Проверочные вопросы по разделу рз и а.

Что означает термин "релейная защита". ( РЗ ) ? На что воздействуют средства РЗ? Укажите основные требования к РЗ. Что такое селективность действия защиты? Что такое чувствительность защиты? Какого рода оперативный ток применяется в схемах РЗ? Что является источниками оперативного тока? Перечислите наиболее распространенные виды защиты. Укажите основные реле, применяемые в схемах РЗ. Укажите вспомогательные реле, применяемые в схемах РЗ. Укажите основные контролируемые параметры систем РЗ. Какой параметр электрической сети контролируется обязательно? В чем отличие первичных и вторичных реле? В чем отличие реле прямого действия и косвенного действия? Какое реле имеет зависимую характеристику срабатывания (время срабатывания зависит от тока)? От чего защищает реле РТ-40 ? От чего защищает реле РТ-80? От чего защищают реле серии РН-50? В какой защите может применяться реле РНТ? От чего защищает реле РТЗ-51? В каких трансформаторах может применяться газовая защита? При какой мощности трансформатора газовая защита обязательна? Какие реле предназначены для максимальной защиты и отсечки? Какие максимальные реле позволяют регулировать выдержку времени при срабатывании? На какую величину тока рассчитаны реле РТ-40? Какую величину уставки времени срабатывания имеют реле РТ-80 и РТ-90? В чем отличие конструкции реле РТ-40 и РН-50? Как действуют защиты в схемах РЗ линий 6-35 кВ? Какие защиты применяются в схемах защиты линий 6-35 кВ? какие реле и блоки могут использоваться в схемах земляной защиты кабельных линий? Какие виды защиты применяются для защиты конденсаторных установок? Для чего применяется дифференциальная защита? Какие защиты применяются для защиты трансформаторов ГПП и КТП? В каких случаях применяются в системах РЗ и А дифференциальные реле? На что реагируют дифференциальные реле РНТ и РБМ? Укажите принципы действия вращающегося элемента (диска) реле РТ-80 и РТ-90? Для чего предназначена система АПВ ?  В каком случае система АПВ не будет срабатывать ?  В каких случаях применение АПВ обязательно ?  При каком напряжении применяется однократное АПВ ?  Укажите стандартные величины напряжения питающих линий выше 1000 В.  В каких случаях применяется многократное АПВ ?  Для чего в схеме АПВ у реле KL1 имеется две обмотки ?  Из каких основных частей состоит реле РПВ-58 ?  За счет чего обеспечивается однократность в схеме АПВ ?  Покажите на схеме АПВ алгоритм включения силового выключателя QF.  В схеме АПВ покажите цепь срабатывания контактора включения КМ.  В схеме АПВ покажите цепь срабатывания электромагнита УАТ .  Какая выдержка времени устанавливается для срабатывания АПВ на горных предприятиях?  Какие выдержки времени применяются в схемах АПВ для многократных включений?  Какой элемент схемы АПВ дает команду на пуск АПВ?  Укажите, как отреагирует схема АПВ при выходе из строя обмотки сигнального реле КН?  Допускается ли многократное АВР?  На каких линиях применяется АВР?  Какова величина бестоковой паузы при использовании АВР ?  В схеме АВР какие элементы контролируют наличие напряжения на шинах ?  Почему в схемах КРУ шинки ЕУ питаются отдельно от шинок ЕС ?  Покажите в схеме АВР, какие элементы не позволяют одновременно включиться двум выключателям QF1 и QF2 ?  Расшифруйте условные буквенные обозначения элементов схем АПВ и АВР; KV, KL, KT, KBS, KH.  Какая система должна автоматически включиться при переходе питания ГПП предприятия на резервный источник, имеющий меньшую мощность?  

3-1. Общие сведения

Согласно принятой терминологии [Л. 9] наименование реле присвоено большой группе разнообразных автоматических приборов управления релейного действия. При этом под релейным действием понимается скачкообразное изменение состояния управляемой цепи при заданных значениях величин, характеризующих определенное отклонение режима контролируемого объекта. Релейная защита и автоматика включают в себя комплекс реле различного назначения, которые действуют совместно в заданной последовательности и зависимости друг от друга или, как принято говорить, по заданной программе. В устройствах релейной защиты и автоматики реле замыкают или размыкают различные электрические цепи или иным способом скачкообразно изменяют их состояние (например, скачкообразно изменяют их сопротивление), или механически воздействуют на силовые аппараты (выключатели и др.).

В устройствах релейной защиты применяются реле электрические, механические и тепловые. Электрические реле реагируют на электрические величины — ток, напряжение, мощность, частоту, сопротивление, угол между током и напряжением или двумя токами, или двумя напряжениями. Механические реле реагируют на неэлектрические величины — давление, скорость истечения жидкости или газа, скорость вращения и т. д. Тепловые реле реагируют на количество выделенного тепла или изменение температуры. Наибольшее распространение в релейной защите и автоматике имеют электрические реле. Электрические реле выполняются главным образом на электромагнитном и индукционном принципах. Некоторые типы сложных реле выполняются на электродинамическом принципе. Все более широкое распространение получают поляризованные и магнитоэлектрические реле, включаемые в цепи переменного тока через выпрямители, а также полупроводниковые реле.

3-2. Принцип действия электромагнитных реле

а) Основные типы электромагнитных реле На электромагнитном принципе выполняются реле трех основных типов: реле с втягивающимся якорем, реле с поворотным якорем и реле с поперечным движением якоря. 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.

При 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 (см. рис. 3-7—3-11), 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.

Сила притяжения, воздействующая на якорь электромагнитных реле, определяется выражением

Из (3-1) следует, что сила притяжения F_Э прямо пропорциональна произведению квадрата тока, проходящего по обмотке реле I ², на квадрат числа витков   и обратно пропорциональна квадрату расстояния от якоря до сердечника l ² ( — коэффициент пропорциональности, учитывающий магнитные свойства стали и особенности конструктивного выполнения реле).

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. Из приведенного определения тока срабатывания реле следует, что пограничное условие срабатывания реле наступает, когда электромагнитная сила F_Э, с которой якорь притягивается к неподвижному сердечнику, становится равной противодействующей механической силе F_M, складывающейсяиз силы пружины и веса якоря, т. е. когда

Подставляя это условие в выражение (3-1), получаем:

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 т о-ком возврата реле и обозначается I_B.P. Отношение тока возврата к току срабатывания называется коэффициентом возврата реле:

Выше были рассмотрены электромагнитные реле, которые срабатывают при увеличении тока, проходящего в обмотке реле. Такие реле называются реле увеличения тока (напряжения) или реле тока (напряжения) максимальные. У реле максимальных ток (напряжение) срабатывания больше тока (напряжения) возврата, поэтому коэффициент возврата у этих реле всегда меньше единицы. Электромагнитные реле этих же конструкций могут работать с нормально притянутым якорем. В этих случаях обмотка реле постоянно обтекается током такой величины, при которой F_Э превышает F_M и исходным рабочим положением реле является положение, когда якорь реле притянут к сердечнику и связанный с ним контакт 4 (рис. 3-1, 3-2) замыкает неподвижные контакты 3. Реле срабатывает, когда ток в обмотке уменьшается до величины, при которой F_Э становится меньше F_M. Наибольшая величина этого тока называется током срабатывания. Реле возвращается в исходное положение, когда ток в обмотке опять возрастет и F_Э превысит F_M. Наименьшая величина этого тока называется током возврата реле. Таким образом, рассмотренные реле срабатывают при уменьшении тока в обмотках и поэтому называются реле уменьшения тока (напряжения) или реле тока (напряжения) минимальные. У реле минимальных ток срабатывания меньше тока возврата, поэтому коэффициент возврата у этих реле всегда больше единицы. в) Способы регулирования тока срабатывания Из выражения (3-2), которое показывает, от каких факторов зависит ток срабатывания, видно, что величину тока срабатывания можно регулировать (изменять) следующими способами: 1. Изменением противодействующей механической силы F_M, 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, например, реле на рис. 3-16. 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. Такой способ регулирования тока срабатывания применен у реле, приведенного на рис. 3-11. 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. Такой способ регулирования тока срабатывания применяется у реле, изображенных на рис. 3-9 и 3-16. 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.

Таким 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 (рис. 3-5), 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. Принцип действия индукционных реле

На индукционном принципе выполняются реле двух основных типов: реле с вращающимся диском и реле с вращающимся цилиндрическим ротором. Первый тип используется для изготовления реле максимального тока с зависимой характеристикой выдержки времени, а второй — для изготовления реле направления мощности и реле сопротивления. Индукционное реле состоит из неподвижного магнитопровода с катушками (обмотками) и подвижной части, выполняемой в виде металлического диска или цилиндра, расположенных на оси. При подаче в обмотки реле переменных токов возникают переменные магнитные потоки, которые индуктируют токи в подвижной части реле. В результате взаимодействия между указанными магнитными потоками и токами в подвижной части реле возникает вращающий момент, под влиянием которого подвижная часть может вращаться или поворачиваться на определенный угол. Из рассмотренного видно, что индукционные реле могут работать только на переменном токе.

Для получения вращающего момента на подвижной части индукционного реле необходимо создать не менее двух магнитных потоков, сдвинутых относительно друг друга в пространстве и по фазе [Л. 2, 4, 5, 7]. Большинство индукционных реле выполняются с двумя магнитными потоками. В этих реле вращающий момент на подвижной части возникает в результате взаимодействия каждого магнитного потока с током, индуктированным в подвижной части реле вторым магнитным потоком. На рис. 3-6 приведено индукционное реле с диском и коротко-замкнутыми витками. Реле состоит из подвижного алюминиевого диска 1 с укрепленной на его оси контактной системой 2 и стального магнитопровода 4 с обмоткой 3. На часть сечения полюсов магнитопровода насажены массивные медные короткозамкнутые витки (экраны) 5.

При прохождении по обмотке реле переменного тока возникает магнитный поток Ф, который замыкается по экранированной и неэкранированной частям полюсов. Вследствие этого в экранах индуктируется

э. д. с. и проходит ток, который создает свой магнитный поток. В результате наложения магнитного потока экранов на магнитный поток магнитопровода Ф магнитные потоки в экранированной части полюсов Ф₁ и неэкранированной части Ф₂ оказывается сдвинутыми относительно друг друга на угол  . Таким образом, создаются условия, необходимые для работы индукционного реле, а именно: наличие двух переменных магнитных потоков, созданных неподвижной обмоткой, сдвинутых относительно друг друга как в пространстве, так и по фазе.

В результате взаимодействия магнитного потока Ф₁ с током I_д2, индуктированным в диске магнитным потоком Ф₂, и взаимодействия магнитного потока Ф₂ с током I_д1 индуктированным в диске магнитным потоком Ф₁, на диск, который является, подвижной частью реле, действуют силы [Л.7, 12]:

Суммарная сила   равная   всегда направленная от неэкранированной части полюсов к экранированной, создает на диске вращающий момент М_вр, под действием которого диск начинает вращаться и с помощью подвижных контактов 2 замыкает неподвижные контакты 6. Общее выражение для вращающего момента индукционного реле имеет вид [Л. 4, 5, 7]:

где  — коэффициент пропорциональности; Ф₁ и Ф₂ — магнитные потоки, воздействующие на подвижную часть реле;  — угол сдвига между магнитными потоками.  Из выражения (3-4) следует, что когда магнитные потоки Ф₁ и Ф₂ совпадают по фазе, т. е. когда угол   ,   то все выражение обращается в нуль, т. е. М_вр = 0. Наоборот, когда   то М_вр имеет максимальную величину.  На рис. 3-29 показано индукционное реле с цилиндрическим ротором, у которого магнитные потоки Ф₁ и Ф₂ сдвинуты в пространстве на угол 90°, а фазовый сдвиг между ними достигается соответствующим включением обмоток реле. Магнитные потоки Ф₁ и Ф₂ индуктируют и стенках цилиндрического ротора э. д. с. и токи, которые, взаимодействуя с этими магнитными потоками, создают на роторе вращающий момент, так же как на диске рассмотренного выше реле.

3-4. Принцип действия магнитоэлектрических реле

Магнитоэлектрическое реле (рис. 3-7) состоит из неподвижной части, включающей в себя постоянный магнит 1, стальной цилиндр 2, упор 3. и контакт 4, и подвижной части, которая выполняется в виде рамки с обмоткой 5 и контактом в на общей оси.

При отсутствии тока в обмотке рамка под влиянием противодействующих пружин находится в исходном положении. Эти пружины используются одновременно как токоподводы к обмотке рамки (на рис. 3-7 не показаны). При подаче в обмотку постоянного тока возникают силы

взаимодействия между током в рамке и магнитным потоком постоянного магнита, под влиянием которого рамка поворачивается и происходит замыкание контакта 6 с контактом 4.

Направление поворота рамки зависит от направления тока в ее обмотке. Поэтому при одном определенном направлении тока рамка поворачивается в сторону замыкания контактов, а при обратном — в сторону заклинивания, т. с. реле срабатывает только при определенной полярности тока в его обмотке.

Магнитоэлектрические реле могут применяться для работы только на постоянном токе. При подаче переменного тока реле работать не будет, так как переменный ток имеет один полупериод положительное направление, а второй — отрицательное. Поэтому результирующий вращающий момент на рамке за полный период будет равен нулю. Общее выражение для вращающего момента магнитоэлектрического реле имеет вид:

где   — коэффициент пропорциональности, зависящий от геометрических размеров и числа витков обмотки рамки; В — магнитная индукция в воздушном зазоре; I — ток в обмотке рамки реле. Отличительной особенностью магнитоэлектрических реле является их весьма высокая чувствительность, достигающая тысячных долей милливатта. Время срабатывания этих реле составляет 0,1 —0,5 с. При необходимости использования магнитоэлектрических реле в цепях переменного тока они включаются через выпрямители.

3-5. Классификация электрических реле

Все реле делятся по назначению на три группы. Основные реле, непосредственно реагирующие на изменение контролируемых величин, например тока, напряжения, мощности, частоты, сопротивления и т. д. Вспомогательные реле, управляемые другими реле и выполняющие функции введения выдержки времени, размножения контактов, передачи команд от одних реле к другим, воздействия на выключатели, сигналы и т. п. Сигнальные (указательные) реле, фиксирующие действие защиты и управляющие звуковыми и световыми сигналами.

Все реле имеют воспринимающий орган, который непосредственно воспринимает изменения электрических величин, подведенных к реле, и производит соответствующие им изменения в других органах или частях реле, и исполнительный орган, который, воздействуя на внешние цепи, производит отключение выключателей, подачу предупредительных сигналов или запуск других реле. Частным случаем исполнительного органа являются контакты. Кроме того, некоторые реле имеют орган замедления или выдержки времени. В зависимости от электрической величины, на которую реагирует воспринимающий орган, электрические реле бывают: токовые, напряжения, мощности, сопротивления и частоты, а по характеру изменения воздействующей величины делятся на реле увеличения величины, или максимальные, и реле уменьшения величины, или минимальные. Максимальные реле срабатывают, когда значение воздействующей величины превосходит заданную, а минимальные — когда значение воздействующей величины снижается ниже заданной. По способу включения воспринимающего органа различаются реле первичные, у которых воспринимающий орган включается непосредственно в цепь защищаемого элемента, и вторичные, у которых воспринимающий орган включается через измерительные трансформаторы тока и напряжения. По способу воздействия исполнительного органа различаются реле прямого действия, у которых исполнительный орган отключает выключатель путем механического воздействия, и реле косвенного действия, исполнительный орган которых воздействует на привод выключателя с помощью оперативного тока.

Практическое применение получили следующие три группы реле:

1. Первичные реле прямого действия. В эту группу входят реле максимального тока, действующие мгновенно и с замедлением, реле минимального напряжения мгновенного действия и электротепловые реле. Первичные реле прямого действия встраиваются непосредственно в выключатели, автоматы и магнитные пускатели (см. гл. 2). 2. Вторичные реле прямого действия. В эту группу также входят реле максимального тока и минимального напряжения, действующие мгновенно и с выдержкой времени. Реле выполняются на электромагнитном принципе и встраиваются в приводы выключателей. 3. Вторичные реле косвенного действия. В эту основную и наиболее многочисленную группу входят практически все типы реле тока, напряжения, мощности, сопротивления и частоты, а также реле времени промежуточные и сигнальные реле.