Скачать 0.5 Mb.
|
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 ^ электромеханического оборудования аэропортов». Составил: Мищенко В.А., преподаватель ^ Бедрик Н.В. , зав. отделением. Учебное пособие соответствует учебной программе по предмету «Электроснабжение объектов» ^ 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
Глава 1 ^ 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. ^ 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. ^ 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 ^ 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. ![]() 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. ^ 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. ^ 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. ^ 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. ^ 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. ^ 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. ^ 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 ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 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. ^ Ток срабатывания защиты Iсз и ток срабатывания реле IСР - минимальные токи, при которых надежно срабатывает защита. Они находятся в определенной зависимости: ![]() 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: ![]() где IКЗmin - минимальный ток короткого замыкания в конце линии или на шинах вторичного напряжения трансформатора. ^ 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: ![]() 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. ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Рис.7. Схема защиты сети предохранителями Т а б л и ц а 1. Соотношения между токами, обеспечивающие селективность защиты предохранителями
Примечание. IКЗ - ток КЗ в начале защищаемого участка сети. ^ Г и IO
|
![]() | ... | ![]() | Методические указания предназначены для студентов специальности 140211 «Электроснабжение» дневной и заочной формы обучения |
![]() | Пособие предназначено для подготовки к экзаменам по предмету «история экономики». В числе тем: история мировой экономики, история... | ![]() | Учебное пособие предназначено для проведения практических работ по курсу Экология на технических специальностях. Учебное пособие... |
![]() | Учебное пособие предназначено для выполнения лабораторных работ по дисциплине «Теоретические основы электротехники» студентами энергетических... | ![]() | Медицинская подготовка командного состава судов: Учебное пособие. М.: Мортехинформреклама, 1993. 152с |
![]() | Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся на лечебном факультете | ![]() | Учебное пособие предназначено для студентов экономической специальности 080502, аспирантов, преподавателей и слушателей профессиональной... |
![]() | ... | ![]() | Учебное пособие предназначено для студентов и аспирантов, изучающих социологию культуры. Содержание курса соответствует Государственному... |