12. Полупроводниковые измерительные реле. Реле направления мощности.

Реле направления мощности.

Наиболее совершенны полупроводниковое реле мощности типа РМ -11.

В реле раздельно сравнивается время совпадения мгновенных значений электрических величин с временем несовпадения в положительном полупериоде и отрицательном полупериоде.

Функциональная схема реле.

1 и 2 - фазоповоротные устройства, с помощью которых обеспечивается заданное значение угла максимальной чувствительности.

С выхода фазоповоротных устройств синусоидальные сигналы положительной полярности поступают на схему совпадения 3, а сигналы отрицательной полярности — на схему совпадения 4.

В схеме совпадения сигналы преобразуются в положительные прямоугольные импульсы.

Эти импульсы интегрируются интеграторами 5 и 6. Интеграторы содержат конденсаторы. При наличии сигнала конденсатор заряжается, а при отсутствии разряжается. При этом прямоугольные импульсы на входе интеграторов преобразуются в преобразуются в пилообразное напряжение U1 и U2.

Напряжения U1 и U2 ограничиваются элементом 7. Ограничитель состоит из выпрямителя.

Выходные напряжения интеграторов суммируются сумматором 8 и поступают на вход порогового элемента 9, который управляет органом 10. В качестве порогового элемента использован операционный усилитель, включенный по схеме триггера. На его инвертирующий вход подается положительное напряжение Uå. При достижении этим напряжением значения напряжения срабатывания триггер переключается и на его выходе появляется напряжение отрицательной полярности. Реле срабатывает.

Если время совпадения, а следовательно, и продолжительность импульсов меньше допустимых, то конденсаторы в интеграторах не успеют зарядиться до требуемых напряжений, а напряжение Uå не достигает значения напряжения срабатывания. Реле не сработывает.

Параметры реле:

1. Минимальное напряжение срабатывания не более 0,25 В.

2. Потребляемая мощность во входных цепях тока при Iном - 0,5 ВА, во входных цепях напряжения при Uном — 3 ВА.

3. Угол максимальной чувствительности (—30±5); (—45±5) °.

Функциональная схема реализована с использованием микроэлектронной элементной базы.

Промышленностью выпускаются также полупроводниковые реле:

- понижения частоты типа РЧ-1, реле повышения частоты типа РЧ-2;

- реле сдвига фаз типа РСФ-11;

- реле сопротивления, например, применяемое в дистанционной защите типа ДЗ-10;

-дифференциальные реле тока с торможением , используемые в комплектном устройстве ЯРЭ-2201, предназначенном для защиты трансформаторов.

14.Электротепловые элементы. Плавкие предохранители. Электротепловые реле. Температурные реле.

Плавкие предохранители.

Электротепловой элемент, который наиболее широко используется в устройствах защиты от КЗ, - это плавкая вставка.

Плавкая вставка – это измерительная часть плавкого предохранителя.

Плавкие предохранители широко используются в сельских сетях, на промышленных предприятиях для защиты линий и электрооборудования до 1 кВ.

Параметры предохранителя:

1. Основной параметр предохранителя – защитная характеристика. Это зависимость времени срабатывания от тока.

Ее определяют опытным путем.

2. Номинальный ток плавкой вставки. Iвс.ном.

3. Номинальный ток предохранителя Iпр.ном.

4. Номинальной напряжение предохранителя Uпр.ном.

5. Номинальный ток отключения предохранителя Iпр.откл.

Под действием тока КЗ плавкая вставка перегорает и появляется разрыв в цепи. Предохранитель является одновременно устройством защиты и коммутации.

Серии предохранителей .

1. В установках до 1000 В широко используются предохранители ПР-2.

Iвс.ном. = 20-200 А.

Патрон предохранителя состоит из толстостенной фибровой трубки, на концах которой укреплены латунные втулки. На втулках расположены колпачки, в которые закрепляется плавкая вставка. К плавкой вставке привинчены контактные ножи.

Плавкая вставка выполняется из листового цинка. При КЗ и нагреве фибровая трубка выделяет газы. Они деионизируют ствол дуги и создают повышенное давление. В результате этого дуга гасится.

Номинальный ток отключения предохранителя Iпр. откл. = 11 кА.

2. ПН-2. Это предохранитель с наполнителем. Он более совершенен, чем ПР-2. Iпр.ном. = 100-630А, Uпр.ном. = 380-500А, Iпр.откл. = 100кА.

Устройство предохранителя:

1. Контактные стойки.

2. Плавкая вставка.

3. Фарфоровый патрон.

4. Изолированное основание.

Плавкая вставка состоит из узких медных лент с отверстиями. В середине лент на широкой части находится оловянный растворитель. Он ускоряет процесс плавления вставки. Это улучшает защитную характеристику при малых токах КЗ и перегрузках.

3. Предохранитель ПКТ. Выпускается для закрытых и открытых помещений на напряжение 3, 6, 10, 20, 35 кВ. Iвс.ном. = 2-400А.

Iпр.откл. = от 40кА (Uпр.ном = 3 КВ) до 8кА (Uпр.ном = 35 КВ).

5. Выхлопные предохранители для сетей 10,35,110 кВ типов ПВТ 104-10-100-5У1; ПВТ 104-35-100-3,2У1; ПВТ 104-110-50-2,5У1

Преимущество.

Простота. Низкая стоимость.

Недостатки:

1. Погрешность в определении времени срабатывания при использовании защитных характеристик. Это связано с двумя моментами:

- при определении характеристики сжигают несколько вставок, у которых параметры могут отличаться.

- условия эксплуатации отличаются от условия проведения эксперимента.

2. Плавкая вставка с течением времени стареет. Защитная характеристика смещается вниз.

Из-за этого время перегорания может быть больше допустимого и предохранитель не защитит от перегрузки.

3. Трудно обеспечить селективность в сложных сетях. Даже если расчет показывает селективное срабатывание, на практике этого может не быть.

Защиты от замыкания на землю в сетях с изолированными или заземленными через дугогасящие реакторы нейтралями. Устройство общей неселективной сигнализации от замыкания на землю.

В сетях с изолированной нейтралью однофазные замыкания на землю сопровождаются небольшими токами (несколько десятков ампер).

Ток однофазного КЗ определяется емкостью линий относительно земли.

Если нейтраль трансформатора заземлить через дугогасящий реактор эти токи можно значительно уменьшить. В связи с этим при выполнении токовой защиты возникают трудности. Поэтому используют защиты, действующие от токов переходных процессов при замыканиях на землю, а также, реагирующие на высшие гармоники токов замыкания на землю.

Распределенные емкости фаз относительно земли в схеме замещения заменяют конденсаторами. Место их присоединения не влияет на емкостный ток, так как сопротивление линии много меньше емкостного сопротивления фаз относительно земли.

При анализе однофазного КЗ не учитывают токи нагрузки в линии. При этом фазные напряжения равны ЭДС фаз источника.

Система векторов полностью симметрична.

Напряжение нейтрали системы относительно земли равно 0. Емкостные токи опережают фазные напряжения на .

При замыкании фазы на землю в сетях с изолированными нейтралями напряжения фаз относительно земли изменяются, а относительно нейтрали остаются неизменными.

Например, при металлическом замыкании на землю фазы А она получает потенциал земли (= 0). Напряжения двух других фаз и нейтрали N относительно земли становятся напряжениями относительно фазы А

Так как междуфазные напряжения остаются при этом неизменны­ми, то напряжения неповрежденных фаз В и С относительно земли повышаются в раз.

На участке между точкой повреждения и местом присоединения конденсаторов проходит только ток . Поэтому здесь проходит ток нулевой последовательности

Замыкание на землю одной фазы в сетях с изолированной или заземленной через дугогасящий реактор нейтралью не является аварией.

Потребители, включенные на междуфазные напряжения, продолжают нормально работать. Поэтому защита от замыкания на землю в большинстве случаев действует на сигнал.

В сетях простой конфигурации применяются устройства, контролирующие состояние изоляции.

Применяются две схемы.

Первая схема состоит из трех реле минимального напряжения, включенных на напряжения фаз относительно земли

Вторая - из одного максимального реле напряжения, включенного на напряжение нулевой последовательности. Устройство сигнализации обычно подключается к трансформаторам напряже­ния, установленным на шинах.

Защита ЗЗП-1

Защита ЗЗП-1 выпускается ЧЭАЗ с 1966 года.

Направленная защита от однофазных замыканий на землю типа ЗЗП-1М. Защита предназначена для селективного отключения линий 10 кВ при однофазных замыканиях на землю и может применяться в сетях с суммарным емкостным током не менее 0,2 А, как указывается в информации завода-изготовителя [8]. Однако в связи с большой вероятностью возникновения однофазных замыканий на землю на BЛ 10 кВ через переходные сопротивления и с учетом некоторого запаса по чувствительности применение устройства ЗЗП-1М целесообразно в тех сетях 10 кВ, где минимальное значение суммарного емкостного тока по крайней мере в 2,5—3 раза выше, т. е. 0,5— 0,6 А.

Защита предназначена для селективного отключения защищаемого присоединения при однофазных замыканиях на землю в сетях 2-10 кВ с суммарными емкостными токами 0,2-20 А с использованием кабельных ТТНП типа ТЗЛ, ТЗ, ТФ и др.

Защита ЗЗП-1 представляет собой направленную защиту нулевой последовательности.

Защита состоит из согласующего устройства, усилителя переменного тока и фазочувствительного усилителя.

Согласующее устройство обеспечивает:

1. Сдвиг фазы выходного тока на угол около 90° по отношению к первичному току нулевой последовательности. Как это оно обеспечивает?

2. Термическую устойчивость защиты при двойных замыканиях на землю.

3. Возможность использования защиты с ТТНП различных типов.

Усилитель переменного тока усиливает выходной сигнал согласующего устройства, пропорциональный току 3I0. Усилитель состоит из двух транзисторных каскадов. На выходе усилителя включен контур С2, Тр3 с частотой резонанса около 50 Гц.

Фазочувствительный усилитель усиливает сигнал, соответствующий току 3I0, с учетом его фазы по отношению к напряжению 3U0, чем обусловливает срабатывание выходного реле в зоне около 180°. На выходе фазочувствительного усилителя включено промежуточное реле типа РП-211 со специальными обмоточными данными.

Токовые цепи защиты ЗЗП-1Ш подключаются к кабельному трансформатору тока нулевой последовательности ТТНП типа ТЗР, ТЗЛ и т. п. (рис. 21,а), в связи с чем защищаемая воздушная линия должна иметь кабельную вставку (ввод). Это является недостатком защиты ЗЗП-1М, ограничивающим ее применение.

Цепи напряжения защиты ЗЗП-11М включаются на напряжение нулевой последовательности 3Uo, получаемое от специальной обмотки трансформатора напряжения ТН типа НТМИ, соединенной в разомкнутый треугольник (рис. 21,а). Для защиты элементов ЗЗП-1М от высших гармоник, имеющихся в напряжении SU0, устройство следует подключать к ТН через фильтр с резонансной частотой 50 Гц, который подавляет все высшие гармонические составляющие с частотой выше 50 Гц. Фильтр выпускается в виде вспомогательного устройства ВУ-1, в которое входят дроссель с регулируемым воздушным зазором и последовательно включенный конденсатор. На одно устройство ВУ-1 может быть включено до 10 устройств ЗЗП-1М [8]. Для исключения опасного воздействия на устройства ЗЗП-1М перенапряжений, возникающих в первый момент замыкания на землю в сети 10 кВ, в схеме (рис. 21,а) предусмотрена небольшая задержка в подаче напряжения 3Uo на устройства ЗЗП-1М с помощью максимального реле напряжения 1РН типа РН-53/60Д с уставкой 15 В, т. е. ниже, чем напряжение срабатывания устройства ЗЗП-1М. Как видно из схемы (рис. 21,а), напряжение 3u0 подается на устройства ЗЗП-1М только после срабатывания реле 1РН и замыкания его контактов [10].

Рис. 21. Принципиальная схема включения (а), структурная схема (б) направленной защиты типа ЗЗП-1М и схема распределения емкостных токов при однофазном замыкании на землю в сети 10 кВ (в)

ТН — трансформатор напряжения типа НТМИ; ТТНП — трансформаторы тока нулевой последовательности кабельного типа; ВУ — вспомогательное устройство

Защита ЗЗП-1М состоит из следующих основных органов: согласующего устройства 1, усилителя переменного тока 2, фазочувствительного усилителя (органа направления мощности) 3, выходного реле 4 и блока питания 5 (рис. 21,6). Блок питания типа БПН-111 [8] подключается к трансформатору напряжения ТН или к трансформатору собственных нужд подстанции (на рис. 21,6 не показано).

Таким образом защита ЗЗП-1М представляет собой направленную защиту нулевой последовательности. При однофазном замыкании на землю, например, на воздушной линии 10 кВ BЛ3 (рис. 21,в) токи Ici, Ics, определяемое емкостью фаз неповрежденных линий BЛ1, BЛ2 по отношению к земле, имеют условное направление к месту повреждения на линии ВЛЗ и, таким образом, по-разному направлены на поврежденной и неповрежденной линиях. На неповрежденных линиях при направлении токов /с к шинам 10 кВ подстанции защиты ЗЗТ1-1М не срабатывают. На поврежденной линии при направлении суммарного емкостного тока 1С сум от шин подстанции к месту повреждения защита ЗЗП-1М срабатывает, если значение этого суммарного тока больше, чем ее ток срабатывания (чувствительность). Если считать, что среднее удельное значение емкостного тока для воздушных сетей 10 кВ составляет на 1 км примерно 0,025 А, то для надежного срабатывания защиты ЗЗП-ilM при минимальной ее уставке 0,2 А (первичных) необходимо, чтобы суммарная протяженность всех неповрежденных линий 10 кВ этой сети была бы не менее 20—25 км и, соответственно, суммарный емкостный ток 1с Сум^0,5ч-0,6 А. В современных электросетях 10 кВ это условие, как правило, обеспечивается, но в том случае, когда одна или две линии 10 кВ могут быть отключены и защита ЗЗП-1М не сможет сработать на отключение из-за недостаточных значений суммарного емкостного тока, требуется, чтобы дополнительно к линейным защитам (ЗЗП-1М) на подстанции была бы установлена резервная неселективная максимальная защита напряжения нулевой последовательности (реле 2РН на рис. 21,а), которая с выдержкой времени 0,5—0,7 с действует на отключение питающего трансформатора (при этом должны запрещаться действия автоматики включения: АВР, АПВ). При малых значениях емкостных токов такое неселективное действие считается правильным, поскольку своим действием защита выполняет требования техники безопасности и предотвращает несчастные случаи [2].

Описание устройства ЗЗП-IM, технические данные и указания по монтажу и эксплуатации приведены в работах [8, 10].

Устройство сигнализации замыканий на землю в кабельных сетях 6 и 10 кВ типа УСЗ-3М.

Устройство представляет собой измерительный прибор, включенный на среднее значение суммы высших гармонических составляющих тока замыкания на землю. С помощью кнопочного переключателя устройство поочередно подключается к трансформаторам тока нулевой последовательности всех кабельных линий, отходящих от подстанции или секции. Сравнивая показания измерительного прибора, дежурный выявляет наибольшее из них, которое и указывает на поврежденную кабельную линию. Таким образом с помощью УСЗ-М можно обнаружить только устойчивое замыкание на землю, но это не считается недостатком и не препятствует широкому применению этих устройств. Имеются разработки автоматических устройств для одновременного измерения сумм высших гармоник на всех отходящих линиях, сравнения этих значений между собой и выявления поврежденной линии. Устройство УСЗ-ЗМ выпускается также в виде приставки к токоизмерительным клещам.

Определение места однофазного замыкания на землю.

Рассмотренные выше устройства позволяют определить лишь поврежденную линию и дать направление дальнейшему поиску. Отыскание места однофазного замыкания на BЛ-10 кВ производится с помощью переносных приборов типов «Поиск», «Волна», «Зонд»

Рис. 22. Схема включения защиты типа ИЗС (а) и поясняющие схемы его работы при однофазных замыканиях на землю в сетях 10 кВ разной конфигурации (б, в)

/-защита от мождуфазных к. з.; 2-защита НЗС

разрядных волн фаза-земля, возникающих при замыканиях фазы на землю.

Токовые цепи устройства ИЗС могут подключаться к кабельному трансформатору тока нулевой последовательности (так же, как защиты ЗЗП-1М на рис. 21,а) или к трехтрансформаторному фильтру токов нулевой последовательности (рис. 22,а). Это является достоинством устройства ИЗС, поскольку иногда проще установить три трансформатора тока (вместо обычно устанавливаемых двух), чем выполнить кабельную вставку для воздушной линии 10 кВ.

Цепи напряжения 3Uo подводятся от специальной об­мотки трансформатора напряжения ТН, соединенной в разомкнутый треугольник (рис. 21, 22).

Устройство ИЗС состоит из пускового органа реагирующего на появление напряжения нулевой последовательности при замыкании на землю; органа направления тока, контролирующего знак мощности на фронте волны в контуре фаза - земля; блока питания и указательного реле. Устройство может действовать на сигнал или на отключение выключателя защищаемой линии.