26. Принципы построения защиты трансформаторов от перегрузки. Отличия защиты трансформаторов от перегрузки на подстанциях с оперативным персоналом и без него.
Подстанция с персоналом
Защита действует на сигнал. Токовое реле включено на ток одной фазы.
где: kH – составляет – 1,05
Время срабатывания защиты отстраивается от выдержек времени максимальных защит присоединений, чтобы избежать излишних сигналов при КЗ и кратковременных перегрузках.
tПЕР = tМТЗ + Dt
Подстанция без персонала
Защита от перегрузки выполняется трехступенчатой.
Первая ступень срабатывает при малых перегрузках. Действие защиты на сигнал, передаваемый с помощью телемеханики на дежурный пункт. t1 = tМТЗ + Dt
Вторая ступень от больших перегрузок. Действует на отключение части малоответственных потребителей, разгружая трансформатор до допустимого значения.
t2 < tДОП где: tДОП – допустимое время перегрузки.
Третья ступень действующая на отключение, если вторая ступень не осуществит разгрузки.
t3 = (t2 + Dt) < tДОП
Защита от перегрузки трехобмоточных трансформаторов
При неравной мощности обмоток или 2-х и 3-х стороннем питании защиту от перегрузки ставят на всех обмотках.
27. Аварийные и ненормальные режимы работы электродвигателей. Принципы релейной защиты электродвигателей. Схема продольной дифференциальной защиты электродвигателей. Предназначение и принципиальная схема защиты электродвигателей от минимального напряжения.
К аварийным режимам относятся:
1) многофазные (трех- и двухфазные) и однофазные короткие замыкания в обмотках электродвигателя; многофазные короткие замыкания в выводной коробке электродвигателя и во внешней силовой цепи (в проводах и кабелях, на контактах коммутационных аппаратов, в ящиках сопротивлений); короткие замыкания фазы на корпус или нулевой провод внутри двигателя или во внешней цепи -- в сетях с заземленной нейтралью; короткие замыкания в цепи управления; короткие замыкания между витками обмотки двигателя (витковые замыкания).
Короткие замыкания являются наиболее опасными аварийными режимами в электроустановках. В большинстве случаев они возникают из-за пробоя или перекрытия изоляции. Токи короткого замыкания иногда достигают величин, в десятки и сотни раз превосходящих значения токов нормального режима, а их тепловое воздействие и динамические усилия, которым подвергаются токоведущие части, могут привести к повреждению всей электроустановки;
2) тепловые перегрузки электродвигателя из-за прохождения по его обмоткам повышенных токов: при перегрузках рабочего механизма по технологическим причинам, особо тяжелых условиях пуска двигателя под нагрузкой или его застопоривании, длительном понижении напряжения сети, выпадении одной из фаз внешней силовой цепи или обрыве провода в обмотке двигателя, механических повреждениях в двигателе или рабочем механизме, а также тепловые перегрузки при ухудшении условий охлаждения двигателя. Тепловые перегрузки вызывают в первую очередь ускоренное старение и разрушение изоляции двигателя, что приводит к коротким замыканиям, т. е. к серьезной аварии и преждевременному выходу двигателя из строя.
ненормальные режимы работы электродвигателя сопровождаются прохождением сверхтока в его обмотке. Опасно, прежде всего, тепловое действие сверхтока, которое определяет допустимые значения и продолжительность прохождения сверхтока. Чем больше кратность k тока перегрузки относительно номинального тока, тем меньше допустимое время перегрузки
Принцип работы реле защиты электродвигателя основан на принципе измерения потребляемого двигателем тока. Токи непрерывно измеряются тремя встроенными в реле защиты электродвигателя токовыми трансформаторами, а их измеренные значения используются для создания тепловой модели электродвигателя и сравнения их со значениями токов, установленными на реле.
Продольная дифференциальная защита электродвигателя
Применяется на ЭД с мощностью более 4000 кВт; однако защита может устанавливаться на двигателях меньшей мощности, если чувствительность отсечки не соответствует [5]. Принцип действия продольной дифференциальной защиты ЭД и ее схема подобны продольной дифференциальной защите трансформатора, (
Ток срабатывания защиты определяется [25] по выражению:
(7.5)
где 
―
ток небаланса в относительных единицах,
по сути коэффициент небаланса,
=
0,1…0,5; kП ―
коэффициент пуска, IН,ДВ ―
номинальный ток двигателя.
Время срабатывания защиты принимается равным нулю:
.
Коэффициент чувствительности оценивается по выражению
где IК1,МIN – минимальный ток КЗ в точке К1
Защиты электродвигателей от минимального напряжения.
В некоторых случаях при длительном отсутствии напряжения защита минимального напряжения отключает и ответственные электродвигатели. Это необходимо, в частности, для пуска схемы АВР электродвигателей, а также по технологии производства. Так, например, в случае остановки всех дымососов необходимо отключить мельничные и дутьевые вентиляторы и питатели пыли; в случае остановки дутьевых вентиляторов — мельничные вентиляторы и питатели пыли. Отключение ответственных электродвигателей защитой минимального напряжения производится также в тех случаях, когда их самозапуск недопустим по условиям техники безопасности или из-за опасности повреждения приводимых механизмов. Наиболее просто защита минимального напряжения может быть выполнена с одним реле напряжения, включенным на междуфазное напряжение. Однако такое выполнение защиты ненадежно, так как при обрывах в цепях напряжения возможно ложное отключение электродвигателей. Поэтому однорелейная схема защиты применяется только при использовании реле прямого действия. Для предотвращения ложного срабатывания защиты при нарушении цепей напряжения применяются специальные схемы включения реле напряжения. Одна из таких схем для четырех электродвигателей, разработанная в Тяжпромэлектропроекте [Л. 42], показана на рис. 11-7. Реле минимального напряжения прямого действия 1РНВ — 4РНВ включены на междуфазные напряжения АВ и ВС. Для повышения надежности защиты эти реле питаются отдельно от приборов и счетчиков, которые подключены к цепям напряжения через трехфазный автомат 3А с мгновенным электромагнитным расцепителем (использованы две фазы автомата). Фаза В цепей напряжения заземлена не глухо, а через пробивной предохранитель, что исключает возможность однофазных коротких замыканий в цепях напряжения и также повышает надежность защиты. В фазе А защиты установлен однофазный автомат 1А с электромагнитным мгновенным расцепителем, а в фазе С автомат 2А с замедленным тепловым расцепителем. Между фазами А и С включен конденсатор С емкостью порядка 30 мкФ, назначение которого указано ниже. При повреждениях в цепях напряжения рассматриваемая защита будет работать следующим образом.. Замыкание одной из фаз на землю, как уже отмечалось выше, не приводит к отключению автоматов, так как цепи напряжения не имеют глухого заземления.
П
ри
двухфазном коротком замыкании ВС
отключится только автомат 2А фазы С.
Реле напряжения 1РНВ и 2РНВ остаются при
этом подключенными к нормальному
напряжению и поэтому не запускаются.
Реле ЗРНВ и 4РНВ, запустившиеся при
коротком замыкании в цепях напряжения,
после отключения автомата 2А вновь
подтянутся, так как на них будет подано
напряжение через конденсатор от фазы
А.
При коротком замыкании АВ или
АС отключается автомат 1А, установленный
в фазе А. После отключения короткого
замыкания реле 1РНВ и 2РНВ вновь подтянутся,
так как на них будет подано напряжение
от фазы С через конденсатор. Реле ЗРНВ
и 4РНВ не запустятся. Аналогично будут
вести себя реле и при обрыве фаз А и С.
Таким образом, рассмотренная схема
защиты не работает ложно при наиболее
вероятных повреждениях цепей напряжения.
Ложная работа защиты возможна только
при маловероятных видах повреждения
цепей напряжения — трехфазном коротком
замыкании или при отключении обоих
автоматов 1А и 2А.
Сигнализация
неисправности цепей напряжения
осуществляется контактами реле 1РН,
2РН, ЗРН и контактами автоматов 1А, 2А,
ЗА,
28. Предназначение и принципы построения систем автоматического повторного включения в электрических сетях. Классификация систем автоматического повторного включения. Требования предъявляемые к системам автоматического повторного включения.
Все повреждения в электрической сети можно условно разделить на два типа: устойчивые и неустойчивые.
К устойчивым повреждениям относятся такие, для устранения которых требуется вмешательство оперативного персонала или аварийной бригады. Такие повреждения не самоустраняются со временем, эксплуатация поврежденного участка сети невозможна. К таким повреждениям относятся обрывы проводов, повреждения участков линий, опор ЛЭП, повреждения электрических аппаратов.
Неустойчивые повреждения характеризуются тем, что они самоустраняются в течение короткого промежутка времени после возникновения. Такие повреждения могут возникать, например, при случайном схлёстывании проводов. Возникающая при этом электрическая дуга не успевает нанести серьёзных повреждений, так как через небольшой промежуток времени после возникновения короткого замыкания цепь обесточивается действием релейной защиты. Включение отключенного участка сети под напряжение называется повторным включением. В зависимости от того, остался ли этот участок сети в работе или же снова отключился, повторные включения разделяют на успешные и неуспешные. Соответственно, успешное повторное включение указывает на неустойчивый характер повреждения, а неуспешный на то, что повреждение было устойчивым.
Для того чтобы ускорить и автоматизировать процесс повторного включения, применяют устройства автоматического повторного включения (АПВ).
Классификация
В зависимости от количества фаз, на которые действуют устройства АПВ, их разделяют на:
однофазное АПВ — включает одну отключенную фазу (при отключении из-за однофазного короткого замыкания)
трёхфазное АПВ — включает все три фазы участка цепи.
комбинированные — включает одну или три фазы в зависимости от характера повреждения участка сети.
Трёхфазные устройства АПВ могут в зависимости от условий работы сети разделяться на
простые (ТАПВ)
несинхронные (НАПВ)
быстродействующие (БАПВ)
с проверкой наличия напряжения (АПВНН)
с проверкой отсутствия напряжения (АПВОН)
с ожиданием синхронизма (АПВОС)
с улавливанием синхронизма (АПВУС)
в сочетании с самосинхронизацией генераторов и синхронных компенсаторов (АПВС)
Особой разновидностью АПВ является частотное автоматическое повторное включение (ЧАПВ).
В зависимости от того, какое количество раз подряд требуется совершить повторное включение, АПВ разделяются на АПВ однократного действия, двукратного и т. д. Наибольшее распространение получили АПВ однократного действия, однако в ряде случаев применяются АПВ с другой кратностью действия.
По способу воздействия на выключатель АПВ могут быть:
механические — они встраиваются в пружинный привод выключателя.
электрические — воздействуют на электромагнит включения выключателя.
Принцип действия АПВ
Реализация схем АПВ может быть различной, это зависит от конкретного случая, в котором схему применяют. Один из принципов, применяемый в автоматике выключателей ВЛ напряжением до 220 кВ, заключается в сравнении положения ключа управления выключателем и состояния этого выключателя. То есть, если на схему АПВ поступает сигнал, что выключатель отключился, а со стороны управляющего выключателем ключа приходит сигнал, что ключ в положении «включено», то это означает, что произошло незапланированное (например, аварийное) отключение выключателя. Этот принцип применяется для того, чтобы исключить срабатывание устройств АПВ в случаях, когда произошло запланированное отключение выключателя.
Требование к АПВ
К схемам и устройствам АПВ применяется ряд обязательных требований, связанных с обеспечением надёжности электроснабжения. К этим требованиям относятся:
АПВ должно обязательно срабатывать при аварийном отключении на защищаемом участке сети.
АПВ не должно срабатывать, если выключатель отключился сразу после включения его через ключ управления. Подобное отключение говорит о том, что в схеме присутствует устойчивое повреждение, и срабатывание устройства АПВ может усугубить ситуацию. Для выполнения этого требования делают так, чтобы устройства АПВ приходили в готовность только через несколько секунд после включения выключателя. Кроме того, АПВ не должно срабатывать во время оперативных переключений, осуществляемых персоналом.
Схема АПВ должна автоматически блокироваться при срабатывании ряда защит (например, после действия газовой защиты трансформатора, срабатывание устройств АПВ нежелательно)
Устройства АПВ должны срабатывать с заданной кратностью. То есть однократное АПВ должно срабатывать 1 раз, двукратное — 2 раза и т. д.
После успешного включения выключателя, схема АПВ должна обязательно самостоятельно вернуться в состояние готовности.
АПВ должно срабатывать с выставленной выдержкой времени, обеспечивая наискорейшее восстановление питания в отключенном участке сети. Как правило, эта выдержка равняется 0,3-5 с. Однако, следует отметить, что в ряде случаев целесообразно замедлять работу АПВ до нескольких секунд.
29. Предназначение и принципы построения систем автоматического включения резерва. Принципиальные схемы автоматического включения резерва на трансформаторных подстанциях. Требования предъявляемые к системам автоматического включения резерва.
Назначение АВР состоит в том, чтобы при авариях, когда по тем или иным причинам исчезает напряжение на одной системе (секции) сборных шин, опознать сложившуюся аварийную ситуацию и без вмешательства персонала автоматически восстановить электроснабжение потребителей от резервного источника питания.
Резервными источниками могут быть трансформаторы, линии, а также смежные секции сборных шин, получающие питание от других источников (трансформаторов, линий и т.д.). Резервные источники нормально могут быть отключены, могут находиться только под напряжением или нести нагрузку. В последнем случае источники питания могут резервировать друг друга.
А
втоматическое
включение секционного (или
шиносоединительного) выключателя. На
двухтрансформаторных подстанциях
секции сборных шин, как правило, питаются
раздельно; секционные выключатели
находятся в отключенном положении с
действием на них АВР. При отключении
любого трансформатора произойдет
переключение вспомогательных контактов
в приводе выключателя НН, при этом через
замкнутые контакты реле положения
"Включено" в схеме управления этим
выключателем будет подана команда на
включение секционного выключателя.Для
быстрого отключения секционного
выключателя при его включении на
неустранившееся КЗ предусматривается
ускорение действия максимальной токовой
защиты секционного выключателя после
АВР.
При питании взаиморезервирующих трансформаторов от одних общих сборных шин ВН пусковой орган минимального напряжения, как было рассмотрено выше, не устанавливается, так как при исчезновении напряжения на сборных шинах ВН действие АВР становится бесполезным.
Устройства автоматики на подстанциях с упрощенной схемой На рис. представлена схема двухтрансформаторной подстанции, автоматика которой выполнена на переменном оперативном токе. Нормально каждый трансформатор Т1 и Т2 подключен к одной из параллельных линий W1 и W2 через отделители QR1 и QR2.Секционными отделителями QR3 (переделанными для автоматического включения, любой трансформатор может быть подключен параллельно другому с питанием от одной линии. Секционный выключатель 10 кВ СВ нормально отключен. Питание цепей управления выключателей 10 кВ и отделителей 110 кВ осуществляется от трансформатора Т1СН или Т2CН жестко подключенного к силовому трансформатору Т1 или Т2 соответственно. При исчезновении напряжения на одном трансформаторе собственных нужд питание цепей управления автоматически переключается на другой, находящийся под напряжением. Трансформаторы Т1 и Т2 имеют защиты от внутренних повреждений (РЗ) - дифференциальные токовые и газовые, действующие на включение короткозамыкателей QN1 и QN2 соответственно. При включении короткозамыкателя подается команда на отключение выключателя 10 кВ и отделителей поврежденного трансформатора. Устройствами автоматики, установленными на подстанции, предусматривается устранение аварийных ситуаций, связанных с повреждениями на шинах 10 кВ, с повреждениями силовых трансформаторов и трансформаторов собственных нужд, с повреждением питающей линии. Аварийные ситуации ликвидируются действием следующих автоматических устройств: АПВ выключателей 10 кВ трансформаторов (АПВТ), АВР секционного выключателя 10 кВ, АВР секционных отделителей 110 кВ (АО), АПВ выключателей питающих линий.На подстанциях, где нагрузка превышает номинальную мощность одного трансформатора, предусматриваются также устройства аварийной разгрузки трансформаторов.
Требования, предъявляемые к АВР: • АВР должен обеспечивать контроль чередования и обрыва фаз. • Для трехфазных симметричных нагрузок необходим контроль перекоса фаз. • В случае мощных однофазных нагрузок контроль перекоса фаз будет вызывать частое срабатывание АВР. Для этого случая необходимо иметь возможность отключения контроля перекоса фаз. • Порог срабатывания АВР по напряжению должен иметь возможность регулировки для отстройки от просадок напряжения, возникающих при запуске электродвигателей нагрузки. • Время срабатывания АВР должно превышать время отключения внешних КЗ, при которых снижение напряжения вызывает срабатывание АВР. • Для повышения равномерности распределения нагрузки источников, питающих вводы АВР, целесообразно предусматривать возможность оперативной смены приоритета вводов АВР. • При частых срабатываниях АВР и больших токах нагрузки, для увеличения ресурса коммутационных элементов, АВР должен иметь режим работы без приоритета вводов (после срабатывания АВР не должно происходить автоматического возврата). • Для удобства эксплуатации, внешняя панель АВР должна иметь мнемосхему с индикацией состояния вводов и положения коммутационных элементов. • Силовые коммутационные элементы АВР должны иметь электрическую блокировку. Кроме того, для повышения надежности желательно применять механическую блокировку.