«Исследование элементов максимальной токовой защиты с независимой выдержкой времени»

1 Принцип действия максимальной токовой защиты и характеристики реле тока и времени

Максимальной токовой защитой называется защита, реагирующая на увеличение тока в защищаемом элементе сверх определенного значения. Пусковым органом максимальной токовой защиты является токовое реле, срабатывающее при увеличении тока в обмотке реле до значения уставки. Реле времени определяет время действия защиты, которое не зависит от величины тока, протекающего в защищаемом элементе, поэтому такая защита называется защитой с независимой выдержкой времени. Основным требованием, предъявляемым к максимальной токовой защите, является требование надежной работы при повреждениях и несрабатывания при максимальных токах нагрузки и ее кратковременных толчках. Поэтому одной из главных задач при выборе токов срабатывания является отстройка защиты от токов нагрузки. Ток срабатывания реле с учетом требований, предъявляемых к максимальной токовой защите, определяется из следующего выражения:

,

где - максимальный рабочий ток нагрузки; - коэффициент запаса, учитывающий погрешность токового реле защиты, который принимается равным 1,1÷1,5;

- коэффициент, зависящий от схемы соединения трансформаторов тока и реле; - коэффициент запуска, учитывающий увеличение тока, вызванное самозапуском двигателей; - коэффициент возврата токового реле:

,

где - максимальное значение тока, при котором происходит отпадение якоря реле; - коэффициент трансформации трансформатора тока.

Селективность действия максимальной токовой защиты достигается с помощью выдержки времени. Выдержка времени рассчитывается в зависимости от вида защищаемого объекта и его местоположения в энергосистеме. Для обеспечения селективности защит выдержки времени максимальных токовых защит согласуются по ступенчатому принципу. Величина ступени согласования должна быть такой, чтобы при коротком замыкании на каком-нибудь участке защита последующего участка не успевала срабатывать. К числу наиболее распространенных реле тока относятся: РТ-40, РТ-40/1Д, РСТ-10. Электромагнитное реле РТ-40 является модернизированным аналогом реле типа ЭТ-520. Модернизация заключалась в уменьшении сечения магнитопровода и увеличении совместного хода контактов для снижения вибрации и повышении надежности замыкания по отношению к номинальному току трансформаторов тока. Реле имеет шкалу, деление которой нанесены в амперах для последовательного соединения катушек. В пределах диапазона шкалы тока срабатывания реле регулируется плавным поворотом стрелки. При параллельном соединении катушек ток срабатывания реле увеличивается в два раза. Номенклатура реле от РТ-40/0,2 до РТ-40/200 с пределами уставок на ток срабатывания реле от 0,05 А до 200 А. Потребляемая мощность реле от 0,2 ВА – для реле РТ-40/0,2 до 8 ВА – для РТ-40/200.Коэффициент возврата не менее 0,85 на первой уставке по шкале и не менее 0,8 на остальных уставках. Время срабатывания реле не более 0,1 с. Класс точности 5. Реле имеет один замыкающий и один размыкающий контакты. Реле максимального типа РТ-40/1Д применяется в схемах Защиты переменного тока в тех случаях, когда требуется большая кратность длительного допустимого тока к току срабатывания реле. Пределы срабатывания реле от 0,15 до 1 А. Коэффициент возврата реле на любой уставке не менее 0,7. Реле имеет один замыкающий и один размыкающий контакты. Реле серии РСТ-10 (РСТ-11, РСТ-12, РСТ-12, РСТ-14) по своему назначению являются электронными аналогами электромеханическими реле серии РТ-40 и обладают повышенной устойчивостью к механическим воздействиям. Реле надежно срабатывает при таких кратностях токов короткого замыкания, при которых реле серии РТ-40 оказывает из-за вибрации их контактной системы. Диапазоны уставок от 0,05 А – для реле РСТ-11-0,4 до 120 А – для РСТ-11-32. Коэффициент возврата реле не менее 0,9, что обеспечивает большую чувствительность максимальной токовой защиты, чем на реле серии РТ-40. Ток срабатывания реле регулируется выключателями на лицевой панели по формуле

где - минимальная уставка для соответствующего типа реле;

- сумма чисел, определяемая по положению переключателя на лицевой панели реле (шкале уставок).

Ток срабатывания реле устанавливается дискретно, ступень измерения уставок составляет 0,1 , что обеспечивает достаточную точность настройки реле. Потребляемая мощность реле в 2 раза меньше, чем у реле серии РТ-40. Время срабатывания РСТ-11 также меньше и составляет 0,035 С при подаче на вход трехкратного тока срабатывания реле серии РТ-40. Реле имеет один замыкающий и один размыкающий контакт. В схемах релейной защиты и автоматики для получения регулируемой выдержки времени применяются реле времени серий ЭВ-100, ЭВ-200, РВ-100, РВ-200, РВ-01, ВЛ и др. Реле времени постоянного тока серии ЭВ-100 (ЭВ-112÷ЭВ-144) часовой механизм находится в заведенном состоянии при обесточенном электромагните реле. При подачи напряжения на обмотку реле достаточного для срабатывания реле, заводная пружина часового механизма освобождается и часовой механизм приходит в действие, обеспечивая длительное и кратковременное замыкание контактов с заданной выдержкой времени с момента подачи напряжения на реле. Максимальная выдержка времени 20с. Потребляемая мощность составляет 30 Вт, а при введении дополнительного резистора мгновенным размыкающим контактом потребляемая мощность в длительном режиме не превышает 15 Вт. В серии реле времени переменного тока ЭВ-200, в отличие от серии ЭВ-100, часовой механизм заводится при подачи напряжения на электромагнит реле и освобождается при его снятии. Поэтому заданная выдержка времени обеспечивается с момента исчезновения напряжения на обмотке реле. Потребляемая мощность электромагнитного реле составляет 20 ВА. Реле серии РВ-100 (200) являются модернизированными аналогами серии ЭВ-100(200). Основной недостаток электромеханических реле времени серии ЭВ и РВ-100(200) заключается в значительной погрешности по выдержки времени, составляющей 3-4% наибольшей уставки. Реле времени РВ-01(03) являются электронными аналогами электромеханических реле времени серии РВ-100(200). Выдержка времени задается регулируемой постоянной времени интегрирующей цепочки RC. При тех же самых габаритах реле выбростройки, не имеют сложной механики и обладают большей точностью при меньшей потребляемой мощности. Реле времени постоянного и переменного тока РВ-01 обеспечивают выдержку времени защит срабатывания после подачи напряжения оперативного тока. Регулировка уставок – дискретная и составляет 1% от максимальной уставки номинального диапазона. Недостатком по сравнению с реле серии РВ-100 является отсутствие мгновенного и временного замыкающих контактов.

Реле времени переменного тока РВ-03 обеспечивают выдержку времени после снятия напряжения переменного тока. Контактная система состоит из родного мгновенного переключающего контакта и двух размыкающих контактов с независимо регулируемой друг от друга выдержкой времени. Мощность, потребляемая реле, не более 3 ВА.

2 Конструкция и принципы действия основных элементов

2.1 Электромагнитные реле переменного тока

Конструкция реле РТ-40 поясняется рис. 2-1. Электромагнит 1 (П-образный, с двумя катушками 2, соединяемыми последовательно или параллельно) притягивает ферромагнитный якорь 3. Последний при перемещении поворачивает контактный мостик 5, жестко связанный с осью. С этой же осью связана противодействующая пружина 4. Ее натяжение (закручивание)регулируется при помощи рычага 6. Замыкание цепи контактами 5 происходит при их соприкосновении с контактными пружинами. На рис- 2-2 пояснена выполнение крепления контактных пружин а и б к неподвижному держателю в.

Рисунок 2.1 - Выполнение реле типа РТ-40

При прохождении тока по обмотке реле магнитный поток, создаваемый этим током, намагничивает подвижный якорь. Возникающая при этом электромагнитная сила, действующая на якорь, будет обуславливать вращающий момент, поворачивающий подвижную систему по часовой стрелке. Этому перемещению препятствует спиральная пружина, создающая противодействующий момент. Для надежного срабатывания реле необходимо, чтобы вращающий момент превосходил момент сопротивления пружины, трения и массы подвижной системы. Равенство моментов определяет граничное условие, т. е. условие срабатывания реле. Отсюда следует, что для реле подобного типа наиболее простым способом изменения тока срабатывания является изменение натяжения пружины. Если ослабить закручивание пружины 4 (рис. 2-1), т. е. сдвинуть указатель 6 влево по шкале, то ток срабатывания реле уменьшится. У реле типа РТ-40 при перемещении указателя от крайнего левого в крайнее правое положение ток срабатывания увеличивается в 2 раза.

Ток срабатывания реле РТ-40 можно также менять путем переключения обмоток катушек с последовательного соединения на параллельное -в последнем случае ток, проходящий по каждой из катушек, уменьшается в 2 раза и соответственно в 2 раза уменьшается намагничивающая сила. Выводы катушек имеют маркировку 2,4,6 и 8. Шкала реле проградуирована на заводе для последовательного соединения секций обмотки, поэтому при включении секций параллельно уставку срабатывания реле надо увеличивать в 2 раза. Для согласованного включения секций реле должно быть подключено к контролируемой цепи всегда крайними зажимами (зажимами 2 и 8). При последовательном соединении секций накладкой соединяются средние зажимы 4-6; при параллельном соединении устанавливаются две накладки: одна между зажимами 2-4 другая-6-8.

2.2 Электромагнитные реле времени

В качестве реле времени, включаемых в цепь переменного оперативного тока, можно использовать реле постоянного тока при условии выпрямления переменного напряжения. Спецификой выполнения конструкции реле времени переменного тока является выполнение механизма воспринимающей системы в виде периодомера (например, аналогично электрическому секундомеру) или с небольшим синхронным двигателем, подключаемым ко вторичной цепи трансформатора тока (обычно через промежуточный насыщающийся трансформатор). В устройствах автоматики, содержащих так называемые программные реле, работа которых проходит при нормальном напряжении в сети (не в условиях понижения напряжения при к. з. и не при глубоком изменении частоты), втягивающие катушки или синхронные двигатели подключаются к трансформаторам напряжения или переменному напряжению установок соответственного расхода объектов.Реле времени с часовым механизмом выпускаются отечественной промышленностью для питания от сети постоянного тока (один тип устройства) и от сети переменного тока (другой тип). Основной частью устройства является точный часовой механизм, изготавливаемый специальным часовым заводом. Изменение уставки времени срабатывания производится путем изменения расстояния между неподвижным и подвижным контактами, равномерное движение которого производит часовой механизм после срабатывания спускового устройства. Пределы регулировки времени у реле времени Чебоксарского электроаппаратного завода 0,1-1,3; 0,25-3,5; 0,5-9 и 2-20 с. На большие времена срабатывания промышленностью выпускаются моторные реле времени постоянного и переменного тока. Это многоступенчатые реле с регулировкой времени от 0 до 21) мин. Гарантируются «цена деления» 15 с и время возврата не более 1 с [12].Малые времена замедления создаются за счет собственного времени действия электромагнитных реле и могут составлять у разных типов реле 0,01—0,06 с. Специальные реле с короткозамкнутой обмоткой или медной втулкой на магнитопроводе создают время на срабатывание до 0,12 с, а на отпускание до 1.2 с. Указанные значения времени достигаются вследствие размагничивающего действия токов в короткозамкнутой обмотке медной втулке. У некоторых типов реле короткозамкнутая обмотка включается после замыкания контакта реле при его срабатывании.

3 Протоколы проверки устройства рза

3.1 Исследование реле максимального тока

По выбору преподавателя в работе исследуется реле РТ-40,РТ-40/1Д,РСТ-10 (рис.3.1,реле КА). Внешним осмотром убедиться в исправности источника питания и оборудования для лабораторной работы. Ознакомиться с техническими данными, конструкцией и способами регулирования уставок срабатывания реле. Изучить электрическую схему исследования реле рис.3.1.

Рисунок 3.1 – Схема исследования токового реле

Порядок исследования реле максимального тока:

1. Собрать схему (рис. 3.1.) для исследования токового реле. Установить минимальное значение уставки (тока срабатывания реле). 2. После проверки преподавателем собранной схемы включить питание:* постепенно увеличить ток в схеме (при помощи регулировочноготрансформатора ТUV - грубо, точно - реостатом R), определить его минимальное значение, при котором срабатывает реле (загорается лампа НL). Полученное значение занести в табл. 3.1.* уменьшить величину тока в схеме, зафиксировать его максимальное значение, при котором гаснет лампа НL (контакт реле размыкается).

3. Полученное значение занести в табл.3.1. Определить коэффициент возврата и его значение занести в табл. 3.1.4. Повторить измерения для остальных уставок, заданных преподавателем и указанных в табл. 3.1.5. Дать оценку расхождения измеренных и паспортных данных исследуемого токового реле.

Таблица 3.1-Результаты измерений

Ток уставки по шкале, А
Ток срабатывания, А
Ток возврата, А
Коэффициент возврата

3.2 Исследование реле времени

По выбору преподавателя в работе исследуется реле серий ЭВ-100, РВ-100, РВ-01, ВЛ (рис. 3.1. реле КТ). Внешним осмотром убедиться в исправности источника питания и оборудования для лабораторной работы. Ознакомиться с техническими данными, конструкцией и способами регулирования уставок срабатывания реле. Изучить электрическую схему исследования реле, рис. 3.2.

Рисунок 3.2 – Схема исследования реле времени

Порядок исследования реле времени:

1. Собрать схему (рис. 3.2) для исследования реле времени. Установить максимальное значение уставки выдержки времени.

2. После проверки преподавателем собранной схемы включить питание:

* постепенно увеличивая напряжение при помощи реостата R, определить минимальное значение напряжения, при котором якорь реле мгновенно втягивается;

* медленно снижая напряжение, определить наибольшее значение напряжения, при котором якорь мгновенно отпадает. Определить коэффициент возврата реле

3. Проверить шкалу времени реле. Данные занести в табл.3.2

4. Дать оценку расхождений измеренных и паспортных данных исследуемого реле времени.

Таблица 3.2.-Результаты измерений

Время уставки по шкале, с	1	2	3	4	5	6	7
Время срабатывания, с
Коэффициент возврата

5 Тесты для проверки знаний обучаемых на лабораторном стенде

1.Как изменится ток срабатывания реле РТ-40, если последовательное соединение катушек поменять на параллельное?А) уменьшиться в 2 раза;Б) увеличится в 2 раза;

В) останется неизменным;Г) другой ответ. 2.Контактная система реле тока РТ-40 имеет:А) один замыкающий, другой размыкающий контакт Б) один замыкающий контакт, два размыкающихВ) один размыкающий контакт, два замыкающихГ) один переключающий, два размыкающих.3.С помощью какого параметра можно дать оценку чувствительности токовой защиты?А) ток уставкиБ) ток срабатыванияВ) коэффициент возвратаГ) другой ответ4.Возможно ли в качестве реле времени, включаемых в цепь переменного оперативного тока, использовать реле постоянного токаА) нельзяБ) возможно, но при определенных условияхВ) всегда возможно5.Контактная система реле времени состоит из:А) один замыкающий, другой размыкающий контакт Б) один замыкающий контакт, два размыкающихВ) один размыкающий контакт, два замыкающихГ) один переключающий, два размыкающих.6.Наличие короткозамкнутой обмотки на магнитопроводе (для РВ) создает замедление приА) включении токаБ) отключении токаВ) включении и отключении токаГ) нет правильного ответа

Ответы: 1Б, 2А, 3В, 4Б, 5Г, 6В.