Изображение реле и схем релейной защиты на чертежах.

Для изображения на чертежах схем релейной защиты применяются специальные условные обозначения электрических машин, аппаратов, реле, приборов и др. Условные обозначения периодически пересматриваются и вводятся для обязательного применения ГОСТами.

Применяются два способа изображения реле на чертежах.

По первому способу реле показывают в совмещённом виде и изображают в виде прямоугольника с полукругом наверху (см. рисунок 10). Обмотки реле подразумеваются расположенными в нижней части (прямоугольнике) и обычно не показываются, контакты реле рисуют в верхней части. Таким образом, совмещаются на одном изображении и контакты и обмотки реле.

По второму способу реле показывают в развёрнутом виде, рисуя обмотки и контакты реле раздельно в разных частях схемы.

В книгах и другой технической литературе, изданной в разное время, могут встретиться различные условные обозначения одних и тех же элементов схемы. Аппараты изображаются на схемах, как правило, в положениях, соответствующих отсутствию напряжения во всех цепях. Для схем релейной защиты допускается изображение контактов реле в рабочем положении готовности к действию, т.к. при этом обеспечивается большая наглядность и облегчается понимание принципов работы схем релейной защиты и автоматики.

Примеры условных графических обозначений элементов электрических схем встречающихся в старой технической литературе приведены на рисунке 10.

 

 

Рисунок 10 – Примеры условных графических обозначений элементов электрических схем, встречающихся в технической литературе:

а) обозначение реле тока для совмещенных схем (у реле других типов вписываются буквы: напряжения Н, мощности М, сопротивления С, времени В, промежуточное П, указательное У); б) контакт электрического реле и др. аппаратов замыкающий; в) контакт реле размыкающий; г) контакт замыкающий с выдержкой времени; д) контакт размыкающий с выдержкой времени; е) обмотка реле токовая; ж) обмотка реле напряжения.

В таблице 2 представлены примеры условных обозначений реле и их контактов в соответствии с требованиями Единой системы конструкторской документации (ЕСКД).

Таблица 2 – Условные обозначения реле

В зависимости от назначения применяются следующие виды схем релейной защиты и автоматики:

− принципиальные совмещенные;

− монтажные;

− принципиально-монтажные;

− структурные (функциональные).

− принципиальные развернутые

Принципиальные совмещенные схемы релейной защиты, автоматики, цепей управления выполняются совместно на одном чертеже со схемами соединения первичных цепей. Все реле и другие аппараты изображаются условными обозначениями также в совмещенном виде. Схемы внутренних соединений реле, их зажимы и источники питания оперативным током не показываются. Пример принципиальной совмещённой схемы показан на рисунке 11 а).

Рисунок 11 – Схема максимальной токовой защиты с блокировкой минимального напряжения.

а) совмещённая принципиальная схема; б) развёрнутая схема токовых цепей; в) развёрнутая схема цепей напряжения; г) развёрнутая схема цепей постоянного оперативного тока.

 

Принципиальные совмещенные схемы наиболее наглядно показывают связь между реле и другими аппаратами, а также последовательность их действий. Однако в сложных схемах релейной защиты и автоматики (РЗА) принципиальные совмещенные схемы утрачивают свою наглядность. В этих случаях пользуются принципиальными развернутыми схемами.

Принципиальные развернутые схемы (рисунок 11 б, в, г) выполняются по отдельным цепям: тока, напряжения, оперативного тока, сигнализации и т.д. В этих схемах реле и другие аппараты изображаются в расчлененном виде, т.е. обмотки реле изображаются в одной части схемы, контакты – в других. Сложные развёрнутые схемы поясняются подписями, указывающими назначение отдельных цепей.

Монтажные схемы представляют собой рабочие чертежи, по которым производится монтаж панелей релейной защиты, автоматики, управления, сигнализации и др. На монтажных схемах реле, приборы, зажимы и соединяющие их провода располагаются, как на панели, и маркируются. Монтажные схемы, на которых отражены все фактические соединения, выполненные при монтаже и наладке, называются исполнительными.

Принципиально-монтажные схемы это принципиальные схемы РЗА, на которых указываются номера клемм и зажимов реле, приборов с указанием маркировки цепей. По принципиально-монтажным схемам, как правило, удобно выполнять работы по техническому обслуживанию устройств релейной защиты и автоматики.

Структурные схемы применяются для изображения общей структуры устройств релейной защиты и автоматики без выделения отдельных реле и других аппаратов. Они изображаются не с помощью условных обозначений, а в виде целых узлов или органов устройства и взаимных связей между ними. Узлы и связи между органами изображаются прямоугольниками, в которые помещаются надписи и условные индексы, поясняющие функциональное назначение данного узла или органа. Примером структурной схемы может быть схема и изображенная на рисунке 7.

Оперативный ток

Реле косвенного действия воздействуют на включение и отключение выключателей через специальные включающие и отключающие электромагниты путём подачи в них тока, называемого оперативным током.

Оперативный ток также используется для питания вспомогательных реле в схемах релейной защиты и автоматики (промежуточных, реле времени, указательных), а также для работы световой и звуковой сигнализации

Таким образом, оперативным током называется ток, питающий цепи дистанционного управления выключателями, оперативные цепи релейной защиты, автоматики и различные виды сигнализации.

Источники оперативного тока должны обеспечивать высокую степень надёжности, быть постоянно готовы к действию и обеспечивать необходимую величину напряжения или тока в обмотках электромагнитов включения и отключения коммутационных аппаратов (выключателей и разъединителей).

Для управления выключателями и питания устройств РЗА в электроустановках используются два вида оперативного тока: постоянный и переменный.

 

Постоянный оперативный ток

Основными источниками постоянного оперативного тока являются аккумуляторные батареи (АБ) с зарядными устройствами. Стандартными величинами номинальных напряжений постоянного оперативного тока приняты 24, 48, 110 и 220 В.

Для питания устройств РЗА, управления выключателями, аварийной и предупредительной сигнализации, а также других устройств, требующих независимого источника постоянного тока создаётся распределительная сеть (рисунок 12). Для заряда АБ используются зарядные агрегаты выпрямительные или электромашинные.

Распределительная сеть постоянного оперативного тока делится на отдельные участки так, чтобы повреждение на одном из них не нарушало работу других.

 

Рисунок 12 – Пример принципиальной схемы распределительной сети постоянного тока.

 

Все потребители оперативного тока делятся по степени их ответственности на категории. Наиболее ответственными потребителями являются цепи оперативного

тока релейной защиты, автоматики и катушек отключения выключателей, питаемые от шинок управления ШУ. Вторым очень важным участком являются цепи катушек включения, питаемые от отдельных шинок ШВ вследствие больших токов, потребляемых катушками включения масляных выключателей. Третьим, менее ответственным потребителем оперативного тока, является сигнализация, питающаяся от шинок ШС.

Обычно питание ответственных цепей осуществляется от двух аккумуляторных батарей работающих на разные секции щитов постоянного тока.

В распределительных сетях постоянного тока широко используется секционирование и резервирование.

На каждой линии, отходящей от шин щита постоянного тока, устанавливаются автоматические выключатели (или предохранители) осуществляющие защиту сети при к.з. на отходящих линиях.

Ток к.з. определяется по формуле:

, где

е – э.д.с. одного элемента батареи, В;

R_э – внутреннее сопротивление одного элемента батареи, Ом;

n – число элементов в цепи разряда, шт.;

– сопротивление цепи от шин батареи до места к.з. в оба конца, Ом.

ℓ – расстояние по трассе кабеля от шин батареи до места к.з., м;

γ – удельная проводимость, равная примерно 57 для меди и 34 для алюминия; м/Ом×мм².

S - сечение жил кабеля, мм².

Нарушение изоляции относительно земли сети постоянного тока может привести к замыканиям на землю и образованию обходных цепей и ложным отключением оборудования, поэтому щиты постоянного тока оборудуются устройствами контроля изоляции, осуществляющими непрерывный контроль состояния изоляции сети постоянного тока относительно земли.

Схема простейшего устройства контроля изоляции приведена на рисунке 13 и состоит из двух вольтметров, включенных между каждым полюсом и землёй.

 

Рисунок 13 – Схема контроля изоляции цепей постоянного тока с помощью двух вольтметров.

 

 

В нормальных условиях, когда сопротивления изоляции каждого полюса относительно земли R₍₊₎ и R_(-) одинаковы, напряжение каждого полюса относительно земли равно половине напряжения между полюсами, т.е. U₍₊₎ =U_(-) = 0,5U.

Если один из полюсов, например (+), замкнётся на землю, т.е. R₍₊₎ = 0, то соответственно U₍₊₎ также станет равным нулю, а напряжение U_(-) возрастёт до полного напряжения между полюсами, т.е. U₍₊₎ = 0 и U_(-) = U. Следовательно, при снижении сопротивления изоляции на одном из полюсов напряжение этого полюса относительно земли, равное в нормальном режиме 0,5U, понижается, а напряжение другого полюса относительно земли увеличивается на ту же величину.

При помощи кнопок К₍₊₎ и К_(-) и вольтметров можно определить величину изоляции сети относительно земли (поочерёдно размыкаются кнопки К₍₊₎ и К_(-) и записываются показания вольтметров U_(-) и U₍₊₎. Сопротивление изоляции сети относительно земли определяют по формулам:

; ,

где R_в – внутреннее сопротивление вольтметров;

В эксплуатации могут использоваться и другие устройства контроля изоляции, в том числе и автоматически действующие на предупредительный сигнал при снижении изоляции сети до определенного значения.

Аккумуляторные батареи являются независимыми наиболее надёжными источниками оперативного тока и поэтому они нашли широкое применение на электростанциях и подстанциях для питания оперативных цепей релейной защиты, автоматики и управления выключателями.

Однако аккумуляторные батареи имеют высокую стоимость, требуют специальное помещение и наличие зарядного устройства; а обслуживать их должен специально обученный квалифицированный персонал. Кроме того, выполнение распределительной сети постоянного тока требует большого количества контрольного кабеля.

В России питание оперативных цепей от источников постоянного оперативного тока получило распространение на электростанциях и на подстанциях напряжением 110 кВ и выше.

Переменный оперативный ток

Для питания оперативных цепей переменным током используется ток или напряжение сети. При этом в качестве источников переменного оперативного тока служат: трансформаторы тока, трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных нужд.

Трансформаторы тока являются надёжным источником питания оперативных цепей защит от к.з. При к.з. ток и напряжение на зажимах трансформатора тока увеличиваются и следовательно возрастает мощность трансформаторов тока чем обеспечивается надёжное питание оперативных цепей.

Схема питания оперативных цепей защиты переменным оперативным током непосредственно от трансформаторов тока показана на рисунке 14 а). В нормальном режиме катушка отключения выключателя 2 зашунтирована контактами реле 1 и ток в ней отсутствует. При к.з. реле 1 срабатывает, его контакты размыкаются, и ток от трансформаторов тока поступает в катушку отключения 2, приводя её в действие.

Однако трансформаторы тока не обеспечивают необходимой мощности при повреждениях и ненормальных режимах, не сопровождающихся увеличением тока. Их нельзя использовать для питания устройств релейной защиты от замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью, защит от витковых замыканий электрических машин и для защит от ненормальных режимов электроустановок, таких как повышение или понижение напряжения и понижение частоты. В этих случаях в качестве источников оперативного тока должны использоваться трансформаторы напряжения или трансформаторы собственных нужд.

Схема питания оперативным током от трансформатора напряжения и от трансформатора собственных нужд приведена на рисунке 14 б), в). Схема б) применяется для питания оперативных цепей защит, а для питания цепей управления выключателями обычно используется схема в), где для питания цепей управления используется выпрямленный ток.

Рисунок14 – Схема питания оперативных цепей защиты переменным оперативным током

а) непосредственно от трансформаторов тока; б) от трансформаторов напряжения; в) от трансформатора собственных нужд

Однако, трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных нужд непригодны для питания оперативных цепей защит от к.з. т.к. при к.з. напряжение сети резко снижается, и они могут использоваться для таких защит как, например, защиты от перегрузки, от замыканий на землю, повышения напряжения и др.

Помимо непосредственного использования мощности трансформаторов тока и напряжения можно использовать энергию, накопленную в предварительно заряженных конденсаторах. Заряд конденсатора обычно осуществляется в нормальном режиме от напряжения сети. При исчезновении напряжения на электроустановке запасённая конденсатором энергия сохраняется и её можно использовать для питания защит, которые должны работать при исчезновении напряжения.

Схема с питанием от заряженного конденсатора изображена на рисунке 15. Конденсатор 1 питается от трансформатора напряжения через выпрямитель 2. В нормальном режиме конденсатор заряжен. При действии защиты он замыкается на катушку отключения, питая её током разряда.

 

Рисунок 15 – Схема питания оперативных цепей защиты переменным током с использованием энергии заряженного конденсатора

 

В России питание оперативных цепей от источников переменного тока получило широкое распространение в электрических сетях напряжением 6-35 кВ.