Учебное пособие по предмету «Электроснабжение объектов»

РЫЛЬСКИЙ АВИАЦИОННО ТЕНХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ Автоматизация и релейная защита в системах электроснабжения объектов Учебное пособие по предмету «Электроснабжение объектов» 2003.г Автоматизация и релейная защита в системах автоматики. «Электроснабжение объектов» Учебное пособие РАТК.ГА. Рыльск 2003.г. В данном учебном пособии представлена автоматизация и релейная защита в системах электроснабжение объектов по предмету «Электроснабжение объектов». Предназначено для курсантов очного и заочного отделения по специальности ^ 1806 «Техническая эксплуатация, обслуживание и ремонт электрического и электромеханического оборудования аэропортов». Составил: Мищенко В.А., преподаватель ^ Рецензенты: Шабловский Е.С., председатель ЦК. Бедрик Н.В. , зав. отделением. Учебное пособие соответствует учебной программе по предмету «Электроснабжение объектов» ^ Одобрено методическим кабинетом РАТК.ГА. Компьютерный набор и редактирование: Громаков М.В. Типография РАТК.ГА. Тираж 20 экз. 307370, г. Рыльск Курская обл. ул. Дзержинского, 18.  РАТК.ГА.2003.г. Содержание 1. Назначение релейной защиты и автоматики 1 2. Основные требования предъявляемые к релейной защите и автоматике 1 ^ 3. Основные принципы действия релейной защиты 3 4. Автоматические и телемеханические системы регулирования, контроля и управления 5 ^ 5. Параметры релейной защиты 6 6. Защита плавкими предохранителями 7 ^ 7. Защита автоматическими выключателями 9 8. Реле и их разновидность 10 9. Типы реле 11 ^ 10. Защита кабельных линий 12 11. Защита трансформаторов напряжением 6….10/0,4кВ 15 16. Защита асинхронных электродвигателей напряжением до 1 кВ 18 Глава 1 ^ АВТОМАТИЗАЦИЯ И РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ 1. Назначение релейной защиты и автоматики В условиях эксплуатации возможны повреждения отдельных эле­ментов системы электроснабжения. В ряде случаев повреждение должно быть ликвидировано в течение долей секунды, совершенно очевидно, что человек не в состоянии справиться с такой задачей. Поэтому для определения места повреждения и подачи сигнала на отключение соответствующих выключателей устанавливаются спе­циальные автоматические устройства. Это и есть релейная за­щита, действующая на отключение. В некоторых случаях выключение и защита совмещаются в одном аппарате (пре­дохранитель, автомат). Иногда в условиях эксплуатации возникают ненормальные ре­жимы, существование которых допустимо в течение некоторого времени. Нарушение нормального режима в этих случаях может быть ликвидировано действием оперативного персонала. При этом нецелесообразно немедленное отключение элемента электрической сети, а достаточно дать сигнал персоналу. Это осуществляется ре­лейной защитой, действующей на сигнал. Релейная защита - только часть автоматики, получившая приме­нение в системах раньше других автоматических устройств. Вместе с тем, одна релейная защита не в состоянии обеспечить надежность и бесперебойность электроснабжения. В этом нетрудно убедиться на примере рассмотренных схем электроснабжения. Распределительную подстанцию в сетях напряжением б... 10 кВ обычно выпол­няют в виде двух секций. Каждая питающая линия связана только со своей секцией и обеспечивает питание потребителей только своей секции. Совершенно очевидно, что при повреждении одной из ли­ний и ее отключении соответствующая секция обесточивается, а элек­троснабжение ее потребителей прекращается. Электроснабжение потребителей может быть восстановлено, если включить секцион­ный аппарат. Эта операция должна быть осуществлена максималь­но возможно быстро для потребителей первой категории, поэтому в качестве секционного аппарата используется выключатель и для его включения используется устройство автоматики, получившее назва­ние автоматического включения резерва - АВР. Опыт эксплуатации воздушных линий электропередачи показал, что после быстрого отключения до 70... 90% повреждений самоуст­раняются, а линия, включенная повторно, остается в работе. И здесь повторное включение осуществляется с помощью автоматики - ус­тройством, получившим название автоматического повторного включения - АПВ. ^ 2. Основные требования, предъявляемые к релейной защите и автоматике Релейная защита и автоматика должны удовлетворять ряду тре­бований, основными из которых являются: селективность, чувстви­тельность, быстродействие, надежность. Под селективностью понимается свойство релейной защиты, действующей на отключение, избирать поврежденный участок и отключать только его. Для релейной защиты, действующей на сиг­нал, под селективностью понимается способность однозначно ука­зывать место возникновения ненормального режима и конкретный элемент системы электроснабжения, требующий вмешательства пер­сонала. Понятие селективности присуще также устройствам автоматики, например, устройствам, действующим на отключение элементов. Под чувствительностью релейной защиты понимается ее способность реагировать на возможные повреждения в минималь­ных режимах системы электроснабжения, когда изменение воздей­ствующей величины (величина, на которую реагирует защита) бу­дет минимальным. Обычно стремятся сделать защиту возможно более чувствительной, сохраняя, однако, ее селективность. Это тре­бование и ставит практический предел возможной чувствительнос­ти защиты. Чувствительность защиты оценивается коэффициентом чувстви­тельности. Он регламентирует отношение между значением воздей­ствующей величины при повреждении в защищаемой зоне и уста­новленным на защите значением параметра ее срабатывания. Чувствительность - одно из основных требований, предъявляе­мых к устройствам автоматики. Высокой чувствительностью дол­жны обладать, например, автоматические регуляторы возбуждения (АРВ) и автоматические регуляторы частоты (АРЧ), реагирующие на изменения напряжения и частоты в системе. Быстродействие защиты необходимо в большинстве слу­чаев по следующим соображениям. 1. При КЗ мощность, отдаваемая генераторами станций, вблизи которых произошло КЗ, резко снижается. В результате скорость вращения генераторов возрастает. Если КЗ отключается защитой, имеющей выдержку времени, то к моменту его отключения генера­торы этой станции выйдут из синхронизма по отношению к другим станциям. Быстрое отключение КЗ может предотвратить наруше­ние синхронизма, представляющее собой наиболее тяжелую аварию в системе. 2. КЗ в любом элементе системы приводит к понижению напря­жения, снижению вращающего момента синхронных и асинхрон­ных двигателей и их торможению. При быстром отключении КЗ двигатели немедленно возвращаются к нормальному режиму, их торможение не является опасным. Отключение КЗ с выдержкой вре­мени может привести к полной остановке и необходимости отклю­чения синхронных и некоторых асинхронных двигателей. 3. Быстрое отключение КЗ уменьшает размеры нарушения изо­ляции и токоведущих частей в месте повреждения, уменьшает веро­ятность несчастных случаев. 4. Ускорение отключения повреждений повышает эффективность АПВ и АВР, так как чем меньше разрушения в месте КЗ, тем мень­ше вероятность успешного действия автоматики. Время отключения повреждения складывается из времени дей­ствия защиты и времени действия выключателя. Следовательно, для ускорения отключения повреждений необходима не только быст­родействующая защита, но и быстродействующие выключатели. Защиты, действующие со временем, не большим 0,1...0,2 с, считаются быстродействующими. Время отключения наиболее распрос­траненных выключателей не превышает 0,06... 0,15 с. Для повышения надежности электроснабжения недостаточно только быстрого отключения поврежденного элемента, необходи­мо также быстро включить этот элемент повторно в работу или за­менить его резервным. Таким образом, быстродействием должны обладать также устройства АПВ и АВР. Применительно к релейной защите и автоматике под надеж­ностью понимают свойство этих устройств выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени. Для обеспечения надежности релейная защита и автоматика дол­жны выполняться при помощи высококачественных и надежно ра­ботающих реле и других элементов. Их монтаж должен быть на­дежным, т. е. таким, при котором исключается обрыв проводов, замыкание между ними, ложное срабатывание от механических со­трясений и др. Существенное значение для надежности имеет пра­вильная эксплуатация защиты и автоматики. Состояние всех уст­ройств защиты и автоматики должно периодически проверяться. Так как каждый элемент может оказаться неисправным, то надеж­ность защиты и автоматики тем выше, чем меньшее число элемен­тов они содержат. Особенно важно уменьшение числа наименее надежных элементов, которыми являются контакты реле. Поэтому для увеличения надежности устройства следует стремиться к его упрощению. Существенное повышение надежности устройств ре­лейной защиты и автоматики может быть достигнуто применением бесконтактных элементов. ^ 3. Основные принципы действия релейной защиты Токовые защиты. Защиты, для которых воздействующей вели­чиной является ток, проходящий в месте их включения, получили название токовых. Первыми токовыми защитами, и вообще пер­выми защитами, были плавкие предохранители. В настоящее время, наряду с плавкими предохранителями, ши­роко используют аппараты, получившие название реле. Они позво­ляют выполнять более совершенные защиты. Реле тока являются основными реле токовой защиты. Они приходят в действие при от­клонении величины тока в защищаемом элементе от заданного зна­чения. Реле, действующее при возрастании тока, называется макси­мальным реле тока, а реле, реагирующее на снижение этой величины, - минимальным реле тока. Токовые защиты выполняют с включением реле на полные фазные токи, а также на симметрич­ные составляющие этих токов. В зависимости от способа обеспечения селективности токовые защиты делятся на максимальные токовые и токовые отсечки. В первом случае селективность защиты достигается выбором выдержки времени, тем большей, чем ближе к источнику питания расположена защита, во втором - соответствую­щим выбором тока, при котором защита срабатывает. Рис. 1.1. Схема размещения за­щит в радиальной сети с односто­ронним питанием Рассмотрим действие токовой защиты в радиальной сети с одно­сторонним питанием (рис. 1.1). Комплекты защит 1, 2, 3 установ­лены в начале каждой линии со стороны источника питания. Каж­дая из защит действует на отключение соответствующей линии при повреждении на ней или на шинах противоположной подстанции. В нормальном режиме работы сети ни одна из защит не должна срабатывать. Для этого ток срабатывания защиты Iсз принимает­ся большим, чем ток, проходящий по защищаемому участку в нор­мальном режиме. Под током срабатывания понимают минималь­ный первичный ток защищаемого аппарата, при котором защита срабатывает; ток же, проходящий при этом по обмотке реле, на­зывают током срабатывания реле Iср. При возникновении короткого замыкания, например в точке ^ К, по участкам сети между источником питания и местом поврежде­ния проходит ток повреждения. Этот ток протекает в защитах 1, 2, 3, которые могут прийти в действие. Однако по условию селективно­сти сработать на отключение должна только защита 3. Такое от­ключение может быть обеспечено как максимальной токовой за­щитой, так и токовой отсечкой. Для рассматриваемой сети, защищенной максимальной токовой защитой, это достигается благодаря тому, что защита 3, ближе рас­положенная к точке короткого замыкания, имеет меньшую выдер­жку времени. После отключения поврежденного участка прохож­дение токов короткого замыкания по неповрежденным линиям прекращается. Их защиты 1 и 2, имеющие выдержки времени, большие, чем защита 3, не успе­вают срабатывать на отключе­ние. Рис.2 Максимальные токовые за­щиты могут выполняться с вы­держками времени, не завися­щими от тока в защищаемое участке (рис. 2, кривая 1). Та­кие защиты при повреждении в любой точке защищаемого уча­стка действуют с постоянной, не зависимой от тока выдержкой времени. В их схемах выдержка Рис. 2. Характеристики выдержек времени максимальных токовых защит времени, как правило, создается специальным реле времени. Такая защита называется защитой с независимой характеристикой време­ни. срабатывания. Наряду с этим максимальные токовые защиты могут выполнять­ся с выдержками времени, зависящими от величины тока в защищае­мом участке. Время срабатывания токовой защиты не остается по­стоянным с изменением тока в ней. По мере увеличения тока время срабатывания уменьшается (см. рис. 2, кривая 2). Такой характер изменения выдержек времени имеет максимальная токовая защита, выполненная, например, индукционными реле тока или плавкими предохранителями. Такая защита называется защитой с зависимой или с ограниченно зависимой характеристикой времени срабатывания. По мере удаления точки короткого замыкания от источника пи­тания ток повреждения в месте установки защиты уменьшается. Выбирая ток срабатывания защиты большим, чем максимальный ток, проходящий через нее при коротком замыкании в начале сле­дующего, более удаленного от источника питания участка, мож­но выполнить защиту, действующую на отключение только при повреждении на защищаемом участке. Так обеспечивается селек­тивное действие токовой отсечки. Достоинством токовой отсечки является то, что она действует без выдержки времени, однако за­щищает только часть линии, расположенную ближе к источнику питания. Разновидность токовой отсечки - токовая отсечка с выдержкой времени; в ней используют оба способа обеспечения селективности. ^ Защиты напряжения. Для защиты напряжения воздействующей величиной является напряжение цепи в месте включения защиты. Основное реле защиты - реле напряжения, которое приходит в дей­ствие при отклонении величины напряжения от заданного значения. Защита, срабатывающая при уменьшении напряжения, называ­ется минимальной защитой напряжения. Основным ее реле является минимальное реле напряжения. Защита, предназначенная для дей­ствия при превышении напряжением заданной величины, называ­ется максимальной защитой напряжения; для ее выполнения исполь­зуют максимальное реле напряжения. Защиту можно выполнить с включением реле на полные фазные и междуфазные напряжения, а также на симметричные составляю­щие этих напряжений. Селективное действие защиты напряжения обеспечивается теми же способами, что и у токовых защит. ^ Токовые направленные защиты. Токовая направленная защита действует в зависимости от величины тока и его фазы по отноше­нию к напряжению на шинах подстанции, где защита установлена. Защита срабатывает, если ток превысит заданную величину, а его фаза будет соответствовать короткому замыканию на защищаемом элементе. Такое действие обеспечивается включением в схему за­щиты наряду с реле тока реле мощности, реагирующего на направ­ление мощности КЗ. Токовые направленные защиты, так же как и ненаправленные, бывают с выдержкой времени и мгновенного действия и могут вы­полняться реагирующими на полные напряжения и токи фаз или на их симметричные составляющие. ^ Дистанционные защиты. При КЗ в связи с увеличением тока I в защищаемом элементе и уменьшением напряжения U отношение U/I уменьшается по величине. Поэтому защиту от КЗ можно выпол­нить с учетом изменения величины этого отношения. Такая защита называется дистанционной. Основным ее органом является реле со­противления. Схему защиты выполняют так, что ее выдержка вре­мени находится в зависимости от расстояния между местом уста­новки защиты и точкой КЗ; с увеличением этого расстояния растет и выдержка времени. ^ Дифференциальные защиты. Дифференциальная защита основа­на на принципе сравнения токов или фаз токов по концам защища­емого участка или в соответствующих ветвях параллельно соеди­ненных элементов электрической установки. Связь между сравни­ваемыми токами осуществляется проводами. Дифференциальный принцип позволяет выполнять защиту, как правило, быстродейству­ющей. ^ Высокочастотные защиты. Высокочастотная защита используется в качестве защиты магистральных линий электропередачи. Как и дифференциальная защита, она основана на принципе сравнения между собой однородных электрических величин по концам защи­щаемой линии. Связь между сравниваемыми величинами осуществ­ляется обычно с помощью токов высокой частоты. В качестве ли­нии связи используется сама защищаемая линия. Высокочастотный принцип позволяет выполнить защиту быстродействующей. ^ 4. Автоматические и телемеханические системы регулирования, контроля и управления В задачу регулирования входит поддержание регулируемой ве­личины на заданном уровне или изменение по заранее заданному закону. Совокупность всех элементов, обеспечивающих это, назы­вается автоматической системой регулирования. Регулирование в принципе может осуществляться вручную, без применения автоматики. Например, при необходимости поддержа­ния напряжения на шинах генератора на заданном уровне дежур­ный оператор должен осуществлять контроль за показаниями вольт­метра, измеряющего напряжение на шинах, сравнивать показания с заданным значением, в случае их расхождения воздействовать на шунтовый реостат возбудителя. В данном примере генератор явля­ется объектом регулирования, напряжение - регулируемой величи­ной, вольтметр - измерительным органом (датчиком), шунтовый реостат - исполнительным органом, а управление осуществляется Контроль Управление Рис.3. Структурная схема автома­тической системы регулирования; О - объект; Д - датчик; У- управляющий орган; И - исполнительный орган Контроль А) Управление Б) Рис..4. Структурные схемы автома­тических систем: а - контроля; б - управления; В - воспро­изводящий орган человеком. При автоматическом регулировании наряду с заменой человека управляющим органом появляется необходимость изме­нения и других элементов системы. Структурная же схема обычно остается неизменной, такой, как показано на рис. 3. Автоматическая система регулирования представляет собой зам­кнутую цепь, которая обеспечивает контроль и управление. Имеете с тем в автоматике широко применяются разомкнутые системы, осу­ществляющие только контроль - автоматическая система контро­ля (рис. 4, а) или только управление - автоматическая система управления (рис. 4, б). К автоматической системе управления относятся АПВ и АВР, осуществляющие автоматическое включение и отключение выклю­чателей. Если расстояние между объектом контроля, управления или ре­гулирования и пунктом управления велико, то применяют системы телемеханики: телеконтроля (рис.5, а), телеуправления (рис.5, б) и телерегулирования (рис.5, в). Они отличаются от соответствующих систем автоматики наличием каналов связи, при­емников и передатчиков. ^ 5. Параметры релейной защиты Ток срабатывания защиты Iсз и ток срабатывания реле IСР - ми­нимальные токи, при которых надежно срабатывает защита. Они находятся в определенной зависимости: (1) где kнад - коэффициент надежности, учитывающий погрешности реле и неточности в определении Iс.з (принимается от 1,2 и выше в зависимости от назначения защиты); kВ = IB/ICP- коэффициент воз­врата; Imax -максимальный ток нагрузки; IB - ток возврата, при ко­тором реле возвращается в исходное положение; он меньше тока срабатывания, поэтому kB меньше единицы, kB = 0,8... 0,85 (чем выше kB, тем чувствительнее защита); kCX - коэффициент схемы, kCX=IP/ITT а О Д ) О б И ) Д в О ) Рис.5. Структурные схемы систем телемеханики: а - телеконтроля; б - телеуправления; в - телерегулирования; Пр. - приемник; Пер. - пе­редатчик; Пр.-Пер. - приемопередатчик kCX представляет собой отношение тока в обмотках реле JP к номи­нальному току во вторичной обмотке питающего это реле транс­форматора тока ITT. При соединении трансформаторов тока в звез­ду kCX= 1, при соединении на разность токов двух фаз или в треу­гольник . Надежность действия защиты проверяется по коэффициенту чув­ствительности kЧ, который определяется видом защиты и устанав­ливается ПУЭ: (2) где IКЗmin - минимальный ток короткого замыкания в конце линии или на шинах вторичного напряжения трансформатора. ^ 6. Защита плавкими предохранителями Наряду с основными характеристиками предохранителей используется защитная (времятоковая) харак­теристика предохранителя. Эти типовые характеристики (рис.6) определяются экспериментально и строятся в зависимости от зна­чения тока защищаемой цепи I и от номинального тока IB вставки: (3) Для обеспечения нормального срока службы того или иного элемента электрической установки допускается прохождение по нему токов выше номинальных только в течение ограниченного времени, определяемого тепловой (или перегрузочной) способ­ностью. Эта характеристика представ­ляет собой кривую, выражающую зависимость допустимого времени перегрузки от величины тока. Предохранитель может обеспечить защиту элементов от перегрузки при условии, что его 100 200 500 10002000 50001000020000 Рис.6. Типовые времятоковые характеристики плавких вставок предохра­нителей НПН и НПР защитная характеристика располагается ниже тепловой харак­теристики защищаемого элемента. Защитная характеристика плавкой вставки изменяется в зави­симости от ее материала, длины и формы. Следует учитывать име­ющийся разброс реальных характеристик по данным завода-изго­товителя. При защите сетей предохранителями НПН и НПР с типовыми характеристиками, приведенными на рис.6, селективность дей­ствия защиты будет выполняться. Если между номинальным током плавкой вставки, защищающей головной участок сети IГ, и номиналь­ным током плавкой вставки на ответвлении к потребителю Io (рис.7) выдерживаются определенные соотношения. Например, при небольших токах перегрузки плавкой вставки (около 180... 250%) селективность будет выдерживаться, если IГ больше IO хотя бы на одну ступень стандартной шкалы номинальных токов плавких вставок. При КЗ селективность защиты предохраните­лями типа НПН будет обеспечиваться, если выдер­живаются соотношения, приведенные в табл.1. Соотношения между номинальными токами плавких вставок IГ и IО Для предохранителей типа ПН2, обеспечивающие надежную селективность, приведены в табл.2. Предохранители характеризуются также пре­дельным током отключения. Под предельным то­ком отключения при данном напряжении пони­мается наибольшее действующее значение пери­одической составляющей тока КЗ в любой фазе в первый период протекания тока. IГ IO Рис.7. Схема защиты сети пре­дохранителями Т а б л и ц а 1. Соотношения между токами, обеспечивающие селективность защиты предохранителями (IКЗ/IO) не менее 50 100 200 (IГ/IO) 2,0 2,5 3,3 Примечание. IКЗ - ток КЗ в начале защищаемого участка сети. ^ Таблица 2. Номинальные токи последовательно включенных предохранителей ПН2, обеспечивающих надежную селективность IГ и IO Номинальный ток меньшей плавкой вставки Уд, А Номинальный ток большей плавкой вставки IГ. А, при отношении Iк.зIO 10 20 50 100 и более 30 40 50 80 120 40 50 60 100 120 50 60 80 120 120 60 80 100 120 120 80 100 \ 120 120 150 100 120 120 150 150 120 150 150 250 250 150 200 200 250 250 ,200 250 250 300 300 250 300 300 400 Более 600 300 400 400 Более 600 — 400 500 Более 600 — —

Похожие:

	Учебное пособие по предмету «Электроснабжение объектов аэропортов» ...		Учебное пособие для студентов очной и заочной форм обучения по специальности... Методические указания предназначены для студентов специальности 140211 «Электроснабжение» дневной и заочной формы обучения
	Учебное пособие Электронное издание; Эксмо, 2009, 305 стр. Пособие... Пособие предназначено для подготовки к экзаменам по предмету «история экономики». В числе тем: история мировой экономики, история...		Кейн экология упражнения, задачи и задания в тестовой форме учебное пособие Учебное пособие предназначено для проведения практических работ по курсу Экология на технических специальностях. Учебное пособие...
	Исследование электрических цепей учебное пособие Часть III челябинск Учебное пособие предназначено для выполнения лабораторных работ по дисциплине «Теоретические основы электротехники» студентами энергетических...		Учебное пособие Медицинская подготовка командного состава судов: Учебное пособие. М.: Мортехинформреклама, 1993. 152с
	Экономика учебное пособие Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся на лечебном факультете		Ценообразование (учебное пособие) Учебное пособие предназначено для студентов экономической специальности 080502, аспирантов, преподавателей и слушателей профессиональной...
	I : Учебное пособие/ Под ред. И. А. Жеребкиной ...		Учебное пособие Омск 2012 удк 616. 8(075) ббк 56. 12я73 Учебное пособие предназначено для студентов старших курсов медицинских вузов