1. №1. Назначение устройств релейной защиты. Требования, предъявляемые к устройствам релейной защиты.

Релейная защита – это часть электрической автоматики, предназначенная для выявления и автоматического отключения поврежденного электрооборудования.

Некоторые устройства релейной защиты предназначены для выявления не повреждении, а ненормальных режимов работы электрооборудования, (перегрузка трансформатора, замыкание на землю одной фазы в сети с изолированной нейтралью, выделение газов в результате разложение и т.д)

Виды технологической электроавтоматики:

1. автоматическое повторное включение (АПВ)

2. автоматическое включение резервного питания (АВР - автоматический ввод резерва)

3. автоматическое регулирование возбуждения генераторов и синхронных двигателей (АРВ)

4. автоматическая регулировка батарей статических конденсаторов

5. автоматика охлаждения силовых трансформаторов

6. определения места повреждения линий электропередачи (ОМП)

Основные требования к релейной защите.

1. 1. Быстродействие:

2. Быстродействие — это свойство релейной защиты, характеризующее скорость выявления и отделения от электроэнергетической системы повреждённых элементов. Показателем быстродействия является время срабатывания защиты — это интервал времени от момента возникновения повреждения до момента отделения от сети повреждённого элемента.

Современные устройства быстродействующей РЗ имеют время действия 0,02-0,1 сек.

Распредустройства 0,05-0,1 ,

2. Селективность:

Селективностью – называется способность РЗ выявлять место повреждения и отключать его только ближайшему к нему выключателю.

По способу обеспечения селективности все защиты разделяются на два вида:

а) защиты с абсолютной селективностью

б) и защиты с относительной селективностью

Защиты с абсолютной селективностью по принципу своего действия работают только при повреждении защищаемого элемента.

Защиты с относительной селективностью по принципу свого действия могут срабатывать при повреждениях, как защищаемого элемента, так и соседних элементов.

Защиты с относительной селективностью, как правило, выполняются с выдержкой времени, что является их недостатком.

Защиты с абсолютной селективностью выполняются без выдержки времени, что является их достоинством.

РЗ должна отключать поврежденную ЛЭП выключателем, ближайшим к месту повреждения. При таком действии РЗ электроснабжение всех потребителей, кроме питавшихся от поврежденной ЛЭП, сохраняется.

3 . Надежность. Требование надежности состоит в том, что РЗ должна безотказно работать при повреждении в пределах установленной для нее зоны и не должна работать неправиль­но, когда работа ее не предусматривается. Отказ в работе или неправильное действие РЗ приводят к дополнительному на­рушению электропитания потребителей, а иногда к авариям системного значения. Например, при КЗ в точке К1 (рис. 1.13) и отказе Р31 сработает РЗЗ, в результате чего дополнительно отключатся подстанции II и III, а при неправильной работе Р34 в нормальном режиме отключится ЛЭП W4, и потребители подстанций I-IV потеряют питание.

Надежность устройств РЗ обеспечивается простотой их схем, уменьшением в них количества элементов, реле, контактных соединений, простотой и надежностью применяемых конструк­ций и схем, реле, полупроводниковых элементов, качеством изготовления вспомогательной аппаратуры и монтажных ма­териалов, качеством самого монтажа и контактных соедине­ний, а также периодической проверкой исправности РЗ в про­цессе эксплуатации. Важное значение для надежности РЗ имеет автоматический и тестовый контроль за ее исправностью. Общие принципы выполнения РЗ элементов энергосистемы регламентируются ПУЭ, Руководящими указаниями по релейной защите.

4. Чувствительность - это свойство, характеризующее способность релейной защиты выявлять повреждения в конце установленной для неё зоны действия в минимальном режиме работы энергосистемы. Другими словами — это способность чувствовать те виды повреждений и ненормальных режимов, на которые она рассчитана, в любых состояниях работы защищаемой электрической системы. Показателем чувствительности выступает коэффициент чувствительности, который для максимальных защит (реагирующих на возрастание контролируемой величины) определяется как отношение минимально возможного значения сигнала, соответствующего отслеживаемому повреждению, к установленному на защите параметру срабатывания (уставке).

Требования к РЗ от ненормальных режимов. Эти РЗ также должны обладать селективностью, чувствительностью и надеж­ностью. Быстроты действия от них, как правило, не требуется. Отключение оборудования при ненормальном режиме должно производиться только тогда, когда создается опасность его повреждения. Если устранение ненормальных режимов может произвести дежурный персонал с соблюдением t_non, РЗ от не­нормальных режимов может выполняться с действием только на сигнал.

2. №2. Электромагнитное реле. Принцип действия, ток срабатывания, регулирование тока срабатывания.

Принцип действия электромагнитных реле

а) Основные типы электромагнитных реле На электромагнитном принципе выполняются реле трех основных типов:

а) реле с втягивающимся якорем,

б) реле с поворотным якорем

в) реле с поперечным движением якоря.

Работа электромагнитных реле основана на использовании электромагнитных сил, возникающих в металлическом сердечнике при прохождении тока по виткам его катушки. Детали реле монтируются на основании и закрываются крышкой. Над сердечником электромагнита установлен подвижный якорь (пластина) с одним или несколькими контактами. Напротив них находятся соответствующие парные неподвижные контакты. Реле с втягивающимся якорем (рис. 3-1) состоит: из неподвижного сердечника (полюса) 1, катушки (обмотки)7, стального якоря 2, подвижного контакта 4, укрепленного на якоре с помощью изоляционной планки, неподвижных контактов 3, упора 6 и противодействующей пружины 5.

П ри отсутствии тока, в реле якорь под влиянием пружины и собственного веса находится в нижнем положении, на упоре. При подаче тока в катушку реле возникает магнитный поток, который намагничивает сердечник 1 и якорь 2. В результате этого якорь притягивается к сердечнику и укрепленный на нем контакт 4 замыкает контакты 3. С помощью электромагнитной системы такого типа выполняются реле прямого действия, отключающие и включающие электромагниты приводов выключателей и другие аппараты. Реле с поворотным якорем (рис. 3-2, а) и реле с поперечным движением якоря (рис. 3-2, б) состоят из стального сердечника (магнитопровода) 1, катушки (обмотки) 7, стального якоря 2, подвижного контакта 4, укрепленного на якоре (рис. 3-2, а) или на оси якоря (рис. 3-2, б), неподвижных контактов 3, упора 6 и противодействующей пружины 5. Действие этих реле аналогично действию рассмотренного выше реле с втягивающимся якорем.

б) Ток срабатывания и ток возврата реле Момент притяжения якоря реле к неподвижному сердечнику называется- моментом срабатывания реле, а наименьший ток, при котором оно срабатывает, называется - током срабатывания реле и обозначается I_C.P. Если после срабатывания реле постепенно уменьшать ток в его обмотке, то электромагнитная сила будет уменьшаться, и, когда она станет меньше противодействующей механической силы, якорь реле вернется в исходное положение. Момент возвращения якоря в исходное положение называется - моментом возврата реле, а наибольший ток, при котором происходит возврат реле, называется - током возврата реле и обозначается I_B.P. У реле максимальных ток (напряжение) срабатывания больше тока (напряжения) возврата, поэтому коэффициент возврата у этих реле всегда меньше единицы.

в) Способы регулирования тока срабатывания Факторы зависящие на ток срабатывания, и величину тока срабатывания можно регулировать (изменять) следующими способами: 1. Изменением противодействующей механической силы (сила отключения реле)- F_{Mеханическая}, что достигается изменением натяжения противодействующей пружины 5 (рис. 3-1 и 3-2). Чем сильнее натянута пружина, тем больший ток нужно пропустить через обмотку реле для создания электромагнитной силы, достаточной для преодоления увеличенной противодействующей силы пружины. Следовательно, при увеличении натяжения пружины ток срабатывания реле увеличивается. Такой способ регулирования тока срабатывания используется во многих конструкциях реле. 2. Изменением расстояния l (рис. 3-1) между якорем и неподвижным сердечником. Чем больше l, тем больший ток нужно пропустить через обмотку реле для создания электромагнитной силы, достаточной для притяжения якоря, удаленного от сердечника на увеличенное расстояние. Следовательно, при увеличении первоначального расстояния между якорем и сердечником ток срабатывания реле увеличивается

3. Изменением числа витков обмотки реле. Чем больше витков будет иметь обмотка реле, тем меньший ток нужно через нее пропустить для создания той же электромагнитной силы, величина которой пропорциональна произведению тока на число витков. г) Работа электромагнитных реле на переменном токе . При периодическом изменении направления переменного тока, проходящего по обмотке электромагнитного реле, также периодически изменяется полярность намагничивания как сердечника, так и якоря реле. Поэтому сердечник и якорь всегда обращены друг к другу разноименными полюсами и притягиваются.

Следовательно, направление силы притяжения якоря не зависит от направления тока в обмотке реле, и поэтому электромагнитные реле могут применяться как для постоянного, так и для переменного тока. Однако при включении обмотки электромагнитного реле в цепь переменного тока сила притяжения якоря также будет переменной по величине и, как показано на рис. 3-3, будет изменяться с двойной частотой от нуля до наибольшего значения.

Т аким образом, если частота переменного тока составляет 50 Гц, то сила притяжения якоря будет 100 раз в течение 1 с достигать наибольшего значения и 100 раз становиться равной нулю. Вследствие этого, когда электромагнитная сила притяжения F_Э, уменьшаясь, становится меньше противодействующей силы F_M, создаваемой пружиной и весом якоря, якорь будет отходить, а затем вновь притягиваться при нарастании силы притяжения. Эти колебания якоря (вибрация) ухудшают работу контактов реле, вызывают их подгорание и неприятное гудение реле. Особенно нежелательна вибрация у реле, работающих нормально с притянутым якорем (например, магнитные пускатели). Для устранения вибрации на часть полюса сердечника насаживается медный короткозамкнутый виток, называемый экраном (рис. 3-4). Благодаря этому магнитный поток, создаваемый током, проходящим по обмотке реле, расщепляется на два потока Ф ₁ и Ф₂, сдвинутые между собой на некоторый угол. Каждый магнитный поток будет создавать силу притяжения якоря F_Э1 и F_Э2. В результате суммарная сила притяжения F_Э.СУМ равная F_Э1+ F_Э2, будет иметь незначительные колебания и всегда будет превышать противодействующую силу пружины и веса якоря F_М. Поэтому реле с экранами вибрации подвижной системы не имеют.

3. №3. Максимальная токовая защита (МТЗ). Принцип действия, структурная схема. Выбор выдержек времени. Область применения, достоинства и недостатки.

Токовые РЗ подразделяются на:

а ) максимальные то­ковые РЗ

б) и токовые отсечки.

Главное различие между этими РЗ заключается в способе обеспечения селективности.

Селективность действия максимальных токовых РЗ дости­гается с помощью выдержки времени. Селективность токовых отсечек обеспечивается соответствующим выбором тока сра­батывания

Максимальные то­ковые РЗ

Они устанавливаются в начале каждой ЛЭП со стороны источника питания. Каждая ЛЭП имеет самостоятельную РЗ, отключающую ЛЭП в случае повреждения на ней самой или на шинах питающейся от нее ПС, и резервирующую РЗ соседней ЛЭП.

При КЗ в какой-либо точке сети, например в точке К1 (рис. 4.1, а), ток КЗ проходит по всем участкам сети, расположен­ным между источником питания и местом повреждения, в результате чего приходят в действие все РЗ (1, 2, 3, 4). Однако по условию селективности сработать на отключение должна только РЗ 4, установленная на поврежденной ЛЭП. Для обес­печения указанной селективности МТЗ выполняются с выдерж­ками времени, нарастающими от потребителей к источнику питания, как это показано на рис. 4.1,6. При соблюдении это­го принципа в случае КЗ в точке К1 раньше других сработает МТЗ 4 и отключит поврежденную ЛЭП. Защиты 1, 2 и 3, имеющие большие выдержки времени, вернутся в начальное положение, не успев подействовать на отключение. Соответственно при КЗ в точке К2 быстрее всех сработает МТЗ 3, а МТЗ I и 2, име­ющие большее время, не успеют подействовать.

Уставку (или величину тока, при которой срабатывает защита) выбирают, исходя из наименьшего значения тока короткого замыкания в защищаемой сети (при разных повреждениях токи короткого замыкания отличаются). Однако при выборе уставки следует так же учитывать характер работы защищаемой сети. Например, при самозапуске электродвигателей после перерыва питания, значение силы тока в сети может быть выше номинального, и защита не должна его отключать.

Достоинства МТЗ:(максимальная токовая защита)

1. Возможность осуществления резерва защит, последующего участка линии. Селективность.

2. Гибкость выбора реле, так как имеется возможность изменения выдержки времени.

Недостатки МТЗ: максимальная токовая защита

1. Из-за выдержки времени происходит рост тока короткого замыкания ближе к источнику питания.

2. Невозможность осуществления дальнего резервирования защит.

3. Высокая стоимость к токовой отсечки–отсекает сразу без выдержки времени (по току).

Разновидности максимальной токовой защиты.

Максималь­ные токовые защиты выполняются на:

а) электромеханических и статических реле прямого и косвенного действия

Рис. Схемы включения трех-токовых реле МТЗ трансформаторов 10 кВ с обмотками «треугольник-звезда», и «звезда-треугольник».

4. №4. Схема электроснабжения с использованием МТЗ.

5. №5. Трансформаторы тока и напряжения в схеме релейной защиты.

6. Трансформатор напряжения включается последовательно, а трансформатор тока паралельно.

7. №6. Реле направления мощности.

Реле направления мощности

Назначение и требования к реле. Реле направления мощности (РНМ) реагируют на значение и знак мощности S, полведенной к их зажимам. Они используются в схемах как орган, определяющий по направлению (знаку) мощности (протекающей по защищенной ЛЭП)*. где произошло повреждение - на защищаемой ЛЭП или на других присоединениях, отходящих от шин подстанции (рис. 2.32, о). В первом случае при КЗ в К1 мощность КЗ S*, направлена от шин в ЛЭП, и РНМ должно срабатывать и замыкать свои контакты, во втором - при КЗ в К2 - мощность КЗ S_K2 направлена к шинам, в этом случае реле не должно замыкать контакты.

(РМ) применяются в различных устройствах релейной защиты для определения знака мощности при К.З.

Реле имеет две обмотки. Одна из них подключается к ТТ и обтекается вторичным током Iр, а вторая- к ТН и обтекается током, пропорциональным напряжению Uр на зажимах обмотки.

Каждый из токов создает магнитный поток. Поскольку один из магнитных потоков пропорционален току Iр, а второй напряжению Uр, то вращающий момент возникающий на подвижной части реле оказывается пропорциональным величине мощности на зажимах реле, а его направление (знак) зависит от направления этой мощности.

В схемах релейной защиты используется главным образом однофазные индукционные реле направления мощности с цилиндрическим ротором типов РБМ-170 и РБМ-270.

Токовая обмотка расположенная на полюсах и создает через них проходящий магнитный поток Фт. Обмотка напряжения расположенная на ярме и состоит из четырех секций, который соединены между собой так, что магнитный поток Фн создаваемый ими проходил через другую пару полюсов. При таком выполнении обмоток магнитный потоки Фт иФн оказываются сдвинутыми в пространстве относительно друг друга на угол 90⁰. Магнитные потоки Фт и Фн создают токи в стенках алюминиевого сердечника пропорциональные им на угол y токи I_dт и I_dн. В результате взаимодействия магнитного потока Фт с током I_dн и Фн с током I_dт на цилиндр действуют силы:

Суммарная сила   создает на цилиндре вращающий момент Мвр, под действием которого цилиндр поворачивается и с помощью подвижных контактов замыкает неподвижные

Таким образом, рассмотренное реле реагирует не только на величину мощности, но и на ее направление, т.е. является направленным.

Изменение знаков момента происходит при изменении направления тока в токовой обмотке или обмотке напряжения. Изменение направления Iр может происходить в токовой обмотке реле при изменении направления первичного тока и при изменении схемы подключения токовой обмотки к ТТ. Изменение направления тока Iн в обмотке напряжения реле может быть при изменении схемы подключения этой обмотки к ТН.

Таким образом знак Мвр зависит от схемы включения тока и напряжения. При согласном включении Мвр положителен, т.к. ток протекает от начала к концу обмотки или наоборот от конца к началу в обоих обмотках. Зажимы обмоток, на которые выведены начало обмоток называются однополярными и обозначаются точками (звездочками).

Для защит линий промышленностью выпускаются реле направления мощности двух основных типов:

1. Реле типа РБМ-171 одностороннего и РБМ-271 двухстороннего действия. Применяется для схем защит от междуфазных К.З. ВЛ.

К РМ в защитах от замыканий на землю подводиться ток и напряжение нулевой последовательности. Токовая обмотка этого реле включается обычно в нулевой провод трех ТТ, соединенных в звезду. Для питания обмотки напряжения реле используется в большинстве случаев специальные обмотки ТН, соединенные на сумму фазных напряжений (разомкнутый треугольник).

Я вление самохода. Самоходом называют срабатывание РНМ при прохождении тока только в одной его обмотке - токовой или напряжения. Реле, имеющее самоход от тока, может не­правильно сработать при обратном направлении мощности, когда повреждение возникает в непосредственной близости от реле в зоне его недействия, в результате чего напряжение на его зажимах будет равно нулю.

Причиной самохода обычно является несимметрия магнит­ных систем реле относительно цилиндрического ротора.

8. №7. Токовая отсечка.

Отсечка является разновидностью МТЗ, позволяющей обес­печить быстрое отключение КЗ. Токовые отсечки подразделяются на отсечки мгновенного действия и от­сечки с выдержкой времени.

То́ковая отсе́чка — вид релейной защиты, действие которой связано с повышением значения силы тока на защищаемом участке электрической сети.

Принцип действия

Предохранитель с плавкой вставкой

Устройства данной защиты контролируют величину силы тока на защищаемом участке. В случае увеличения силы тока выше определённого значения защита срабатывает на отключение этого участка. Значение величины силы тока, при котором срабатывает защита, называется уставка. Уставку обычно выбирают таким образом, чтобы цепь обесточилась быстрее, чем в ней произойдут серьёзные разрушения. Реализуют токовую отсечку разными способами. Чаще всего для отключения применяют электромагнитные реле тока, в которых под воздействием электромагнитной силы замыкаются контакты, выдавая сигнал на отключение выключателя защищаемого элемента. По тому же принципу действуют различные автоматические выключатели. Температура, повышающаяся за счет электрического тока, является воздействующей величиной для других защитных электрических аппаратов: предохранителей. При достижении определённого значения температуры плавкая вставка в предохранителе разрушается, обрывая электрическую цепь.

Особенности

Величина электрического тока, протекающего через цепь во время короткого замыкания, зависит от того, в каком месте это замыкание произошло. Чем это место ближе к источнику тока, тем больше величина силы тока. Это свойство позволяет обеспечивать данной защитой требование селективности. Для того, чтобы защита срабатывала непосредственно на том участке, на котором она установлена, её уставку принимают большей, чем значение силы тока короткого замыкания вне защищаемого участка. В этом случае защита не сработает, если короткое замыкание произойдёт вне защищаемого участка. Благодаря этому, токовую отсечку называют защитой с абсолютной селективностью.

В отдельных случаях токовая отсечка может быть выполнена неселективной. В этом случае она защищает не отдельный участок линии, а всю линию целиком. Выполнение такой защиты оправдано тем, что сразу после её действия начинает работать устройство АПВ. Если АПВ оказывается неуспешным, то срабатывает дифференциальная защита шин.

Автомати́ческое повто́рное включе́ние (АПВ) — одно из средств релейной защиты, повторно включает отключившийся выключатель через определённое время, бывает однократного, двукратного и трехкратного действия ( в некоторых современных схемах возможно до восьми циклов АПВ).

Достоинства токовой отсечки:

1. Дешевизна

2. Мгновение отключение тока короткого замыкания (без выдержки времени)

3. Возможность обеспечения ближнего резервирования защит.

Недостатки токовой отсечки:

1. Невозможно обеспечить защиту с относительной селективностью

2. Большое количество аппаратов релейной защиты по сравнению с МТЗ

Токовая отсечка применяется без выдержки времени, поэтому ее использование не подразумевает относительную селективность релейной защиты. (Автомат низковольтный, токовое реле без выдержки времени).

№8. Погрешности трансформаторов тока, пути их снижения.

№9. Схема релейной защиты АД (Uном. АД=380 В).

Для этих электродвигателей применяются мгновенная РЗ от междуфазных КЗ, РЗ от перегрузки, РЗ минимального напряжения. Защита от КЗ осуществляется с помощью плавких предохранителей, а также максимальных токовых реле прямого или косвенного действия. На электродвигателях напряжением до 500 В широко применяются аппараты, в которых совмещены устройства РЗ и управления - магнитные пускатели и автоматические выключатели.

Магнитными пускателями- называются трехфазные автоматические выключатели низкого напряжения (контакторы), рассчитанные на разрыв нормального рабочего тока двигателя и тока его перегрузки. Отключение токов КЗ при применении магнитного пускателя возлагается на последовательно с ним включаемые предохранители.

Магнитные пускатели (рис. 19.17) в большинстве случаев не имеют защелки и во включенном положении удерживаются действием электромагнита YA, обмотка которого подключена на напряжение питания. Включение магнитного пускателя осуществляется нажатием кнопки SB1. При этом замыкается цепь обмотки удерживающего электромагнита, якорь которого притягивается и замыкает механически связанные с ним силовые контакты. Кнопка SB1 имеет самовозврат, поэтому после ее размыкания цепь обмотки электромагнита остается замкнутой через вспомогательный контакт SQ, шунтирующий кнопку SB1. Для отключения пускателя вручную служит кнопка SB2, при нажатии которой разрывается цепь удерживания электромагнита, и якорь его, отпадая, размыкает силовые контакты YA1: При понижении напряжения питающей сети электромагнит отпадает, и электродвигатель отключается, чем осуществляется защита минимального напряжения. После восстановления напряжения магнитный пускатель сам включиться не может - включение его должно вновь осуществляться вручную. Защита электродвигателя от перегрузки выполняется тепловыми реле КА1 и КА2. Тепловые реле настраиваются таким образом, чтобы они не срабатывали от токов, проходящих при пуске и самозапуске электродвигателя. Схема включения цепей магнитного пускателя, приведенная на рис. 19.17, применяется для защиты неответственных электродвигателей, подверженных технологической перегрузке. В случае, если электродвигатель не подвержен перегрузкам, из схемы исключаются контакты тепловых реле. На ответственных электродвигателях, которые не должны отключаться при снижениях напряжения, вместо кнопок управления SB1 и SB2 устанавливается однополюсный рубильник S, которым производится включение и отключение электродвигателя. После восстановления напряжения магнитный пускатель вновь включается, так как рубильник S остается замкнутым.

Рис. 19.17. Схема зашиты электродвигателя напряжением г.о 500 В с магнитным пускателем и ТОКОВОЙ ОТСЕЧЬКОЙ

9. №10. Газовая защита трансформаторов (принцип действия, на какие повреждения реагирует, достоинства и недостатки).

П ринцип действия и устройство газового реле. Газовая защи­та получила широкое распространение в качестве весьма чув­ствительной защиты от внутренних повреждений трансформа­торов. Повреждения трансформатора, возникающие внутри его кожуха, сопровождаются электрической дугой или нагре­вом деталей, что приводит к разложению масла и изоляцион­ных материалов и образованию летучих газов. Будучи легче масла, газы поднимаются в расширитель 2, который является самой высокой частью трансформатора (рис. 16.42) и имеет сообщение с атмосферой. При интенсивном газообразовании, имеющем место при значительных повреждениях, бурно рас­ширяющиеся газы создают сильное давление, под влиянием которого масло в кожухе трансформатора приходит в движение, перемещаясь в сторону расширителя.

Таким образом, образованиие газов в кожухе трансформато­ра и движение масла в сторону расширителя могут служить признаком повреждения внутри трансформатора. Эти призна­ки используются для выполнения специальной защиты при помощи газовых реле, реагирующих на появление газа и дви­жения масла. Газовое реле 1 устанавливается в трубе, соеди­няющей кожух трансформатора с расширителем так, чтобы че­рез него проходили газ и поток масла, устремляющиеся в рас­ширитель при повреждениях в трансформаторе. В трубе преду­смотрена задвижка, которая закрывает ее автоматически при срабатывании газовой защиты, предотвращая поступление масла из расширителя в бак поврежденного трансформатора (для ограничения пожара в баке).

Конструкции газовых реле имеют три разновидности, различающиеся принципом исполнения реагирующих элемен­тов, в виде: поплавка, лопасти, чашки.

Внутри кожуха реле расположены два подвиж­ных поплавка 2а и 26, выполненные в виде тонкостенных по­лых цилиндров, герметически запаянных и плавающих в мас­ле. Каждый поплавок свободно вращается на оси, закрепленной на стойке. На торце поплавков располагаются ртутные контак­ты 3, представляющие собой стеклянные колбочки с впаян­ными в них контактами и ртутью внутри. При определенном положении поплавков ртуть замыкает контакты. Выводы от контактов на наружную сторону кожуха выполнены с помощью гибких и изолированных проводников. Контакты верхнего по­плавка действуют на сигнал, а нижнего - на отключение транс­форматора. Кожух реле находится ниже уровня масла в расши­рителе, поэтому он всегда заполнен маслом. Поплавки, стре­мясь всплыть, занимают верхнее положение, их контакты разомкнуты.

При небольших повреждениях образование газа происходит медленно, и он небольшими пузырьками поднима­ется к расширителю. Проходя через реле, пузырьки газа запол­няют верхнюю часть его кожуха, вытесняя оттуда масло. По мере понижения уровня масла верхний контакт опускается и через некоторое время замыкается.

Если повреждение трансформатора значительное, то под влиянием давления, создаваемого бурно образующимися га­зами, масло приходит в движение, сообщая толчок нижнему поплавку. Под его воздействием поплавок мгновенно замы­кает свои контакты, посылая импульс на отключение.

Сигнализация о небольших повреждениях вместо отключе­ния позволяет дежурному персоналу перевести нагрузку на другой источник питания и отключить после этого трансфор­матор.

Газовая защита реагирует также на понижение уровня масла в трансформаторе. В этом случае первым сработает сигнальный контакт, а затем при продолжающемся снижении уровня мас­ла срабатывает отключающий контакт, выключая трансфор­матор.

Особенности газовой защиты:

По своему принципу действия газовая защита может рабо­тать не только при повреждениях и опасных ненормальных режимах, но и при появлении в кожухе трансформатора воздуха, при толчках (движении) масла, вызванных любой причиной, и механических сотрясениях, имеющих место вследствие вибрации корпуса трансформатора.

Для предупреждения неправильного отключения трансфор­матора отключающая цепь защиты при доливке масла переводится на сигнал.

Для предотвращения ложного срабатывания нижнего по­плавка газового реле от толчков масла принято регулировать его на скорость движения масла 50-160 см/с.

Требования к монтажу защит. На трансформаторах, снаб­женных газовым реле, бак (кожух) трансформатора должен устанавливаться наклонно, чтобы край трансформатора, свя­занный с расширителем, и сама труба к расширителю имели подъем на 1,5-2% (см. рис. 16.42). Этим обеспечивается беспрепятственный проход газов в расширитель при повреждениях и предотвращается возможность скопления пузырьков возду­ха под крышкой кожуха трансформатора, которое может по­влечь за собой ложное действие защиты.

На открытых ПС следует обеспечить надежную защиту вы­водов на крышке газовых реле от попадания на них влаги. Выводы от контактов газового реле можно выполнять только кабелем с бумажной изоляцией.

Оценка газовой защиты. Основными достоинствами газо­вой защиты являются:

а) простота ее устройства, высокая чувствительность

б) малое время действия при значительных по­вреждениях, действие на сигнал или отключение в зависимости от размеров повреждения.

в) газовая защита является наиболее чувствительной защитой трансформатора от повреждения его обмоток и особенно при витковых замыканиях.

Все масля­ные трансформаторы мощностью 1000 кВ и выше поставляют­ся вместе с газовой защитой.

Газовая защита не действует при повреждениях на выводах трансформатора, поэтому должна дополняться второй защи­той от внутренних повреждений. Для маломощных трансформа­торов такой защитой служат МТЗ и токовая отсечка. Для мощ ных трансформаторов применяется более совершенная дифференциальная РЗ.

Газовая защита применяется также на маслонаполненных реакторах и дугогасящих катушках.

из рекомендации

Э то значит газовая защита трансформаторов установлена на масляных трансформаторах, реагирует на короткое замыкание витковое, масло начинает греться, начинает расщепляться на газы. Газы действуют на чувствительный элемент газовой защиты (бывает: лопастная, поплавковая, лопаточная и др.) действует на то, что выдает сигнал о неисправности трансформатора и если неисправность продолжает расти, то она (т.е. РЗ) отключает трансформатор. Надо знать где само газовое реле установлено, в каком месте (где-то вверху трансформатора). Его чувствительные элементы стоят в патрубке который идёт от расширителя к баку. Как работают поплавковые элементы (бывают однопоплавковые, двухпоплавковые). Если двухпоплавковое, то первый срабатывает на сигнализацию, а второй на отключение. Одно поплавковый или сразу на отключение или только на сигнализацию, но чаще сигнализация. Надо не забыть как контакты у газового реле стоят и срабатывают. Если она поплавковая, то контактов внутри поплавка нет. Внутри есть ртуть и если поплавок меняет свой угол наклона под действием масла, то ртуть встает между контактами и происходит их замыкание. Знать достоинства, недостатки. Из достоинств: она очень чувствительна ( как только масло начинает нагреваться, то газы мгновенно на это реагируют)

№11. Виды повреждений в электроустановках.

Большинство повреждений в ЭЭС приводит к коротким за­мыканиям (КЗ) фаз между собой или на землю (рис. 1.2). В об­мотках электрических машин и трансформаторов могут также возникать КЗ между витками одной фазы. Основными при­чинами повреждений являются: нарушения изоляции токове-дущих частей, вызванные ее старением, перенапряжениями, механическими повреждениями; повреждения проводов и опор ЛЭП, вызванные их неудовлетворительным состоянием, гололедом, ураганным ветром, "пляской проводов" и другими причинами; ошибки персонала при операциях (отключение разъединителей под нагрузкой или включение их на ошибоч­но оставленное заземление и др.)

При КЗ в контуре накоротко замкнутой ЭДС источника пи­тания (генератора) возникает большой ток. Короткие замыка­ния подразделяются на:

а) трехфазные КЗ, б) двухфазные КЗ, в) одно­фазные на землю КЗ, г) и двухфазные на землю КЗ (рис. 1.2).

Во время КЗ вследствие увеличения тока возрастает паде­ние напряжения в элементах энергосистемы, что приводит к понижению напряжения во всех точках сети.

П роисходящие при КЗ увеличение тока и снижение напря­жения приводят к ряду тяжелых последствий:

а) Проходя по неповрежденному оборудованию, ток КЗ нагревает его выше допустимого преде­ла, что может вызвать повреждение изоляции и токоведущих частей;

б) при протекании больших токов КЗ усиливаются электро­динамические взаимодействия между проводниками, сопро­вождающиеся значительными механическими напряжениями;

в) понижение напряжения при КЗ нарушает работу потреби­телей: синхронных и асинхронных электродвигателей, освети­тельных установок и других электроприемников (рис. 1.3,6);

г) снижение напряжения может сопровождаться нару­шением устойчивости параллельной работы ге­нераторов, что приводит к распаду энергосистемы и прекра­щению электроснабжения части или всех потребителей.

Особым видом повреждения являются замыкания на землю одной фазы в сети с изолированной нейтралью или заземлен­ной через большое сопротивление дугогасящего реактора (ДТР) или большое активное сопротивление. На рис. 1.2, д видно, что замыкание на землю в сети с изолированной нейтралью не вызывает КЗ, так как ЭДС поврежденной фазы не шунти­руется появившимся соединением с землей. Возникающий при этом в месте повреждения ток КЗ замыкается через емкость С проводов неповрежденных фаз (В и С) сети относительно зем­ли и имеет поэтому, как правило, небольшое значение. Между­фазные напряжения при этом виде повреждения остаются не­изменными. Благодаря этому однофазное замыкание на землю в сетях с изолированной нейтралью не отражается на работе потребителей и не нарушает синхронной работы генера­торов. Однако этот вид повреждения вызывает перенапряже­ния в сети, что представляет опасность с точки зрения возмож­ности нарушения изоляции относительно земли двух неповреж­денных фаз (В и С) и перехода однофазного замыкания на зем­лю в междуфазное КЗ или двойное замыкание на землю.

В установках с большими токами замыкания на землю, нейтрали присоединены к заземляющим устройствам непосредственно или через малое сопротивление. Такие установки называются – установками с глухо-заземленной нейтралью.

В установках с глухо-заземленной нейтралью всякое замыкание на землю, является коротким замыканием и сопровождается большим током.

Рис. Трех фазная четерёх-проводная сеть напряжением 380-220 В, с глухо-заземленной нейтралью, при коротком замыкании одной фазы на землю.

В установках напряжением до 1 кВ применяют 4-ех проводные и 3-ех проводные сети, как с глухо-заземленной, так и с изолированной сетью.

В установках имеющих малые токи замыкания на землю, нейтрали присоединены к заземляющим устройствам через элементы с большими сопротивлениями, такие установки называются – установками с изолированной нейтралью. В установках с изолированной нейтралью замыкание одной из фаз на землю не является коротким замыканием.

Рис. Трехфазная сеть с изолированной нейтралью: схема протекания емкостных токов при однофазном замыкании на землю.

Сети напряжения до 1 кВ с изолированной нейтралью являются, как правило, малоразветвленной, к ним так же относятся трехпроходные сети напряжением 380 и 660 В.

Электроустановки с изолированной нейтралью следует применять при повышенных требованиях в отношениях безопасности (торфяные разработки, угольные шахты, гонные карьеры и др. опасные производства) и при условии надежного контроля изоляции сети для быстрого обнаружения замыкания на землю. Системы с изолированной нейтралью, как правило, не имеют четвертого (нулевого) провода. В таких сетях при замыкании на землю через место повреждения будут проходить только емкостные токи, обусловленные напряжением и емкостью неповрежденных фаз. Напряжение поврежденной фазы по отношению к земле будет равно нулю, а напряжение двух других фаз становится равными междуфазным напряжением. При замыкании на землю система питания сети с изолированной нейтралью не отключается и может работать до отыскания повреждения персоналом согласно ПУЭ до 3 часов.

В связи с тем, что при изолированной нейтрали сети во время замыкания на землю одной фазы, напряжение двух других фаз относительно земли увеличиваются в (корень из трех раз) изоляцию всех трех фаз сети нужно предусмотреть не на фазное, а на междуфазное напряжение.

10. №12. Структурные части и основные элементы релейной защиты.

Основные органы релейной защиты.

Релейная защита состоит из пусковых органов, измерительных органов и логической части.

1.Пусковые органы - непосредственно и непрерывно контролируют состояние и режим работы защищаемого оборудования и реагируют на возникновение короткого замыкания, и нарушения нормального режима работы.

Пусковые органы включают в себя: реле тока, напряжения, мощности, сопротивления, частоты.

2.Измерительные органы – на них возлагается задача определения места и характера повреждения, а так же принятия решения о необходимости действия защиты.

Измерительные органы так же выполняются с помощью реле тока, напряжения, мощности и других.

Функции пускового и измерительного органа могут быть объединены в одном органе.

Л огическая часть – представляет собой схему которая запускается пусковыми органами и сопоставляя последовательность и продолжительность действия измерительных органов, производит отключение выключателей мгновенно или с выдержкой времени, запускает другие устройства, подает сигналы и производит другие предусмотренные действия.

Логическая часть состоит в основном из логических элементов, элементов времени (таймеров), а так же промежуточных и указательных реле. В аналоговых и микропроцессорных устройствах к ним добавляются дискретные входы и индикаторные светодиоды.

К основным логическим элементам относятся элементы НЕ, И, ИЛИ.

1. Логический элемент НЕ предназначен для выполнения операции отрицания. Он характеризуется тем, что при отсутствии на его входе сигнала А (рис. В-3) сигнал на выходе X имеется и, наоборот, при появлении сигнала А сигнал X исчезает.

2. Логический элемент И (рис. В-4) дает на выходе сигнал X только при наличии на входе одновременно всех предусмотренных сигналов, например А и В, как показано на рис. В-4. Одним из способов осуществления элемента И является часто применяемое последовательное соединение контактов реле. Как видно из схемы на рис. В-4, б сигнал X на выходе схемы возникает только в том случае, если сработают и замкнут контакты оба реле, а для этого необходимо одновременное наличие сигналов А и В.

3. Логический элемент ИЛИ (рис. В-5) дает на выходе сигнал X при наличии на входе любого одного сигнала — А или В или обоих сигналов одновременно. Примером осуществления элемента ИЛИ является параллельное соединение контактов реле. Как видно из схемы на рис. В-5, б, сигнал X появляется при срабатывании одного любого или обоих реле. С помощью рассмотренных логических элементов могут быть выполнены практически все необходимые логические операции. В частности, сочетание элементов НЕ и И обеспечивает операцию запрета действия. На рис. В-6 видно, что сигнал на выходе схемы X появляется только в том случае, если имеется сигнал А и отсутствует сигнал В. При наличии запрещающего сигнала В сигнал х на выходе элемента НЕ отсутствует, а следовательно, отсутствует и общий сигнал X на выходе элемента И. На рис. В-6, б показан пример осуществления операции запрета с помощью промежуточных реле, а на рис. В-6, в — применяемое изображение этой операции в виде одного элемента, который при этом называют элементом НЕТ или ЗАПРЕТ.

4 . Кроме рассмотренных логических элементов логическая часть большинства устройств релейной защиты включает в себя элементы времени. Изображение элемента времени на структурных схемах приведено на рис. В-7. Сигнал на выходе этого элемента X появляется по истечении заданного времени после появления сигнала А на входе

11. №13. Индукционное реле.

Индукционные реле основаны на взаимодействии между индуцированным в каком-то проводнике током и переменным магнитным потоком. Поэтому они применяются только на переменном токе как реле защиты энергосистем.

Существующие типы индукционных реле можно разделить на три группы: реле с рамкой, реле с диском, реле со стаканом.

В индукционных реле с рамкой (рис. 1, а) один из потоков (Ф2) индуцирует ток в короткозамкнутой обмотке, помещенной в виде рамки в поле второго потока (Ф1), сдвинутого по фазе. Реле имеют высокую чувствительность и наибольшее быстродействие по сравнению с другими индукционными реле. Недостатком их является малый вращающий момент.

Индукционные реле с диском широко распространены. Схема простейшего реле такого типа (с короткозамкнутым витком К и диском) приведена на рис. 1, б. Реле имеют сравнительно простую конструкцию и достаточно большой вращающий подвижной части.

Индукционные реле со стаканом (рис. 1, в) имеют подвижную часть в виде стакана, вращающегося в магнитном поле двух потоков

четырехполюсной магнитной системы. Потоки Ф1 и Ф2 расположены в пространстве под углом 90°, а по времени сдвинуты на угол у. Внутри стакана 5 проходит стальной цилиндр 1 для уменьшения магнитного сопротивления. Реле со стаканом сложнее реле с диском, но позволяет

получить время срабатывания до 0,02 с. Это существенное достоинство обеспечило им широкое применение

Рис. 1. Схема устройства индукционных реле: а - с рамкой, б - с диском, в - со стаканом: 1 - стальной цилиндр, 2 - спиральная противодействующая пружина, 3 - подшипники, 4 - вспомогательные контакты, 5 - алюминиевый стакан, 6 - ось, 7, 9 - группы катушек, 8 - ярмо, 10 - 13 - полюсы

ИНДУКЦИОННЫЕ РЕЛЕ

Принципы действия и выполнения индукционных систем.

Работа индукционных реле основана на взаимодействии переменных магнитных потоков с токами, индуктированными ими в подвижной системе реле. Основными элементами реле являются два электромагнита 1 и 2 и подвижная система 3, расположенная в магнитном поле электромагнитов (рис. 2.26). Подвижная система выполняется из немагнитного электропро­водящего материала в виде медного или алюминиевого дис­ка, либо полого цилиндра (барабанчика), закрепленного на вращающейся оси 4. С осью 4 жестко связан подвижный кон­такт реле 5, замыкающий при повороте неподвижные контак­ты 6. Движению диска в сторону замыкания контактов проти­водействует спиральная пружина 7.

Обмотки электромагнитов 1 и 2 питаются переменными (си­нусоидальными) токами I₁ и I₂, которые создают переменные магнитные потоки Ф₁ и Ф₂. Положительное направление то­ков и соответствующее им положительное направление пото­ков, определяемое по правилу буравчика, показаны на рис. 2.26.

Анализируя выражение , можно сделать следующие выводы:

1. результирующий момент пропорционален действующим (или амплитудным) значениям магнитных потоков и зависит от сдвига фаз φ между токами, подведенными к реле. Это означает, что индукционные реле могут служить для сравнения фаз входных токов. Реле имеет максимальный момент при φ = 90° и не действует при φ = 0;

2. знак момента зависит от sinφ. Результирующая сила F_Э направлена от оси опережающего к оси отстающего магнитного потока;

3. конструкция реле должна обеспечить создание не менее двух переменных магнитных потоков (Ф₁ и Ф₂), пронизывающих подвижную систему в разных точках и сдвинутых по фазе на угол φ ≠ 0;

4. поскольку действующие значения магнитных потоков Ф₁ и Ф₂ являются постоянными величинами, то мгновенное значение моментов индукционных реле в отличие от электромагнитных не изменяется во времени. Поэтому у индукционных реле отсутствует вибрация контактов, если токи и напря­жения, создающие соответствующие потоки, синусоидальны;

на индукционном принципе могут выполняться только реле переменного тока: реле тока, направления мощности, сопротивления и др.

12. №14. Продольная дифференциальная защита линий.

Принцип действия продольной дифференциальной защиты основан на сравнении токов, протекающих через участки между защищаемым участком линии (или защищаемом аппаратом). Для измерения значения силы тока на концах защищаемого участка используются трансформаторы тока(TA1, TA2). Вторичные цепи этих трансформаторов соединяются с токовым реле(KA) таким образом, чтобы на обмотку реле попадала разница токов от первого и второго трансформаторов.

В нормальном режиме (1) значения величины силы тока вычитаются друг из друга, и в идеальном случае ток в цепи обмотки токового реле будет равен нулю. В случае возникновения короткого замыкания (2) на защищаемом участке, на обмотку токового реле поступит уже не разность, а сумма токов, что заставит реле замкнуть свои контакты, выдав команду на отключение поврежденного участка.

В реальном случае через обмотку токового реле всегда будет протекать ток отличный от нуля, называемый -током небаланса. Наличие тока небаланса объясняется рядом факторов:

1) Трансформаторы тока имеют недостаточно идентичные друг другу характеристики. 

2) Некоторое влияние на возникновение тока небаланса может оказывать намагничивающий ток, возникающий в обмотках защищаемого трансформатора. В нормальном режиме этот ток может достигать 5 % от номинального.

3) Неодинаковое соединение обмоток первичной и вторичной стороны защищаемого трансформатора (например, при соединении обмоток Y/Δ) так же влияет на возникновение тока небаланса.