38. Автоматические выключатели ( а.В.): назначение, основные характеристики, виды выключателей, условия выбора. Карта селективности.

Предназначены для коммутации цепей при аварийных режимах, а также нечастых (от 6 до 30 в сутки) оперативных включений и отключений электрических цепей.

А.В. имеют реле прямого действия, называемые расцепителями. Они могут снабжаться следующими встроенными в них расцепителями:

1. Электромагнитным или электронным расцепителем максимального тока мгновенного или замедленного действия с практически независимой от тока выдержкой времени;

2. Электротермическим или электронным инерционным расцепителем максимального тока с зависимой от тока выдержкой времени;

3. Расцепителем тока утечки;

4. расцепителем минимального напряжения;

5. расцепителем обратного тока или обратной мощности;

6. независимый расцепитель (дистанционное отключение выключателя).

Первые два типа устанавливаются во всех трех полюсах, остальные - по одному на выключатель. Токи уставки, а также выдержки времени токовых расцепителей могут быть регулируемыми. В одном выключателе могут применять один или несколько типов токовых расцепителей и дополнительно к ним расцепитель минимального напряжения, независимый расцепитель и электромагнит включения.

По времени срабатывания электромагнитные и аналогичные им электронные расцепители имеют четыре разновидности:

1.расцепители, обеспечивающие срабатывание А.В. за время намного меньше 0,01с, и отключение тока КЗ раньше, чем он достигнет своего ударного значения. Такие А.В. называют токоогораничивающие.

2.расцепители, обеспечивающие отключение тока КЗ при первом прохождении тока через нулевое значение tc=0,01с.

3.нерегулируемые расцепители, время срабатывания которых превышает 0,01с;

4.расцепители с регулируемой выдержкой времени (0,1-0,7с), позволяющие добиться замедленной работы относительно других А.В. той же сети, называют селективными.

Расцепители тока утечки применяют для быстрого отключения участков сети, в которых из-за нарушения изоляции или прикосновения людей к проводникам возник ток утечки на землю. При этом ток уставки расцепителя выбирают в пределах от 10 до30 мА, а время зависимости от напряжения в пределах от 10 до100мс. Эту защиту в наст. время считают более эффективной от защиты людей от поражения электрическим током.

Расцепители минимального напряжения применяют в целях отключения источников питания при прекращении ими питания сети ( перед АВР), а также в целях отключения электроприемников, самозапуск которых при автоматическом восстановлении напряжения нежелателен. Напряжение срабатывания расцепителя выбирают в пределах от 0,8 до 0,9 Uном, время срабатывания – в соответствии с требованиями систем автоматического восстановления питания сети.

Независимые расцепители применяют для местного дистанционного и автоматического отключения А.В. при срабатывании внешних защитных устройств.

Расцепители обратного тока или обратной мощности применяют для защиты генераторов, работающих на электрическую систему от выпадения синхронизма.

Отключение может происходить без выдержки времени или с выдержкой. По собственному времени отключения (промежуток от момента, когда контролируемый параметр превзошел установленное для него значение, до момента начала расхождения контактов) различают нормальные выключатели (tсо=0,02-1с), выключатели с выдержкой времени (селективные) и быстродейтвующие выключатели tсо< 0,005 с.

Нормальные и селективные А.В. токоограничивающим действием не обладают. Быстродействующие выключатели, так же как и предохранители, обладают токоограничивающим действием, т.к. отключают цепь до того, как ток в ней достигнет значения iу.

Селективные А.В. позволяют осуществить селективную защиту сетей путем установки А.В. с разными выдержками времени.

А.В. изготавливают с ручными и двигательными приводами, в стационарном и ручном исполнении.

Выбор выключателей.

1.Соответствие номинального напряжения А.В. U_ном.в номинальному напряже-нию сети

U_{ном в}  U_{ном. с}.

2. Соответствие номинального тока выключателя I_{ном в} расчетному току защищаемой цепи

I_{ном в}  I_р.

3. Токовую отсечку А.В. отстраивают от пиковых токов электроприемника по выражению

I_со  1,05 · k_з ·k_а · k_р ·I_пик = k_н ·I_пик,

где k_н = 1,05 · k_з ·k_а · k_р - коэффициент надежности отстройки; 1,05 - коэффициент, учитывающий, что в нормальном режиме может быть на 5% выше номинального напряжения электроприемника; k_з - коэффициент запаса; k_а - коэффициент, учитываю- щий наличие апериодической составляющей в пиковом токе электроприемника; k_р - коэффициент, учитывающий возможный разброс тока срабатывания отсечки относительно уставки. Значения коэффициентов - справочная величина.

4. Защита от перегрузки. Согласно ПУЭ защиту от перегрузки должны иметь следующие сети внутри помещений:

I_{с. п}  (1,2  1,4) · I_{ном дв},

Для защиты от перегрузки трансформаторов уставки выбирают исходя из перегрузочной способности трансформатора:

I_{с. п}  1,4 · I_{ном тр}.

Для защиты от перегрузки конденсаторной установки уставку тока перегрузки выбирают

I_{с. п}  1,3 · I_{ном КУ}.

В сетях, защищаемых от перегрузки, сечения проводников должны быть выбраны так, чтобы токи аппаратов защиты к длительно допустимым токовым нагрузкам проводников имели кратность не более

I_{с. п}  1,25 · I_доп.

Для электроустановок во взрывоопасных зонах

I_{с. п}  I_доп.

5. Выбор времени срабатывания отсечки.

А.В. могут иметь следующие защитные характеристики (рис.2):

- зависимую от тока характеристику времени срабатывания (тепловой расцепитель) (кривая 1);

- независимую от тока характеристику времени срабатывания (электромагнит-ный расцепитель) (кривая 2);

Рис.2. Защитные характеристики автоматических выключателей

- ограничено зависимую от тока двухступенчатую характеристику времени срабатывания (комбинированный расцепитель) без вы- держки времени (кр. 3) или с выдержкой времени (кр.4), называемые селективными АВ;

- селективные А.В. могут иметь и 3-хступенчатую защитную характеристику (кр.5).

Выбор А.В. следует начинать с защиты ЭП. Время срабатывания отсечки этих выключателей должно быть наименьшим. А.В. с комбинированным расцепителем - неселективные. Время срабатывания отсечки определяется собственным временем отключения выключателя, выбранные по каталогам: у неселективных А.В. типов АП50, А3700 и т.д. t_со 0,02 с, у токоограничивающих типов А3700Б, ВА52 и т.д. - t_со  0,01с.

Линейные выключатели КТП могут быть неселективными, если они защищают одиночные крупные ЭП. Время срабатывания отсечки А.В., защищающих группу ЭП (шинопроводы, кабельную сеть с распределительными шкафами), секционных и вводных выключателей определяется по условию

t_со  t_{со, п} + t,

где t_{со, п} - наибольшее время срабатывания отсечки предыдущей от источника питания защиты; t - степень селективности, применяется для выключателей А3700С, ВА55, ВА75 равной 0,1 ... 0,15с; для серии «Электрон» - 0,2 ... 0,25 с; для ВА2М - 0,15...0,2 с.

Для соблюдения условия селективности (избирательности действия защиты) время срабатывания должно возрастать последовательно по цепи: А.В. ЭП, линейный, секционный, вводной.

6. Проверка по условиям стойкости при КЗ.

Предельной коммутационной способностью выключателя (ПКС) называется максимальное значение тока КЗ, которое выключатель способен включить и отключить несколько раз, оставаясь в исправном состоянии. Одноразовой ПКС (ОПКС) называют наибольшее значение тока, которое выключатель может отключить один раз. После этого дальнейшая работа выключателя не гарантируется.

ПКС  I⁽³⁾_к ,

где I⁽³⁾_к - ток металлического КЗ для вводных и секционного выключателя.

Иногда проверяется условие электродинамической стойкости

ПКС (ОПКС)  i_уд

7. Проверка на чувствительность отсечки при КЗ

k_ч ,

где k_ч - коэффициент чувствительности отсечки; I_{к, min}- минимальный ток КЗ в конце защищаемой зоны; I_со - ток срабатывания отсечки; k_р - коэффициент разброса срабатывания отсечки по току.

39.Виды повреждений и ненормальных режимов трансформаторов. Газовая защита трансформаторов.

Виды повреждений:

1. Многофазные и однофазные КЗ. Многофазные – внутри и на выводах. Для групп однофазных трансформаторов – они исключены. Однофазные (витковые) внутри бака. защита от замыканий выполняется на подключении.

2. «Пожар» в стали – нарушение изоляции сердечника трансформатора с повышением температуры сердечника.

3. Повреждения бакатрансформатора с течью масла.

Ненормальные режимы: Обуславливаются внешними КЗ и перегрузками.

1) Большая нагрузка. 2) Сквозные токи КЗ.

Безопасное время перегрузки трансформаторов:

1,3 номинального тока – 120 минут

1,6 номинального тока – 45 минут

1,75 номинального тока – 20 минут

2 номинального тока – 10 минут

3 номинального тока – 15 минут

На подстанции с обслуживающим персоналом – защита на «сигнал». Без обслуживающего персонала – на отключение или разгрузку.

3) Недопустимое понижение уровня масла.

4) Повышение напряжения.

у Т1;Т3 – N заземлена у Т2 – разземлена.

При КЗ однофазном на землю – одно два выключения Т№ из работы - Т.К. ток короткого замыкания большой. Также трансформатор Т2 – не отключается - т.к. нейтраль разземлена (опасное повышение напряжения). После выключения выключателей через т. КЗ – емкостной ток, перемежающая электрическая дуга и как следствие – перенапряжение. Может также возникнуть при односторонне запитанной линии с большей емкостью провода (напряжение более 500 кВ). Применяется максимальная защита напряжения.

Газовая защита

РГ43-66

Основано на использовании явления газообразования в баке поврежденного трансформатора. Интенсивность зависит от характера и размеров повреждения. Газовая защита способна различать степень повреждения и действует на «сигнал» или отключение.

Верхний поплавок – на сигнал, нижний на отключение.

1,2 – Алюминиевые чаши поплавков

3 Ось

4 Подвижный контакт

5 Неподвижный контакт

6 Пружина, удерживающая чашки

7 Пластина

8 Корпус

9 газовое реле

10 трубопровод

11 маслорасширитель

Скорость движения масла: 0,6; 0,9; 1,2 м/с

При этом время срабатывания реле от 0,05 до 0,5 секунд. Уставка по скорости потока – мощностью и характеристиками охлаждения.

Монтаж газовой защиты:

1)Беспрепятственный проход газа в расширитель.

2) Нижний конец маслопровода входящий внутрь маслопровода должен заделываться с внутренней поверхностью крышки встык.

3) Контрольный кабель, для соединения контактов второго реле с панелью защиты, должен иметь бумажную изоляцию.

4) Действие газовой защиты на отключение – с самозадержкой, обеспечивает отключение трансформатора в случае кратковременного замыкания или вибрации нижнего контакта г.р., обусловленного потоком масла при газообразовании.

Достоинства газовой защиты: Чувствительность, простота, реагирует на все виды повреждения внутри бака, малое время срабатывания, способность отключать трансформатор при понижении уровня масла по любым причинам.

Недостатки газовой защиты: Не реагирует на повреждения вне бака в зоне между трансформаторами и выключателем; может срабатывать ложно при попадании воздуха в бак трансформатора; начальная стадия виткового замыкания может не реагировать появлению дуги и соответственно газообразованию (любое повреждение внутри бака не самоустраняется).Согласно ПУЭ г.з. обязательна для трансформаторов мощностью более 6300 кВА. Для внутренних подстанций г.з. нужно устанавливать на всех трансформаторах если они допускаются по конструкции, независимо от других защит. Схемы подключения силовых трансформаторов:

в) г) д) – внутрицеховые и городские.

в)г) – применение QW на трансформаторах – упрощает и удешевляет установку . Отключение и включение трансформатора производится QW. (ВНП – 16 и ВНП – 17).

QW – с дугогасительной камерой и номинальным током равным 400 А (для 6кВ), током номинальным равным 200 А (для 10 кВ),для мощности равной 300 МВА. Отличие ВНП - 16 от ВНП – 17 в устройстве автовыключения.

достоинства: дешевизна.

недостатки: усложненная последовательность коммутации и возможности развития аварий.

При повреждении трансформатора выключатель Q3 (защита), затем на отключение КЗ, создающее исскуственное КЗ. Делее релейная защита отключает Q1 и Q2.

Двухтрансформаторная подстанция.

Ставится автоматическая перемычка (QR3; QS5) и неавтоматическая перемычка (QS3 и QS4). 1) В автоперемычке QR3 – двухстороннего действия. В нормальном состоянии QS5 включён, а QS3 отключён, т.к. режим работы двух линий на одном трансформаторе через перемычку недопустим. При устойчивом КЗ на W1, отключается Q1, затем защита минимального напряжения – Q3 и далее отделитель QR1. Для восстановления к работе Т1, автоматический выключатель QR3 в перемычке и далее выключатель Q3. Таким образом на подстанции оба трансформатора и одно из ответвлений транзитной линии (W2).

Если при включенной перемычке происходит замыкание Т1, то отключается Q1; и соответственно отключается Q2; затем QR3 и далее АПВ на Q2 и две линии в работе. Соблюдение правильности, последовательности включения, отключения достигается специальными блокировками.

2) Схема с ремонтной перемычкой: При повреждении на W1 отключается Q1 и Q3 и действием АВР включается Q5 обеспечивающий питанием от Т2. Если линия выводится в ремонт, то действиями дежурного персонала подстанции QS1 – перемычка и трансформатор 1 под нагрузку выключателем Q3 с последовательным отключением Q5. Для увеличения надёжности работы отделитель и короткозамыкатель открытого исполнения заменяются отделителем и короткозамыкателем с элегазом.