальных режимов работы оборудования и подача предупредительных сигналов обслуживающему персоналу или отключение оборудования с выдержкой времени.

Из вышеизложенного следует, что релейная защита – совокупность устройств и вспомогательных элементов предназначенных в случае повреждения и опасно ненормальных условиях работы элемента системы (линии, машины, трансформатора и т.д.) отключить его воздействием на выключатель или действовать на сигнал.

В современных электрических системах релейной защиты тесно связана с электрической автоматикой, предназначенной для быстрого автоматического восстановления нормального режима и питания потребителей.

К основным устройствам такой автоматики относятся:

· Автоматы повторного включения;

· Автоматы включения резервных источников питания и оборудования;

· Автоматы частотной разгрузки.

 

Контрольные вопросы:

1 Перечислите внешние условия возникновения не нормальных режимов работы электрооборудования.

2 Перечислите внутренние условия возникновения не нормальных режимов работы электрооборудования.

3 Назовите не нормальные режимы работы электрооборудования.

4 Что называется релейной защитой?

Ненормальные режимы

К ненормальным относятся режимы, связанные с отклонениями от допустимых значений величин тока, напряжения и частоты, опасные для оборудования или устойчивой работы энергосистемы.

Рассмотрим наиболее характерные ненормальные режимы.

а) Перегрузка оборудования, вызванная увеличением тока сверх номинального значения. Номинальным называется максимальный ток, допускаемый для данного оборудования в течение неограниченного времени.

Если ток, проходящий по оборудованию, превышает номинальное значение, то за счет выделяемого им дополнительного тепла температура токоведущих частей и изоляции через некоторое время превосходит допустимую величину, что приводит к ускоренному износу изоляции и ее повреждения. Время, допустимое для прохождения повышенных токов, зависит от их величины. Характер этой зависимости показан на рис. 7.3 и определяется конструкцией оборудования и типом изоляционных материалов. Для предупреждения повреждения оборудования при его перегрузке необходимо принять меры к разгрузке или отключению оборудования.

Рис. 7.3. Зависимость допустимой длительности перегрузки от величины тока t=f(I): Iн – номинальный ток оборудования

 

Повышение напряжения сверх допустимого значения возникает обычно на гидрогенераторах при внезапном отключении их нагрузки. Разгрузившийся генератор увеличивает частоту вращения, что вызывает возрастание ЭДС статора до опасных для его изоляции значений. Защита в этих случаях должна снизить ток возбуждения генератора или отключить его.

 

 

Контрольные вопросы:

1 Что понимается под не нормальным режимом работы?

2 Что называется коротким замыканием?

3 Назовите виды коротких замыканий.

4 Назовите причины возникновения токов коротких замыканий.

Определение и назначение

Плавкий предохранитель — это коммутационный электрический элемент, предназначенный для отключения защищаемой цепи путем расплавления защитного элемента. Изготовляют плавкие элементы из свинца, сплавов свинца с оловом, цинка, меди. Предназначены для защиты электрооборудования и сетей от токов короткого замыкания и недопустимых длительных перегрузок.

Принцип действия

Плавкая вставка при протекании по ней тока нагревается. Во время протекания через нее большого тока за счет перегрузки или короткого замыкания она перегорает. Время перегораний предохранителей зависит от силы тока, проходящего через нить. Так, при коротком замыкании, предохранители перегорают достаточно быстро, и в этом наиболее опасном случае служат простой, дешевой и надежной защитой. Чтобы при перегорании плавкой вставки в предохранителе не проявилось опасное явление электрической дуги, вставка помещается в фарфоровую трубку.

Пример. Введем в цепь на рис. 21.3 предохраняющий участок длиной 30 мм из медной проволочки диаметром 0,2 мм. Площадь ее поперечного сечения; S = π • r² = π /4 • d² = 3,14 • 0,22: 4 = 0,0031 мм².

Сопротивление предохраняющего участка составляет 0,029 Ом. Затем мысленно выделим участок такой же длины, сопротивление рабочего алюминиевого провода сечением 2,5 мм² такой же длины равно 0,00063 Ом. Так как при равных условиях количество теплоты пропорционально сопротивлению, в проволочке предохранителя вы делится в 0,029: 0,00063 = 46 раз больше теплоты.

Выводы. При длительно допустимом для данного провода токе, он нагревается умерен но, а температура проволочки значительно выше, но она при этом не перегорает. При коротком замыкании проволочка настолько быстро нагревается, что перегорает. За это время рабочий провод не успевает нагреться до температуры, опасной для его изоляции.

Важнейшая характеристика предохранителя — зависимость времени перегорания плавкого элемента от силы тока — времятоковая характеристика представлена на рис. 21.4.

Рисунок. 21.4 Время токовая характеристика предохранителей серии ПН-2

 

Принципы действия реле

Элементная база. В устройствах РЗ и электрической автома­тики применяются реле, выполняемые на базе электромехани­ческих конструкций, на полупроводниковых приборах, изго­тавливаемые из отдельных диодов, транзисторов и вспомога­тельных деталей (резисторов, конденсаторов, трансформа­торов). В последнее время широкое распространение получи­ли полупроводниковые реле, основанные на полупроводнико­вых интегральных микросхемах [34].

Электромеханические реле и выполняемые на их основе РЗ обладают большими габаритами, значительным потребле­нием мощности, требуют тщательного и трудоемкого ухода за состоянием подвижных частей и коммутационных контактов, имеют ограниченные возможности в обеспечении повышенных требований в части быстродействия и чувствительности.

В 60-х годах, когда в электронной технике получили широ­кое применение полупроводниковые приборы, они стали использоваться и в РЗ. Сначала появились реле, построенные из отдельных (дискретных) полупроводниковых приборов, соединяемых с помощью монтажных проводников. Такое ис­полнение позволяло несколько уменьшить габариты и по­требление мощности реле, повысить чувствительность и бы­стродействие. Однако слабой стороной таких реле оказались многочисленные и трудно контролируемые пайки в соедини­тельных цепях и большое число полупроводниковых элемен­тов [16].

Новые возможности для совершенствования РЗ появились в 70-х годах в связи с появлением ИМС, которые состоят из большого числа транзисторов, диодов, резисторов, конденса­торов, соединенных по типовым схемам. Все указанные эле­менты и связи с ними выполняются в объеме и на поверхности полупроводниковой пластины, называемой подлож­кой, с помощью специальной интегральной технологии. Все полупроводниковые компоненты, входящие в состав микросхе­мы, являются органической частью полупроводниковой плас­тины и неотделимы от нее. Поэтому каждая ИМС является самостоятельным неделимым элементом, выполняющим оп­ределенную функцию. В микросхемах, используемых в устрой­ствах РЗ, может находиться от нескольких десятков до 100 эле­ментов и более, но несмотря на это размеры ИМС соизмеримы с размером одного транзистора. Элементом реле становится микросхема, что уменьшает число составных частей реле и упрощает схему защиты.

Применение ИМС позволяет существенно сократить габа­риты, массу, потребляемую мощность и повысить надеж­ность РЗ. Интегральные микросхемы помещены в герметиче­ский корпус и защищены от влияния внешней среды, что зна­чительно повышает их надежность; успешно решается задача по снижению габаритов, потребления и стоимости аппарату­ры. Построение реле на ИМС существенно упрощает и снижает трудоемкость эксплуатационного обслуживания устройств РЗ в целом. Открываются возможности улучшения всех пара­метров реле и усовершенствования характеристик срабатыва­ния. Отечественная промышленность серийно выпускает ре­ле и РЗ на ИМС [42-44].

Перспективным направлением дальнейшего совершенство­вания РЗ является их построение на базе микропроцессоров. В нашей стране ведутся разработки и подготовка к производ­ству РЗ на микропроцессорах.

Структурная схема измерительных органов и их классифи­кация. При всем многообразии измерительных органов (ИО) в их структуре имеются четыре функциональных части, общие для всех разновидностей:

воспринимающая 1 - входная часть ИО (рис. 2.1), ко­торая принимает поступающие от измерительных ТТ и ТН защищаемого объекта сигналы (на рис. 2.1 показано реле, реагирующее на два сигнала: ток I и напряжение U) и превра­щает их в величины, пригодные для использования в данной конструкции реле;

преобразующая 2 (формирующая), которая, получив сиг­налы от воспринимающей части, преобразует их в сравнива­емые величины;

сравнивающая 3, которая производит сравнение сформи­рованных величин по абсолютному значению или фазе с за­данной величиной или между собой и по результату сравнения выдает сигнал о срабатывании или недействии реле;

исполнительная 4, которая усиливает выходной сигнал и воздействует на управляемую цепь.

Рисунок 1 Структурная схема реле

У реле, работающих с выдержкой времени, имеется пятая функциональная часть, осуществляющая замедление действия реле.

Измерительные органы (реле), реагирующие на электрические величины, можно подразделить на три группы:

измерительные органы (ИО), реагирующие на одну электри­ческую величину: ток или напряжение;

ИО, реагирующие на две электрические величины: ток и напряжение сети или два напряжения U_I и U_II, каждое из ко­торых является функцией тока и напряжения сети;

ИО, реагирующие на три электрические величины или бо­лее, например: три тока и три напряжения сети или несколь­ко напряжений, представляющих линейные функции токов и напряжения сети.

К первой группе относятся ИО тока и напряжения. Ко вто­рой принадлежат однофазные ИО мощности, сопротивления и некоторые другие. К третьей относятся трехфазные реле мощности, многофазные реле сопротивления и другие устрой­ства.

В данной главе рассматриваются наиболее распространен­ные принципы устройства основных типов электромеханиче­ских реле и ИО, выполненных на интегральных микросхемах, применяемые во всех видах защит.

Принципы действия и устройство ИО, предназначенные для отдельных защит - дифференциальных, дистанционных и других, рассматриваются в главах, посвященных этим за­щитам.

Контрольные вопросы

1 Назначение воспринимающего, исполняющего, сравнивающего элементов реле

2 Основные типы реле

3 Чем осуществляется выдержка времени при организации РЗ

 

Автоматические выключатели

Конструкция автоматических выключателей. В данном случае, она рассмотрена на примере однополюсных устройств модульного исполнения, получивших сегодня наибольшее распространение в качестве устройств защиты электрических сетей.

Конструктивно, все они представляют собой корпус из не поддерживающего горения пластика, внутри которого расположены следующие элементы и узлы (рисунок 4):

 

Рисунок 4 Конструкция автоматического выключателя

1 - корпус; 2 - винтовые зажимы для проводов; 3 - рукоять (рычаг управления); 4 - подвижный контакт; 5 - неподвижный контакт; 6 - биметаллическая пластина теплового расцепления; 7 - катушка соленоида мгновенного расцепления; 8 - камера гашения дуги; 9 - гибкая связь с биметаллической пластиной; 10 - узел расцепления; 11 - фиксатор автомата на DIN-рейке.

 

Контрольные вопросы

1 Перечислите основные составные части электромагнитных реле

2 Перечислите основные составные части индукционных реле

3 Перечислите основные составные части автоматического выключателя

4 Для чего якорь реле выполняется максимально леггким?

Реле РТМ.

Максимальное реле тока мгновенного действия РТМ является электромагнитным реле прямого действия. Основными его деталями являются катушка с сердечником (электромагнит). При появлении в катушке (обмотке) сверхтока, превышающего ток срабатывания реле, под действием магнитного поля катушки сердечник перемещается, втягивается в катушку, ударяет в планку привода выключателя и освобождает при этом запирающий механизм выключателя [10]. Реле РТМ поставляются вместе с приводом выключателя. Наиболее распростра­ненными являются приводы типа ПП-67 (ранее выпускались типа ПП-61) и привод, встроенный в выключатель типа ВМПП-10.

Реле РТМ может использоваться для выполнения однорелейной или двухрелейной токовой отсечки на трансформаторах и блоках линия — трансформатор напряжением 6 или 10 кВ и до 35 кВ включительно. Оно может использоваться и для выполнения токовых отсечек на линиях этих классов напряжения, но при этом следует учитывать большую скорость срабатывания реле РТМ: примерно 0,02 с — при токе, более чем в 2,5— 3 раза превышающем ток срабатывания реле. За такое малое время не успевают расплавиться плавкие вставки предохранителей, которые установлены для защиты трансформаторов, подключенных к рассматриваемой линии. По этой причине при КЗ на выводах трансформатора может отключиться также и линия, защищаемая отсечкой на реле РТМ. Правда, это неселективное отключение может быть исправлено устройством АПВ, так как к времени действия РТМ добавится время отключения выключателя и полное время отключения тока КЗ составит 0,1 — 0,15 с. За такой период времени плавкие вставки предохранителей с относительно небольшим номинальным током успевают расплавиться, а гашение электрической дуги в патроне предохранителя происходит уже после отключения питающей линии в бестоковую паузу перед действием устройства АПВ линии.

Для использования реле РТМ в качестве измерительного органа токовой отсечки в этих реле предусмотрена возможность установки необходимого значения тока срабатывания (уставки). Для этого имеются обмотки (катушки) с разными числами витков и с выведенными ответвлениями (отпайками), что обеспечивает грубое ступенчатое регу­лирование уставок, например 10, или 15, или 20 А и т.д. Кроме того, в конструкциях современных реле РТМ имеется возможность и плавного регулирования уставок.

Реле РТМ часто используется в качестве электромагнита отключения выключателя — в схемах максимальной токовой защиты с дешунтированием электромагнита отключения. В этих случаях ток срабатывания РТМ выбирается минимальным - 5 А.

Реле РТВ.

Максимальное реле тока с выдержкой времени типа РТВ по принципу действия аналогично реле типа РТМ, но дополнительно имеет орган выдержки времени [10]. Выдержка времени создается часовым механизмом, размещенным в корпусе реле. Реле РТВ, так же как и реле РТМ, встраивается в привод выключателя и одновременно выполняет роли реле защиты и электромагнита отключения выключателя.

Недостатком существующих реле РТВ и РТМ является большой разброс времени и тока срабатывания, особенно при работе реле в зависимой части времятоковой характеристики. Поэтому в расчетах релейной защиты с реле РТВ принимают большие ступени селективности: между двумя защитами с РТВ, работающими в независимой части характеристик, — около 0,7 с, в зависимой части — около 1 с. Это примерно в 3 раза выше, чем для современных электронных защит. Таким образом, использование РТВ на нескольких последовательно включенных линиях приводит к значительному увеличению времени отключения КЗ, особенно на головном участке этой сети, наиболее близком к источнику питания.

В связи с этим и некоторыми другими недостатками реле прямого действия они все реже используются во вновь вводимых электроустановках в качестве реле защиты. Однако в эксплуатации находится еще очень много этих реле.

В некоторых энергосистемах производится частичная реконструкция часового механизма реле РТВ с целью уменьшения диапазона выдержек времени и снижения минимального бремени срабатывания реле, что частично устраняет отмеченные выше недостатки этих реле.

Реле РТ-40 и РТ-140.

Вторичные реле косвенного действия серии РТ-40 и РТ-140 являются электромагнитными реле, срабатывающими без выдержки времени (собственное время срабатывания 0,02—0,04 с). Напомню принцип действия этих реле: при прохождении по катушке (обмотке) реле тока, превышающего ток срабатывания реле, под воздействием создаваемого магнитного поля якорь реле поворачивается и замыкает замыкающий контакт. При этом размыкающий контакт реле размыкается.

Реле РТ-40 и РТ-140 очень широко используются в различных схемах релейной защиты. Строение этих реле рассмотрено ранее.

Ток срабатывания реле (уставка по току) регулируется плавно в пределах, указанных для данного исполнения реле (табл. 4). При этом первая половина диапазона уставок выполняется при последовательном соединении обмоток реле, а вторая — при параллельном. Для переключения обмоток с одного соединения на другое имеются специальные выводы. Например, у реле РТ-40/2 можно установить токи срабатывания в пределах от 0,5 до 1 А при последовательном соединении обмоток и от 1 до 2 А — при параллельном.

Реле серий РТ-80, РТ-90

Реле серии РТ-80 широко используются в схемах релейной защиты от КЗ линий электропередачи и понижающих трансформаторов напряжения до 35 кВ, а также электродвигателей. Реле типов РТ-83, РТ-84 и РТ-86 применяются в тех случаях, когда требуется также сигнализация (или отключение) при перегрузках.

Реле РТ-80 различаются контактными системами. Реле РТ-81, РТ-82 имеют один главный замыкающий контакт, который может быть при необходимости переделан в размыкающий. Реле РТ-83, РТ-84, РТ-86 имеют, кроме того, один замыкающий сигнальный контакт.

Реле типов РТ-85, РТ-86, предназначенные для работы в схемах защиты на переменном оперативном токе с дешунтированием электромагнитов управления коммутационными аппаратами, имеют усиленные замыкающий и размыкающий контакты с общей точкой (контакты 1 и 2 на рис. 12). В реле РТ-85 эти контакты могут действовать как с выдержкой времени, обратнозависимой от кратности тока в реле, так и мгновенно. В реле РТ-86 они могут действовать только мгновенно, а с выдержкой времени действует сигнальный контакт, не способный дешунтировать электромагнит управления.

Ток замыкания главных замыкающих контактов реле РТ-81—РТ-84 не должен быть более 5 А при напряжении 250 В постоянного и переменного тока. Ток размыкания размыкающих контактов не более 2 А при напряжении до 250 В переменного тока и не более 0,5 А при напряжении до 250 В постоянного тока.

Главные усиленные контакты реле типов РТ-85 и РТ-86 способны дешунтировать управляемую цепь при токах до 150 А для схем с дешунтированием ЭО. Сигнальные контакты реле типов РТ-83, РТ-84, РТ-86 могут замыкать и размыкать цепь постоянного тока до 0,2 А, переменного тока до 1 А при напряжении до 250 В.

Реле типов РТ-91 и РТ-95.

Реле этих типов выполнены на основе индукционных реле серии РТ-80 (см. выше) и отличаются от них значительно большей крутизной времятоковой характеристики. Практически время срабатывания реле почти не зависит от кратности тока в реле по отношению к его току срабатывания, хотя завод-изготовитель указывает, что независимая часть характеристики начинается примерно при 4-кратном токе.

Контактная система реле РТ-91 такая же, как у реле РТ-81. Реле РТ-95 имеет такие же усиленные контакты, как реле РТ-85, и может использоваться в схемах релейной защиты на переменном оперативном токе с дешунтированием ЭО, когда требуется мало зависящая от тока выдержка времени защиты.

Автоматические выключатели

Автоматические выключатели совсем не похожи на обычные, которые устанавливаются в каждой комнате для включения и выключения света. Их задача несколько другая. Автоматические выключатели устанавливаются в распределительных щитах и служат для предохранения цепи от скачков напряжения и непериодического отключения энергии на определенных участках электросети.

Автоматические выключатели - коммутационные аппараты защиты, без которых, в настоящее время не может обойтись ни одна система электроснабжения.

Помимо основной функции автоматов - защитного отключения (размыкания) электрических цепей при аварийных режимах работы - возникновении в них коротких замыканий (КЗ), токов недопустимых значений, устройства могут служить для нечастых коммутаций - оперативных включений и отключений нагрузки (при условии, что ее потребляемый ток не превышает номинальный ток аппарата).

Нормальный режим работы. Предполагается, что значения токов нагрузки в электрической цепи не превышают номинал аппарата защиты. При взведении рукояти автоматического выключателя в верхнее положение (“вкл”), происходит соприкосновение контактных поверхностей подвижного и неподвижного контактов.

Питающее напряжение с верхнего винтового зажима поступает на катушку соленоида, далее на неподвижный контакт. При включении (установке рукояти в верхнее положение) происходит соприкосновение неподвижного и подвижного контактов, с последнего через гибкий соединитель - на биметаллическую пластину и на нижний винтовой зажим, к которому подключен провод, питающий защищаемую групповую линию.

Срабатывание (отключение) автомата. Происходит при превышении расчетных значений тока его расцепителя значениями токов в цепи; появление сверхтоков, вследствие возникновения замыканий или длительных перегрузок.

В зависимости от величины протекающего через автомат тока, его защитное отключение может выполнено как электромагнитным, так и тепловым расцеплением.

Так, при возникновении сверхтоков, вызванных коротким замыканием в защищаемой линии, срабатывание происходит в результате втягивания сердечника соленоида, воздействующего на механизм расцепления автомата, что приводит к размыканию подвижного и неподвижного контактов.

Существует множество разновидностей автоматических выключателей. Некоторые из них служат лишь в качестве выключателей цепи и предохранения сети от перегрузки. Таковы, например, старые автоматические выключатели типа АЕ в черном карболитовом корпусе (рис. 3).

По времени срабатывания на недопустимое напряжение автоматы делятся на 3 вида: селективные, нормальные и быстродействующие. Время срабатывания нормального автомата колеблется от 0,02 до 0,1 с. В селективных автоматических выключателях это время такое же. Быстродействующие автоматические выключатели работают проворнее — у них данная величина составляет всего 0,005 с.

Речь идет об электромагнитном и тепловом расцепителях — своеобразных механизмах автоматического прерывания цепи. Биметаллическая пластина при нагревании проходящим через нее током недопустимо высокого значения распрямляется и размыкает контакты — это тепловой расцепитель. По времени срабатывания он самый медленный.

Электромагнитный расцепитель работает по правилу «мертвой руки». Катушка, находящаяся в центре автомата, непрерывно поддерживается на месте стабильным напряжением. Стоит ему выскочить за номинальные пределы, как катушка буквально выскакивает со своего места, разрывая цепь. Такой способ разрыва цепи самый быстрый.

Автоматы различают по степени чувствительности к срабатыванию отключения. В стандартных наиболее распространенных моделях чаще всего применяются автоматические выключатели с пороговым значением, примерно равным 140 % от номинального. При повышении напряжения в полтора раза срабатывает электромагнитный (быстрый) расцепитель. При незначительном превышении номинального напряжения работает тепловой расцепитель. Процесс отключения при этом может растянуться на часы, что сильно зависит от температуры внешней среды. Однако автомат среагирует на изменение напряжения в любом случае.

Автоматические выключатели различают по количеству полюсов. В одном автомате может быть несколько независимых друг от друга электрических линий, которые соединены между собой общим механизмом отключения. Автоматы бывают одно-, двух-, трех- и четырехполюсными (это касается бытового применения).

У автоматического выключателя есть различия по другим показателям. Они отличаются по пороговой силе тока, которую пропускают через себя. Чтобы автомат мог сработать и в аварийной ситуации отключить электросеть, он должен быть настроен на определенный порог чувствительности. Такую настройку производит изготовитель, поэтому на автомате сразу пишут числовое значение данного порога. Для бытовых нужд используют автоматы с показателями 6,3, 10, 16, 25, 32, 40, 63, 100 и 160 А. Есть автоматы со значениями и 1000, и 2600 А, но в быту они не используются.

Чувствительность автомата необходимо рассчитывать не только по суммарной мощности предполагаемых энергопотребителей, но и проводке, и электромонтажным изделиям — розеткам и выключателям.

 

Контрольные вопросы

1 Назначение автоматических выключателей

2 Какие расцепители используются в автоматических выключателях

3 Чем выполняется настройка чувствительности автоматических выключателей

4 По скорости срабатывания автоматы делятся на …

 

Лекция №3
Приводы и схемы управления выключателями

Цель: получение знаний о приводах высоковольтных выключателей, а так же ознакомление со схемой управления масляными выключателями.

План

3.1 Приводы и схемы управления выключателями.

3.2 Дистанционное управление приводами.

Лекция №4 Оперативный ток

Цель: Изучить назначение оперативного тока, его источники.

План:

4.1 Оперативный ток в цепях управления и релейной защиты.

4.2 Источники переменного оперативного тока.

4.3 Постоянный оперативный ток

Постоянный оперативный ток

Источники и схемы питания

Основными источниками постоянного оперативного тока являются аккумуляторные батареи с зарядными устройствами [Л. 23—26|. Стандартными величинами номинальных напряжений постоянного оперативного тока приняты 24, 48, 110 и 220 В.

Для питания устройств релейной защиты и автоматики, управления выключателями, аварийной и предупредительной сигнализации, а также других установок, требующих питания от независимого источника постоянного тока, создается специальная распределительная сеть (рис. 4-1). Для заряда аккумуляторных батарей используются полупроводниковые или ртутные выпрямители или зарядные агрегаты, состоящие из асинхронного электродвигателя и генератора постоянного тока.

Для обеспечения надежного питания оперативным током ответственных устройств распределительная сеть делится на отдельные участки, чтобы повреждение на одном из них не нарушало работу других [Л. 23, 25].

Все потребители постоянного оперативного тока делятся по степени их ответственности на несколько категорий. Наиболее ответственными потребителями являются цепи оперативного тока релейной защиты, автоматики и управления выключателями. Эти цепи питаются от отдельных шинок управления (рис. 4-1), которые для повышения надежности делятся на несколько секций. Каждая секция шинок управления питает цепи релейной защиты, автоматики и управления определенного участка, например выключателей 110 кВ, 35 кВ и т. д. Между секциями установлены рубильники, позволяющие производить питание от соседней секции при повреждении питающей линии.

На каждой линии, отходящей от шин аккумуляторной батареи, установлены рубильники и плавкие предохранители П, исправность которых непрерывно контролируется сигнальными лампами или реле (на рис. 4-1 не показаны).

От шинок управления питание на цепи релейной защиты, автоматики и управления подается через отдельные предохранители ПУ для каждого выключателя. Контроль исправности этих предохранителей осуществляется непосредственно в схемах управления выключателей.

Цепи сигнализации также часто питаются от отдельных шинок сигнализации. Однако ввиду меньшей ответственности они делятся па меньшее количество секции, например две. В тех случаях, когда отдельные шинки сигнализации не предусматриваются, питание цепей сигнализации производится от цепей управления через отдельные предохранители.

В цепях управления ток проходит кратковременно во время включения или отключения выключателей и составляет примерно 5—10 А. Поэтому проводка цепей управления выполняется кабелем и проводом сечением 1,5—2,5 мм2.

Номинальный ток плавких вставок предохранителей выбирается и проверяется условие, что ток при коротком замыкании в наиболее удаленной точке в 5—10 раз больше номинального тока плавкой вставки. При определении величины тока, который может проходить через предохранитель, необходимо учитывать все реле защиты и автоматики, сигнальные лампы, отключающие электромагниты, и контакторы включения, ток которых может одновременно проходить через предохранитель.

Отдельные шинки и цепи выполняются для питания обмоток включающих электромагнитов масляных выключателей. Ток в этих цепях проходит кратковременно, но достигает больших величин (до 400 А). Поэтому сечение кабелей выбирается таким, чтобы падение напряжения в них не превосходило допустимой величины и напряжение на обмотках включающих электромагнитов не снижалось ниже 70% номинального. Предохранители ПВ в этих цепях предназначены для отделения поврежденного участка от батареи и для защиты обмоток включающих электромагнитов от длительного прохождения тока, на которое они не рассчитаны.

Остальные потребители постоянного тока: аварийное освещение, мелкие электродвигатели и т. п. — также питаются от отдельных шинок и самостоятельной сети.

Максимальная токовая защита

Одним из наиболее характерных и четких признаков возникновения коротких замыканий, а также большинства других нарушений нормального режима работы является резкое увеличение тока, который в этих аварийных условиях становится значительно больше тока нагрузки [Л. 5, 7].

Ток, возникающий в аварийных условиях, в отличие от тока нормального режима принято называть сверх током. Таким образом, появление сверхтока является признаком возникновения аварии. На использовании этого признака основан принцип действия максимальной токовой защиты, упрощенная схема которой приведена на рис. 7-1.

К максимальной токовой защите МТЗ подводится через трансформаторы тока ТТ ток, проходящий по защищаемому элементу (линия Л). При нормальных значениях тока нагрузки линии защита не действует, но когда ток увеличится и достигнет (или превысит) заранее установленную величину, защита придет в действие (сработает) и отключит выключатель В. Значение тока, при котором происходит срабатывание защиты, называется током срабатывания защиты. Таким образом первым требованием, которому должна удовлетворять максимальная токовая защита, является правильное выявление момента возникновения аварии, что достигается установкой строго определенной величины тока срабатывания.

Появление сверхтока в каком-либо элементе не всегда является признаком повреждения именно этого элемента. Дело в том, что сверхток проходит не только по поврежденному элементу, но и по связанным с ним неповрежденным элементам электроустановки или электросети.

Так, например, в электросети, состоящей из трех последовательно соединенных участков (рис. 7-2), при к. з. в точке К сверхток IК.З. проходит от источника питания Е к месту повреждения как по поврежденному участку I, так и по неповрежденным участкам II и III. Если величина сверхтока превысит ток срабатывания, то придут в действие (запустятся) и сработают максимальные токовые защиты всех трех участков: МТЗ I, МТЗ II, МТЗ III. В результате такого действия будут отключены не только поврежденный, но и неповрежденные участки электросети, что недопустимо. Правильная ликвидация аварии будет иметь место лишь в том случае, если сработает только защита МТЗ I и отключит выключатель В1 ближайший к месту повреждения.