Достоинства плавких предохранителей

Плавкие предохранители позволяют осуществить наиболее простую и дешевую защиту электроустановки, в том числе и трансформаторной подстанции. При выполнении защиты трансформатора с помощью плавких предохранителей оказываются ненужными трансформаторы тока, аппаратура релейной защиты и коммутационные аппараты (выключатели или короткозамыкатели с автоматическими отделителями). Плавкие предохранители не требуют проведения наладочных работ, необходимых для устройств релейной защиты, выключателей и другого, более сложного оборудования. Благодаря этим достоинствам плавкие предохранители очень широко используются в сетях до 1000 В, а также в сетях выше 1000 В. Например, в городских и сельских электрических сетях 6 и 10 кВ большинство силовых трансформаторов защищены со стороны высшего напряжения плавкими предохранителями типа ПК.

Наряду с этим рассмотрим основные недостатки плавкого предохранителя, отмечая попутно возможности их устранения.

1. Малая чувствительность к перегрузкам и удаленным К.З. Действительно, очень трудно выполнить плавкую вставку, которая бы длительно выдерживала номинальный ток трансформатора, а при токе, например, 1,5I_ном.тр достаточно быстро расплавлялась. Поэтому существующие предохранители 6-35 кВ защищают трансформаторы практически только при больших токах к. з. Для уменьшения этого недостатка разрабатываются новые предохранители с комбинированными характеристиками, позволяющими повысить чувствительность предохранителей к токам перегрузки и вместе с тем несколько замедлить отключение при больших кратностях тока к. з. Однако этот недостаток предохранителей, по-видимому, не удастся полностью устранить.

Возможность возникновения неполнофазного режима. Известно, что предохранитель осуществляет пофазную защиту электроустановки и в том числе трансформатора. Вместе с тем при несимметричных к.з. за трансформатором через предохранители на стороне высшего напряжения могут проходить неодинаковые по значению токи к.з. Например, при двухфазном к.з. за трансформатором со стандартной схемой соединения обмоток Y/Δ-11 (рис. 1-4) и при однофазном к.з. за трансформатором YY-12 (рис. 1-5) в одной из фаз проходит ток, в два раза больший, чем в двух других фазах. Следовательно, именно на этой фазе возможно срабатывание предохранителя в первую очередь. Если на двух других фазах предохранители не сработают, то на подстанции возникнет неполнофазный режим. Этот режим может возникнуть и при самопроизвольном срабатывании предохранителя одной из фаз из-за старения плавкой вставки.

При неполнофазном режиме возникает опасность массового повреждения электродвигателей из-за их перегрева в процессе работы и особенно в случае пуска или самозапуска двигателей из заторможенного состояния. В последнем случае результирующий момент вращения, складывающийся из равных моментов прямой и обратной последовательностей, имеющих разные знаки, оказывается равным нулю, и поэтому пуск двигателя невозможен. Но при этом токи в фазах статора двигателя близки по значению к пусковому току и их длительное прохождение вызывает повреждение двигателя.

Поэтому на тех подстанциях 35 кВ, где трансформаторы со стороны ВН защищаются плавкими предохранителями ПСН-35, и на подстанциях 110 кВ, защищаемых открытыми плавкими вставками, обязательно устанавливается специальная релейная защита от неполнофазного режима. Типовым решением является защита, реагирующая на напряжение обратной последовательности, которое появляется при неполнофазном режиме. Защита действует на отключение тех линий 10(6) кВ, потребители которых не допускают работу в неполнофазном режиме, или на отключение выключателя 10(6) кВ трансформатора. Защита может действовать и на сигнал, если на подстанции есть постоянный дежурный персонал.

Для предотвращения неполнофазных режимов в сетях 6 и 10 кВ плавкие предохранители объединяются с трехфазным выключателем нагрузки с автоматическим приводом (ВНП-16, ВНП-17). При срабатывании предохранителя только одной из фаз выключатель нагрузки автоматически отключается всеми тремя фазами.

Существуют также специальные конструкции, обеспечивающие перегорание плавких вставок на всех трех фазах сразу же после срабатывания предохранителя одной из фаз [1, 13].

Неэффективность автоматического повторного включения (АПВ) предохранителей. Применительно к трансформаторам этот недостаток не является существенным, хотя опыт эксплуатации трансформаторных подстанций указывает на целесообразность АПВ трансформаторов в тех случаях, когда действовали защиты не от внутренних повреждений в трансформаторе (дифференциальная или газовая), а от внешних К.З. (максимальная токовая). Поскольку плавкий предохранитель на стороне высшего напряжения трансформатора осуществляет его защиту одновременно от всех видов повреждений, едва ли целесообразно производить АПВ трансформатора после срабатывания предохранителей. Но даже в том случае, если бы это оказалось целесообразным, АПВ плавких предохранителей выполнить довольно сложно (надо устанавливать по два предохранителя на фазу) и еще более сложно сделать АПВ предохранителей с необходимой выдержкой времени.

Необходимость длительного времени для замены сработавших предохранителей и невозможность телемеханизировать эту операцию таким же образом как, например, операцию включения выключателя. Этот недостаток при хорошей организации работы оперативно-выездных бригад (ОВБ) и при наличии запаса калиброванных предохранителей не является столь существенным. Поскольку отключившийся трансформатор всегда следует осмотреть перед повторным включением, на эту подстанцию будет отправлена ОВБ, а замену предохранителей опытные монтеры произведут в течение 20—25 мин.

Наряду с перечисленными общими недостатками, у плавких предохранителей имеются недостатки, ограничивающие область их применения конкретно для защиты трансформаторов. Так, не следует применять плавкие предохранители для защиты со стороны ВН трехобмоточных трансформаторов, для которых характерны различные сопротивления между обмотками ВН—НН и ВН—СН и, следовательно, различные значения токов при К.З. на сторонах НН и СН. Нельзя применять предохранители, если они слишком быстро срабатывают при К.З. за трансформатором, так как это приведет к неселективным отключениям трансформатора при К.З. на отходящих линиях или на шинах НН. Последнее в отдельных случаях допускается, но это крайне нежелательно. Не следует применять предохранители и в тех случаях, когда это требует существенного ухудшения характеристик релейной защиты питающих линий (увеличения тока и времени действия) ради обеспечения селективности с предохранителями питаемых трансформаторов. Именно по этой причине предохранителями защищаются трансформаторы 6 и 10 кВ только небольшой мощности, особенно в сельских сетях [5]. В действующих директивных материалах и нормах подчеркивается, что применение предохранителей для защиты трансформаторов допускается лишь при обязательном условии обеспечения селективности с защитными устройствами питающих и отходящих элементов. Вопросы выбора предохранителей, в том числе и по условиям селективности, рассмотрены ниже применительно к трансформаторам 6 и 10, 35, 110 кВ.

 

 

Контрольные вопросы:

1 Область применения и назначение предохранителей

2 Достоинства и недостатки предохранителей

3 Конструкция предохранителей

4 Дайте определение предохранителей

Лекция №2
Принцип действия и конструкции реле

Цель: Изучить конструкции реле, принцип действия и научиться их классифицировать

План:

2.1. Принципы действия реле

2.2 Конструкции реле и автоматических выключателей

2.3 Первичные реле прямого действия

2.4 Вторичные реле прямого и косвенного действия

2.5 Автоматические выключатели.

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