- •Курс лекций по релейной защите
- •8.5. Токовая отсечка 196
- •9.3. Защита от повышения напряжения. 205
- •Часть 1: Общие сведения о релейной защите.
- •Общие сведения о релейной защите
- •Назначение релейной защиты.
- •Основным назначением релейной защиты является выявление места возникновения к.З. И быстрое автоматическое отключение выключателей повреждённого участка сети.
- •Повреждения и ненормальные режимы в электроустановках.
- •Трёхфазное к.З.
- •Двухфазное к.З.
- •Однофазное к.З.
- •Замыкание на землю одной фазы в сети с изолированной нейтралью
- •Требования, предъявляемые к релейной защите.
- •Основные требования к релейной защите от к.З.:
- •Селективность или избирательность.
- •Чувствительность.
- •Надёжность.
- •Требования к релейной защите от ненормальных режимов
- •Основные требования, предъявляемые к релейной защите от к.З.: быстродействие, селективность, чувствительность, надёжность.
- •Требования, предъявляемые к защите от ненормальных режимов: селективность, чувствительность, надёжность. Быстродействия для защит от ненормальных режимов, как правило, не требуется.
- •Основные органы релейной защиты.
- •Релейная защита состоит из измерительных (пусковых) органов и логической части.
- •Измерительные органы рз (реле тока, напряжения, мощности и т.П.) осуществляют непрерывный контроль за состоянием защищаемого объекта.
- •Классификация электрических реле
- •Изображение реле на схемах релейной защиты.
- •Условные обозначения реле
- •Электрические аппараты, электрические машины, реле изображаются на схемах рз при помощи специальных условных обозначений.
- •Оперативный ток
- •Постоянный оперативный ток
- •Переменный оперативный ток
- •Для питания цепей управления выключателями, цепей релейной защиты и автоматики в электроустановках используются постоянный или переменный оперативный ток.
- •Измерительные преобразователи
- •Трансформаторы напряжения
- •Схемы соединения трансформаторов напряжения
- •Погрешности трансформаторов напряжения
- •Ёмкостные делители напряжения
- •Трансформаторы тока
- •Погрешности трансформаторов тока
- •Схемы соединения трансформаторов тока
- •Токовые защиты линий
- •Токовая защита с использованием предохранителей
- •Iоткл.Мах Iк.Мах
- •Предохранитель представляет собой коммутирующий аппарат, выполняющий одновременно с коммутацией функции токовой защиты.
- •Действие предохранителя основано на выделении тепла при прохождении тока по его плавкой вставке.
- •Предохранители, как дешёвые и простые аппараты получили широкое распространение в электроустановках и электрических сетях напряжением до 1 кВ.
- •Токовая защита с использованием расцепителей встроенных в автоматические воздушные выключатели до 1 кВ.
- •Максимальная токовая защита линий
- •Ток срабатывания защиты
- •Токовая отсечка
- •Схемы соединений трансформаторов тока и цепей тока реле токовых защит.
- •Токовая защита со ступенчатой характеристикой выдержки времени
- •Токовые ступенчатые защиты нашли широкое применение для защиты от междуфазных к.З. В радиальных высоковольтных сетях напряжением до 35 кВ с односторонним питанием.
- •По принципу действия ступенчатые токовые защиты не обеспечивают требование селективности в кольцевых сетях и сетях с несколькими источниками питания.
- •Токовые направленные защиты линий
- •Максимальная токовая направленная защита
- •Токовые направленные отсечки
- •Защиты линий от замыканий на землю
- •Защиты от замыканий на землю в сетях с большими токами замыкания на землю.
- •Защиты от замыканий на землю в сетях с малыми токами замыкания на землю.
- •Дистанционные защиты линий
- •Назначение и принцип действия дистанционной защиты
- •Характеристика измерительных органов дистанционной защиты
- •Характеристики реле сопротивления
- •Реле с круговой характеристикой с центром в начале координат.
- •Реле с круговой характеристикой, проходящей через начало координат.
- •Реле с эллиптической характеристикой.
- •Реле с многоугольными характеристиками.
- •Схемы включения реле сопротивления
- •Упрощённая схема дистанционной защиты.
- •Выбор уставок дистанционной защиты.
- •Дистанционная защита удовлетворяет требованиям селективности, быстродействия и чувствительности в сетях любой конфигурации с любым числом источников питания.
- •Дифференциальные токовые защиты линий
- •Продольные дифференциальные защиты.
- •Принцип действия продольной дифференциальной защиты основан на сравнении величины и фазы токов по концам защищаемой линии.
- •Продольная дифференциальная защита не требует замедления на срабатывание, т.Е. Является селективной по своему принципу действия.
- •Поперечные дифференциальные защиты.
- •Направленная поперечная дифференциальная защита
- •Дифференциально-фазная высокочастотная защита.
- •Дифференциально-фазные защиты отличаются быстродействием, высокой чувствительностью и обеспечивают селективность в сетях любой конфигурации и с любым числом источников питания.
- •Часть 2: Защиты генераторов трансформаторов, блоков генератор-трансформатор, электродвига-телей и сборных шин.
- •Защиты генераторов
- •Повреждения и ненормальные режимы работы генераторов. Требования к защитам генераторов. Повреждения обмотки статора.
- •Повреждения обмотки ротора
- •Ненормальные режимы
- •Перегрузочная способность генераторов по симметричному току статора
- •Продольная дифференциальная защита
- •Поперечная дифференциальная защита
- •Защита от однофазных замыканий на землю в цепи статора генератора
- •Токовые защиты генератора от внешних к.З. И перегрузок
- •Максимальная токовая защита от внешних к.З. С блокировкой (пуском) по напряжению
- •Максимальная токовая защита от перегрузок
- •Токовая защита обратной последовательности
- •Защита от повышения напряжения
- •Защита от повышения напряжения устанавливается на гидрогенераторах для предотвращения опасных повышений напряжения на его выводах при сбросах нагрузки.
- •В качестве защиты от повышения напряжения гидрогенераторов применяется максимальная защита напряжения с независимой выдержкой времени с уставками:
- •Защиты ротора
- •Защита обмотки ротора от замыкания на землю в одной точке
- •Защита от замыканий на землю во второй точке цепи возбуждения
- •Защита ротора от перегрузки
- •Защиты трансформаторов
- •Повреждения, ненормальные режимы работы. Назначение и основные виды защит.
- •Защита от перегрузки.
- •Защита от повышения напряжения.
- •Защиты трансформаторов (автотрансформаторов) от повреждений выполняются с действием на отключение.
- •Дифференциальная защита
- •Принцип действия
- •Особенности выполнения диф. Защит трансформаторов
- •Токи небаланса в дифференциальных защитах трансформаторов
- •Схемы дифференциальных защит трансформатора
- •Газовая защита
- •Защиты от сверхтоков внешних к.З.
- •Токовая отсечка
- •Токовая отсечка является самой простой быстродействующей защитой от к.З. В трансформаторе и совместно с мтз и газовой защитой трансформаторов малой мощности.
- •Защита от перегрузок
- •Особенности выполнения защит блоков генератор-трансформатор
- •Продольные дифференциальные защиты
- •Защита от сверхтоков при внешних к.З. И перегрузках
- •Защита от повышения напряжения.
- •Защита генераторов блока от замыканий на землю
- •Защита от повреждения вводов напряжением 500 кВ и выше блочных трансформаторов.
- •Защиты электродвигателей
- •Повреждения и ненормальные режимы работы электродвигателей. Основные виды защит.
- •Защиты от междуфазных к.З.
- •На электродвигателях мощностью до 2 мВт, как правило, применяют однорелейные, а на электродвигателях мощностью от 2 до 5 мВт – двухрелейные схемы токовой отсечки или продольной диф. Защиты.
- •Защита от перегрузки
- •Мтз от перегрузки электродвигателей, как правило, выполняется с помощью одного реле тока включенного на один из фазных токов или по двухфазной однорелейной схеме.
- •Защита от однофазных замыканий на землю
- •Защита от замыканий на землю применяется только на электродвигателях напряжением 3-10 кВ, работающих в сети с незаземлённой нейтралью.
- •Защита от замыканий на землю выполняется с помощью одного токового реле подключённого к трансформатору тока нулевой последовательности с действием на отключение без выдержки времени.
- •Защита от понижения напряжения
- •Для исключения неправильной работы защиту минимального напряжения выполняют при помощи 2-х комплектов реле, подключаемых к разным трансформаторам напряжения.
- •Защиты электродвигателей напряжением до 1 кВ
- •Для защиты электродвигателей напряжением до 1 кВ применяются предохранители, магнитные пускатели и автоматические выключатели.
- •С помощью магнитных пускателей осуществляются операции по пускам и остановкам электродвигателей напряжением до 1 кВ, а также защита от перегрузки и от понижения напряжения.
- •В некоторых случаях на электродвигателях устанавливаются специальные защиты от обрыва фазы.
- •Особенности защиты синхронных электродвигателей
- •Защиты синхронных электродвигателей должны действовать не только на отключение его от сети, но также на отключение автомата гашения поля (агп).
- •Защиты сборных шин
- •Продольная дифференциальная защита шин
- •В качестве защит шин могут использоваться: токовая отсечка, дистанционная защита и продольная дифференциальная защита.
- •Разновидности схем дифференциальной защиты шин
- •Дифференциальная защита шин для распределительных устройств с одной рабочей и второй резервной системами шин
- •Дифференциальная защита шин для распределительных устройств с двумя рабочими системами шин
- •Дифференциальные защиты сборных шин для различных первичных схем отличаются по степени сложности и по количеству комплектов защиты используемых для реализации защиты шин.
- •Защита шин генераторного напряжения
Продольная дифференциальная защита
Основной защитой генератора от междуфазных к.з. в обмотке статора генератора и на его выводах является продольная дифференциальная защита.
Принцип действия продольной дифференциальной защиты основан на сравнении величин и фаз токов по концам защищаемой зоны.
С
Рис. 7-2. Принцип
действия продольной диф.защиты генератора
а) токораспределение
при внешнем к.з.
б) токораспределение
при к.з. в зоне.
Реле защиты подключается на разность токов трансформаторов тока с одинаковыми коэффициентами трансформации установленных со стороны главных выводов и со стороны нейтрали генератора, поэтому в зону действия защиты входят обмотка и выводы (главные и нулевые) статора генератора.
При внешнем к.з. (К1) и в нагрузочных режимах токи в первичных обмотках трансформаторов тока (II и III) равны по величине и направлены в одну сторону (к месту к.з.), а ток в реле Ip=IIB-IIIB равен нулю поэтому защита не работает.
При к.з. в зоне действия защиты (К2) первичные токи к.з. направлены встречно (противоположны по фазе), ток в реле суммируется Ip=IIB+IIIB и реле срабатывает если Ip>Iс.з.
Продольная дифференциальная защита должна действовать на отключение генераторного выключателя и развозбуждение генератора (отключение автомата гашения поля – АГП).
В действительности из‑за погрешностей трансформаторов тока в реле появляется ток небаланса Ip=Iнб. Для исключения ложной работы защиты ток срабатывания продольной диф. защиты генератора выбирается по условию отстройки от тока небаланса, проходящего в реле при внешних к.з.:
Ic.з.=КнIнб.макс
где: |
|
|
|
|
Кн=1,2 |
- |
коэффициент надёжности; |
||
Iнб.макс |
- |
расчётный максимальный ток небаланса, определяемый по выражению: Iнб.макс=ККоднfi Iк.з.макс. |
||
где: |
|
|
|
|||
К=12 |
- |
коэффициент апериодичности, учитывающий наличие апериодической составляющей в токе к.з. |
||||
К=1,5 |
- |
для реле тока типа РТ-40 |
||||
К=2,0 |
- |
для реле тока прямого действия типа РТМ |
||||
Кодн=0,51,0 |
- |
коэффициент однотипности характеристик ТТ |
||||
fi=0,1 |
- |
относительная величина погрешности ТТ |
||||
Iк.з.макс. |
- |
наибольшее начальное действующее значение тока 3-х фазного к.з. на выводах генератора. |
||||
Чтобы уменьшить ток небаланса для продольной дифференциальной защиты подбираются трансформаторы тока с одинаковыми характеристиками намагничивания. При расчёте тока небаланса это учитывается коэффициентом однотипности.
С этой же целью рекомендуется выравнивать сопротивления плеч продольной дифференциальной защиты подбором соответствующих сечений жил соединительных кабелей и включать последовательно с токовыми реле добавочные сопротивления величиной 5-10 Ом.
Для повышения чувствительности дифференциальной защиты наиболее целесообразно использовать реле с быстро насыщающимися трансформаторами типа РНТ, а также использовать диф. реле с торможением типа ДЗТ.
На генераторах, работающих на шины генераторного напряжения, применяются две схемы продольной диф. защиты (рис. 7-3).
В схеме на рис. 7-3, а, которая применяется на генераторах малой мощности (до 30 МВт), используются два токовых реле и четыре трансформатора тока. Существенным недостатком этой схемы защиты является то, что она не будет срабатывать при двойном замыкании на землю (одно в сети, другое в обмотке статора генератора, на фазе в которой отсутствуют трансформаторы тока). Обычно схему в 2-х фазном исполнении с реле тока типа РТ-40 применяют на генераторах, имеющих защиту от замыканий на землю, действующую на отключение генератора без выдержки времени при двойных замыканиях на землю. При отсутствии земляной защиты применяют схемы диф. защиты в 3-х фазном исполнении.
Рис. 7-3. Схемы
продольной диф.защиты генератора
а) в 2-х фазном
исполнении на реле РТ-40
б) в 3-х фазном
исполнении на реле РНТ.
Защита может ложно сработать при обрывах проводов в её плечах, так как при этом в реле одной фазы появляется ток, соответствующий току нагрузки генератора. Поэтому ток срабатывания защиты выполненной с использованием реле тока РТ-40 определяют по выражению:
Iс.з.=1,3Iг.ном
при этом чувствительность защиты существенно уменьшается.
Схема продольной диф. защиты на реле РНТ (рис. 7-3, б) используется на генераторах мощностью выше 30 МВт, при этом защита выполняется, как правило, в 3-х фазном исполнении независимо от наличия защиты от замыканий на землю, действующей на отключение.
При использовании реле типа РНТ с быстронасыщающимся трансформаторами (БНТ) дифференциальная защита имеет задержку на срабатывание на время присутствия в токе к.з. значительной апериодической составляющей. При этом Кa=1. Наличие в схеме БНТ позволяет эффективно отстраиваться от бросков тока небаланса при внешних к.з., но приводит к увеличению на 1,01,5 периода времени действия защиты при внутренних к.з. Кроме того, наличие выравнивающих обмоток у реле РНТ позволяет скомпенсировать неравенство токов в плечах диф. защиты.
Ток срабатывания защиты с использованием реле РНТ определяется по выражению:
Iс.з.=(0,5-0,6) Iг.ном.
при этом чувствительность защиты выше, чем в защите с токовыми реле РТ‑40.
Для сигнализации обрыва соединительных проводов токовых цепей диф. защиты в нулевой провод токовых цепей включается токовое реле Т0, ток срабатывания которого устанавливается равным (0,20,3) Iг.ном.
На
рис. 7-4 представлена упрощённая схема
продольной диф. защиты генератора с
использованием реле подключенных через
быстронасыщающиеся трансформаторы с
торможением (с использованием реле ДЗТ)
с током срабатывания
Рис. 7-4. Упрощённая
схема продольной диф. защиты генератора
на реле ДЗТ
При использовании дифференциальных реле с торможением типа ДЗТ в которых сочетается два принципа отстройки защиты от тока небаланса: применение быстронасыщающегося трансформатора для ограничения Iнб, поступающего в реле и торможения, при котором ток срабатывания реле автоматически увеличивается с ростом тока к.з. При этом Iс.з.=(0,1-0,2) Iг.ном.
Реле ДЗТ имеют тормозную (Wт) и рабочую (Wр) обмотки. Тормозная обмотка, как правило, включается на ток трансформаторов тока со стороны главных выводов генератора, а рабочая – по дифференциальной схеме на разность токов через быстронасыщающийся трансформатор.
Чувствительность продольной дифференциальной защиты генератора проверяют по току 2-х фазного к.з. на выводах отключённого от сети генератора:
Следует отметить, что продольная дифференциальная защита является быстродействующей защитой с абсолютной селективностью, так как работает без выдержки времени, а селективность её действия обеспечивается самой схемой защиты (защита действует только при к.з. внутри защищаемой зоны – в зоне между ТТ установленных на главных и нулевых выводах обмотки статора генератора).
Кроме того, продольная диф. защита генератора не действует при замыканиях между витками одной и той же фазы обмотки статора, а также при междуфазных к.з. вблизи нулевой точки генератора (в мёртвой зоне). Однако, из-за небольших потенциалов в этой части цепи статора генератора, вероятность возникновения там к.з. незначительна.
Выводы:
Продольная дифференциальная защита является основной защитой генератора от междуфазных к.з. в обмотке статора и на его выводах.
Продольная дифференциальная защита является защитой с абсолютной селективностью, обладает необходимыми быстродействием и надёжностью; селективность действия обеспечивается её принципом действия основанном на сравнении величин и фаз токов по концам защищаемой зоны.
Высокая чувствительность защиты обеспечивается соответствующим выбором трансформаторов тока, применением дифференциальных реле с БНТ, а также диф. реле с торможением.
Недостатком продольной диф. защиты с БНТ является наличие некоторого замедления её действия при к.з. в зоне (до 0,060,1 с).
