70 Ток және кернеу өлшегіш трансформаторларының негізгі мәліметтері.

Трансформаторы тока (ТТ) служат для разделения (изоляции) первичных и вторичных цепей, а так же для приведения величины тока к уровню удобному для измерения (стандартный номинальный ток вторичной обмотки 1А или 5 А). Устройство и схема включения ТТ показаны на рисунке 6.1. ТТ состоит из стального сердечника С и двух обмоток: первичной (с числом витков w₁) и вторичной (с числом витков w₂). Часто ТТ изготовляются с двумя и более сердечниками. В таких конструкциях первичная обмотка является общей для всех сердечников (рисунок 6.1, б). Первичная обмотка, выполняемая толстым проводом, имеет несколько витков и включается последовательно в цепь того элемента, в котором производится измерение тока, или защита которого осуществляется. К вторичной обмотке, выполняемой проводом меньшего сечения и имеющей большое число витков, подключаются последовательно соединенные реле и приборы. Ток, проходящий по первичной обмотке ТТ, называется первичным и обозначается I₁, а ток во вторичной обмотке называется вторичным и обозначается I₂. Ток I₁ создает в сердечнике ТТ магнитный поток Ф_1, который, пересекая витки вторичной обмотки, индуктирует в ней вторичный ток I₂, также создающий в сердечнике магнитный поток Ф₂, но направленный противоположно магнитному потоку Ф₁. Результирующий магнитный поток в сердечнике равен разности:

Рисунок 6.1- Устройство и схема включения трансформаторов тока;

Рисунок 6.2- Маркировка (обозначение) выводов обмоток трансформаторов тока

Магнитный поток зависит не только от значения создающего его тока, но и от количества витков обмотки, по которой этот ток проходит. Произведение тока на число витков называется магнитодвижущей силой и выражается в ампервитках (А•вит.). Поэтому, выражение можно заменить выражением:

или ,

где I_о– ток намагничивания, являющийся частью первичного тока, обеспечивает результирующий магнитный поток в сердечнике (в дальнейшем обозначается I_нам);

– число витков первичной и вторичной обмоток.

Разделив все члены выражения на w₂, получим:

Поскольку при значениях первичного тока, близких к номинальному, ток намагничивания не превышает 0,5—3% номинального тока, то в этих условиях можно с некоторым приближением считать I_нам = 0.

Тогда следует: I₁ / I₂ =w₂ /w₁

Отношение витков называется коэффициентом трансформации ТТ.

Согласно действующему стандарту, отношение номинального первичного тока к номинальному вторичному току называется номинальным коэффициентом трансформации. Номинальные коэффициенты трансформации указываются на щитках ТТ, а также на схемах в виде дроби, в числителе которой – номинальный первичный ток, а в знаменателе – номинальный вторичный ток, например: 600/5 или 1000/1. Определение вторичного тока по известному первичному и, наоборот, производится по номинальным коэффициентам трансформации в соответствии с формулами:

Для правильного соединения ТТ между собой и правильного подключения к ним реле направления мощности, ваттметров и счетчиков, выводы обмоток ТТ обозначаются (маркируются) заводами-изготовителями следующим образом: начало первичной обмотки – Л_1, начало вторичной обмотки – и_1, конец первичной обмотки – Л₂, конец вторичной обмотки – и_{2 (см.рисунок 6.2).} Процесс трансформации тока хорошо иллюстрируется схемой замещения ТТ, приведенной на рисунке 6.3. На этой схеме Z₁ и Z₂ – сопротивления первичной и вторичной обмоток, a Z_нам – сопротивление ветви намагничивания, которое характеризует указанные выше потери мощности. На рисунке 6.4 приведена упрощенная векторная диаграмма ТТ из которой видно, что вектор вторичного тока I₂ меньше значения первичного тока, деленного на коэффициент трансформации на величину ΔI и сдвинут относительно него на угол δ. Таким образом, соотношение значений первичного и вторичного токов в действительности имеет вид:

Рисунок 6.3 - Схема замещения трансформатора тока

Рисунок 6.4 - Упрощенная векторная диаграмма трансформатора тока

Для подключения реле и измерительных приборов вторичные обмотки ТТ соединяются в различные схемы. Наиболее распространенные схемы приведены на рисунке 6.5. На рисунке 6.5, а дана основная схема соединения в звезду, которая применяется для включения защиты от всех видов однофазных и междуфазных КЗ; на рисунке 6.5, б – схема соединения в неполную звезду, используемая главным образом для включения защиты от междуфазных КЗ в сетях с изолированными нулевыми точками; на рисунке 6.5, в – схема соединения в треугольник, используемая для получения разности фазных токов (например, для включения дифференциальной защиты трансформаторов); на рисунке 6.5, г – схема соединения на разность токов двух фаз. Эта схема используется для включения защиты от междуфазных КЗ, так же как схема на рисунке 6.5, б; на рисунке 6.5, д – схема соединения на сумму токов всех трех фаз (фильтр токов нулевой последовательности), используемая для включения защиты от однофазных КЗ и замыканий на землю.

Рисунок 6.5 - Схемы соединения вторичных обмоток трансформаторов тока

На рисунке 6.5, е дана схема последовательного соединения двух трансформаторов тока, установленных на одной фазе. При таком соединении нагрузка, подключенная к ним, распределяется поровну, т. е. на каждом из них уменьшается в 2 раза. Происходит это потому, что ток в цепи, равный , остается неизменным, а напряжение, приходящееся на каждый ТТ, составляет половину общего. Рассмотренная схема применяется при использовании маломощных ТТ (например, встроенных в вводы выключателей и трансформаторов). На рисунке 6.5, ж дана схема параллельного соединения двух ТТ, установленных на одной фазе. Коэффициент трансформации этой схемы в 2 раза меньше коэффициента трансформации одного ТТ. Схема параллельного соединения используется для получения нестандартных коэффициентов трансформации. Например, для получения коэффициента трансформации 37,5/5 соединяют параллельно два стандартных ТТ с коэффициентом трансформации 75/5. Нагрузка вторичной обмотки ТТ складывается из последовательно включенных сопротивлений: реле, приборов, жил контрольного кабеля, переходного сопротивления в месте контактных соединении:

,

1. где Z р ,Zпр ,Zкаб ,Zпер– сопротивления реле, приборов, кабеля переходных контактов соответственно. Для упрощения расчетов производится арифметическое, a не геометрическое сложение полных и активных сопротивлений.

Лекция 7. Трансформаторы напряжения

Как и трансформаторы тока, трансформаторы напряжения выполняют две функции: служат для разделения (изоляции) первичных и вторичных цепей, а так же для приведения величины напряжения к уровню удобному для измерения (стандартное номинальное напряжение вторичной обмотки: 100/57В). Трансформатор напряжения (ТН) работают в режиме близком к холостому ходу. ТН по принципу действия и конструктивному выполнению аналогичен силовому трансформатору. Как показано на рисунке 7.1, трансформатор напряжения TV состоит из стального сердечника (магнитопровода) С, собранного из тонких пластин трансформаторной стали и двух обмоток – первичной и вторичной, изолированных друг от друга и от сердечника. Первичная обмотка w₁ имеющая большое число витков (несколько тысяч) тонкого провода, включается непосредственно в сеть высокого напряжения, а к вторичной обмотке w₂ имеющей меньшее количество витков (несколько сотен), подключаются параллельно реле и измерительные приборы. Под воздействием напряжения сети по первичной обмотке проходит ток, создающий в сердечнике переменный магнитный поток Ф, который, пересекая витки вторичной обмотки, индуктирует в ней ЭДС Е, которая при разомкнутой вторичной обмотке (холостой ход ТН) равна напряжению на ее зажимах U_2x. Напряжение U_2x во столько раз меньше первичного напряжения U₁, во сколько раз число витков вторичной обмотки w₂ меньше числа витков первичной обмотки w₁.

Отношение чисел витков обмоток называется коэффициентом трансформации и обозначается

Рисунок 7.1- Устройство и схема включения трансформатора напряжения

Рисунок 7.2- Маркировка (обозначение) выводов обмоток трансформатора напряжения

Введя такое обозначение, можно написать:

Если к вторичной обмотке ТН подключена нагрузка в виде реле и приборов, то напряжение на ее зажимах U₂ будет меньше ЭДС на величину падения напряжения в сопротивлении вторичной обмотки. Однако поскольку это падение напряжения невелико, оно не учитывается и пересчет первичного напряжения на вторичное производится по формулам:

Для правильного соединения между собой вторичных обмоток ТН и правильного подключения к ним реле направления мощности, ваттметров и счетчиков заводы-изготовители обозначают (маркируют) выводные зажимы обмоток определенным образом: начало первичной обмотки – А, конец – Х; начало основной вторичной обмотки – а, конец – х; начало дополнительной вторичной обмотки – а_д, конец – х_{д (см. рисунок 7.2).} На рисунках 7.3 и 7.4 приведены основные схемы соединения обмоток однофазных ТН. На рисунке 7.3,а дана схема включения одного ТН на междуфазное напряжение. Эта схема применяется, когда для защиты или измерений достаточно одного междуфазного напряжения. На рисунке 7.3,б приведена схема соединения двух ТН в открытый треугольник или в неполную звезду.

Рисунок 7.3 - Схемы соединения обмоток однофазных трансформаторов напряжения с одной вторичной обмоткой

Эта схема, получившая широкое распространение, применяется, когда для защиты или измерений нужно иметь два или три междуфазных напряжения. На рисунке 7.3, в приведена схема соединения трех ТН в звезду. Этa схема также получила широкое распространение и применяется, когда для защиты или измерений нужны фазные напряжения, или же фазные и междуфазные напряжения одновременно. На рисунке 7.3,г приведена схема соединения трех ТН треугольник – звезда. Эта схема обеспечивает повышенное напряжение на вторичной стороне, равное ~ 173 В. Такая схема, в частности, используется для питания электромагнитных корректоров напряжения устройств автоматического регулирования возбуждения генераторов. Напряжение нулевой последовательности может быть также получено от специальных обмоток трехфазных ТН. В конструкции, показанной на рисунке 7.4, специальные обмотки расположены на крайних стержнях пятистержневого сердечника и соединены между собой последовательно. В нормальном режиме, а также при двух- и трех фазных КЗ, когда сумма фазных напряжений равна нулю, магнитный поток в крайних стержнях отсутствует, и поэтому напряжения на специальных обмотках нет. При однофазных КЗ или замыканиях на землю сумма фазных напряжений не равна нулю. Поэтому магнитный поток замыкается по крайним стержням и индуктирует напряжение на специальных обмотках. В другой конструкции, показанной на рисунке 7.5, имеются дополнительные вторичные обмотки, расположенные на основных стержнях и соединенные в схему разомкнутого треугольника. Иногда в трансформаторах напряжения возникает такое явление как феррорезонанс, который приводит к самопроизвольному смещению нейтрали при ф еррорезонансе трансформатора напряжения.

Рисунок 7.4-Схема соединений обмоток трехфазного трансформа-тора напряжения с дополнительной обмоткой, расположенной на край-них стержнях

Рисунок 7.5-Схема соединений обмоток трехфазного трансформатора напряжения с дополнительной обмот-кой, расположенной на основных стержнях

Разработан специальный антирезонансный трансформатор (см. рисунок 7.6). В этом трансформаторе на общем магнитопроводе намотаны дополнительные первичная и вторичная обмотки нулевой последовательности. Первичная обмотка включается между нейтралью ТН и землей. Вторичная обмотка выводится отдельно. При замыкании выводов вторичной обмотки, первичная работает в короткозамкнутом режиме, и не влияет на процессы в сети. При появлении феррорезонанса вторичная обмотка должна быть раскорочена, и ее дополнительная индуктивность выводит сеть из состояния феррорезонанса. Операция раскорачивания производится либо с помощью ключа, либо специальной схемой автоматики (см. рисунок 7.7). Время работы в таком режиме не ограничено. В сетях, где опасность феррорезонанса отсутствует, вторичная антирезонансная обмотка закорачивается ключом SA. К выводам К2-61 и К2-64 может быть подключена схема автоматического включения антирезонансной обмотки.

Р исунок 7.6 - Схема включения трехфазного антирезонансного трансформатора напряжения

Р исунок 7.7 - Схема автоматического раскорачивания антирезонансной обмотки ТН

Балластная схема фильтра 3U_0. Фильтр напряжения нулевой последовательности может быть выполнен двумя способами: по напряжению - при наличии трансформатора напряжения с отдельной обмоткой разомкнутого треугольника или по схеме фильтра напряжения нулевой последовательности, встроенного в реле, и предназначенного для подключения к звезде напряжений, при отсутствии такой обмотки. Схема балластного фильтра показана на рисунке 7.8. Три резистора одинаковой величины подключаются соответственно к фазам а, в, с напряжения обмотки ТН соединенной в звезду, ко вторым концам резисторов, соединенным вместе и выводу нейтрали ТН подключается реле напряжения.

Рисунок 7.8- Схема фильтра напряжения нулевой последовательности

На реле появляется напряжение U₀. Для сигнализации замыкания на землю выполняются уставки:

Погрешности трансформаторов напряжения. Точность работы трансформаторов напряжения оценивается погрешностями: -погрешность в напряжении (в коэффициенте трансформации), под которой понимается отклонение действительного коэффициента трансформации от номинального; - погрешность по углу, под которой понимается угол сдвига вторичного напряжения относительно первичного. В зависимости от предельно допустимых погрешностей ТН подразделяются на классы точности. Один и тот же ТН в зависимости от нагрузки, подключенной к его вторичной обмотке, может работать с различным классом точности. Поэтому в каталогах и паспортах на ТН указываются два значения мощности: номинальная мощность в вольт-амперах, при которой ТН может работать в гарантированном классе точности, и предельная мощность, с которой ТН может работать с допустимым нагревом обмоток. Предельная мощность ТН в несколько раз превышает номинальную. Так, у ТН типа НОМ-6 с коэффициентом трансформации 6000/100 для класса точности 1 номинальная мощность составляет 50 ВА, а предельная – 300 ВА. Кроме рассмотренных выше основных погрешностей, возникающих при трансформации первичного напряжения на вторичную сторону, на работу релейной защиты и точность измерений влияют так же дополнительные погрешности от падения напряжения в кабелях от ТН до места установки панелей защиты или измерений. Поэтому, согласно требованиям ПУЭ, сечение жил кабелей должно выбираться так, чтобы падение напряжения в указанных цепях не превышало: 3 % – для релейной защиты; 2 % -для фиксирующих измерительных приборов; 1,5 % –для щитовых измерительных приборов; 0,25–0,5 % – для счетчиков. Следует заметить, что заземленные точки обмоток ТН, соединенных в звезду и разомкнутый треугольник, должны выводиться разными жилами. Потери напряжения определяются по известным сопротивлениям жил контрольных кабелей и значениям проходящих по ним токов нагрузки:

,

где – коэффициенты для пересчета фазного падения напряжения на междуфазное (при питании нагрузки по трем фазам k= , а при питании по двум жилам нагрузки, включенной на междуфазное напряжение, k= 2 ).

Литература 1 осн[162-174], 2 осн [44 -50].

Контрольные вопросы:

1. Принцип работы трансформатора напряжения.

2. Объясните основные схемы соединения трансформаторов напряжения.

3. Погрешности трансформаторов напряжения.

Лекция 8. Источники оперативного тока

Общие сведения. На ответственных объектах в качестве источника оперативного тока используется аккумуляторная батарея. Принято считать аккумуляторную батарею наиболее надежным источником оперативного тока. Напряжение на аккумуляторной батарее не зависит от наличия и величины напряжения основной сети подстанции, мощности батареи достаточно для операции включения любого выключателя на объекте. Учитывая высокую стоимость и необходимость постоянного обслуживания обычных стационарных аккумуляторных батарей, аккумуляторные батареи ранее устанавливались на электростанциях и крупных подстанциях 330–110 кВ. Аккумуляторная батарея работает в режиме постоянного подзаряда от специальных выпрямителей (типа ВАЗП, ВУК), которые подключены к шинам постоянного тока и одновременно обеспечивает стабилизацию напряжения на шинах оперативного тока. Как правило, в работе должно быть два ВАЗПа, питающиеся от разных трансформаторов собственных нужд и работающих параллельно на шины щита постоянного оперативного тока. При отключении вводных автоматов ВАЗПов или аккумуляторной батареи должна сработать сигнализация, и приняты немедленные меры по их обратному включению, так как только один из этих источников не обеспечивает надежной работы потребителей оперативного тока. Независимо от наличия сигнализации, должен быть организован периодический контроль за работой батареи и щита постоянного тока. При этом необходимо контролировать: уровень напряжения – 220–230В; ток аккумуляторной батареи и подзарядных агрегатов – настраивается таким образом, чтобы ВАЗПы покрывали ток нагрузки щита и обеспечивали необходимый ток подзаряда батареи. При отсутствии подзаряда аккумуляторная батарея в течение нескольких часов может потерять свой заряд за счет ее разряда на нагрузку подстанции, и устройства защиты и автоматики не смогут включить выключатель. Величина сопротивления изоляции сети постоянного тока должно контролироваться автоматически. При снижении сопротивления изоляции ниже 20 кОм в сети оперативного тока 220 В (10 кОм в сети 110В) срабатывает сигнал “Земля на шинах оперативного тока“. Поэтому, при появлении сигнала “Земля” должны быть прекращены все работы, кроме поиска места замыкания на землю. Для повышения надежности питания защиты и управления постоянным оперативным током, должна быть обеспечена селективность между вводным автоматом аккумуляторной батареи и автоматами (предохранителями) отходящих от щита постоянного тока (ЩПТ) присоединений. Добиться такой селективности технически сложно, главным образом потому, что ряд присоединений постоянного тока имеет большой ток нагрузки: соленоиды включения электромагнитных приводов, двигатели постоянного тока. Для аккумуляторной батареи обычного типа требуется большое помещение, специальное отопление и вентиляция, т.к. при заряде батареи выделяется водород, представляющий большую пожарную опасность. Необходимо постоянно контролировать уровень заряда АБ, плотность и уровень электролита. Эти трудности привели к тому, что аккумуляторные батареи применялись только на крупных объектах. В остальных случаях применялись различные виды переменного оперативного тока. Выбор принципов выполнения оперативного тока. Наиболее универсальным, в большинстве случаев следует считать применение постоянного оперативного тока. Если объект ответственный, следует рассмотреть целесообразность применения 2-х источников оперативного тока, особенно в случаях, когда выключатели имеют 2 соленоида отключения, и позволяют иметь 2 независимые системы оперативного тока и релейной защиты. Использование именно постоянного оперативного тока, позволяет реализовать все возможности современных микропроцессорных терминалов: телеуправление, измерения, регистрация событий, осциллографирование и.т. д. Эти функции разрабатываются с расчетом именно на постояный оперативный ток, который не исчезает при отключении подстанции. Часть функций частично можно реализовать при питании от переменного тока. Применение разных видов переменного (выпрямленного) оперативного тока можно рекомендовать на неответственных объектах типа ТП, РП, где количество присоединений не превосходит 10, и не требуется телемеханизация объекта. Элементы щита постоянного тока (ЩПТ). Простейший контроль изоляции выполняется по схеме рисунка 8.1. Если принять R1=R2=100 кОм; Rиз==20кОм; Rреле=5кОм; U=220V, R=120 кОм; I = 1.83мА; I реле =1.53мА. Примерно такие параметры имеет реле ЕЛ17, выпускаемое АО “РИТМ”. Для автоматического контроля уровня напряжения нужны реле напряжения постоянного тока с высоким коэффициентом возврата. Причина в том, что зона допускаемых отклонений напряжения на ЩПТ от номинального составляет не более ±5%. При напряжении 220 В это будет диапазон 210-230 В. При большем отклонении должна работать сигнализация.

Рисунок 8.1 - Схема включения реле контроля изоляции ЩПТ и расчет тока срабатывания реле

Таким образом, уставка сигнализации по повышению напряжения должна составить 230В, а по понижению 210В. Сигнализация должна быть отрегулирована таким образом, чтобы при работе в допустимой зоне 210 –230 В сигнализация не работала. При коэффициенте возврата 0.95 уставка реле повышения напряжения должна составить 230/0.95 = 242В, а уставка сигнализации понижения напряжения при Кв=1.05 будет равна 210/1.05 = 200 соответственно, диапазон гарантированного срабатывания сигнализации будет составлять 240-200 В. Такой коэффициент возврата имеет реле контроля уровня напряжения щита постоянного тока НЛ8, выпускаемое АО “РИТМ”. Для выполнения сигнализации требуется 2 реле НЛ-8: одно для повышения напряжения, другое для понижения напряжения. Среди реле, выпускаемых АО “РИТМ”, имеется реле с двумя порогами срабатывания и отпускания типа НЛ 9, которое одно может быть использовано взамен двух НЛ 8. Это реле подтянуто в зоне между двумя уставками – при напряжении выше уставки U2, но ниже уставки U1. Можно выполнить и более простую схему, подключив на шины АБ цепочку, состоящую из конденсатора 16 мкФ и токового реле РТ-40/0.2 с последовательным включением обмоток (рисунок 8.2).

Рисунок 8.2 - Сигнализация повышения уровня высших гармоник на шинах постоянного тока

Для щитов постоянного тока фирма Энергомашвин выпускает специальное устройство контроля: блок сопряжения БСП-АБ. Блок сопряжения с аккумуляторной батареей предназначен для контроля напряжения, изоляции и тока заряда АБ. Функция контроля напряжения с двумя регулируемыми порогами срабатывания и отпускания обеспечивает контроль цепей оперативного постоянного тока напряжением 220 В. Функция контроля изоляции обеспечивает контроль изоляции любой из шин источника постоянного тока относительно земли. Функция контроля тока заряда позволяет контролировать наличие зарядного тока аккумуляторной батареи. При исчезновении тока заряда аккумуляторной батареи загорается красный светодиод и с выдержкой времени срабатывает выходное реле. Блоки питания. Выпрямленный оперативный ток применяется на подстанциях с упрощенной первичной схемой. На выходе блоков питания имеется выпрямленное напряжение, что позволяет подключать к ним защиты, рассчитанные на постоянный оперативный ток. Блоки питания (типа БПНС или БПН-1002) подключаются к трансформаторам напряжения (трансформаторам собственных нужд), а токовые блоки питания (типа БПТ-1002) к трансформаторам тока. Блоки БПНС обеспечивают на выходе номинальное выпрямленное напряжение в нормальном режиме, а также при однофазном КЗ и при посадке до 50% напряжения всех трех фаз. Токовые блоки питания (БПТ-1002) обеспечивают номинальное напряжение на выходе только при наличии тока КЗ. Выходы всех блоков питания собираются в общую схему выпрямленного оперативного тока. Необходимо так же учитывать, что схеме выпрямленного оперативного тока свойственны высокий уровень пульсаций, и пиковые импульсы перенапряжений, что затрудняет использование ее для питания микропроцессорных устройств РЗА. На рисунке 8.3 показана схема питания подстанции 110кВ выпрямленным постоянным током. Подстанция питается двумя линейными вводами110кВ и имеет две секции шин 110кВ с трансформаторами напряжения. Стабилизированные блоки питания типа БПНС нормально питаются от трансформаторов напряжения разных секций, но могут резервировать друг друга, и быть переключены на один ТН, в зависимости от действующей схемы подстанции. Взамен БПНС могут быть применены нестабилизированные блоки серии БПН-1002. Токовые блоки питания (БПТ-1002) включаются на отдельные обмотки трансформаторов тока каждой линии. Для каждой линии один блок БПТ включается на разность токов двух фаз А и С, а второй - на ток трансформатора тока третьей фазы (В). Все блоки работают параллельно по выпрямленному току, поэтому напряжение оперативного тока будет обеспечено при наличии напряжения или тока хотя бы на одном из блоков питания. Для уменьшения нагрузки на ТН-110, имеется возможность запитки шин оперативного тока от трансформатора СН через дополнительный блок питания БПН, который в нормальном режиме несет всю нагрузку. Этот БПН может так же понадобиться для обеспечения оперативного тока при подаче напряжения на подстанцию по резерву со стороны низкого (среднего напряжения). Для питания микропроцессорных устройств релейной защиты выпрямленным оперативным током выпускаются специальные блоки питания, обеспечивающие работу устройств в нормальном и аварийном режиме. Они имеют питание от трансформаторов тока и напряжения, но в отличие от предыдущего случая может включаться на общий с защитой комплект трансформаторов тока. Работа защиты в этом случае обычно обеспечивается только при наличии тока КЗ. При этом необходимо предусмотреть специальные меры, для их защиты от импульсных перенапряжений. Например, использовать стандартный фильтр фирмы Таврида Электрик, разработанный для этой схемы. Фильтр представляет собой электролитический конденсатор большой емкости, зашунтированный разрядным резистором, и подключаемый параллельно к шинкам постоянного оперативного тока через диод.

Рисунок 8.3- Схема цепей питания подстанции выпрямленным постоянным током

Литература 1осн [182-193].

Контрольные вопросы:

1. Назначение источников оперативного тока.

2. Принципы выполнения оперативного тока.

3. Как осуществляется контроль изоляции ЩПТ?

4. Объясните схему питания подстанции выпрямленным постоянным током.

Лекция 9. Токовые защиты

Общие сведения. На элементах системы электроэнергетики—генераторах, трансформаторах, линиях электропередачи и электродвигателях—применяются токовые, токовые направленные, дистанционные, дифференциальные защиты, а также максимальные и минимальные защиты напряжения. На этих элементах предусматриваются соответствующие устройства автоматики. Релейная защита и автоматика тесно связаны между собой, дополняют друг друга, взаимно влияют на выбор параметров схемы, имеют общие цепи. Прежде всего, это характерно для релейной защиты и устройств АПВ и АВР. Особенности защищаемого элемента системы электроэнергетики, безусловно, влияют на схемы защиты и автоматики, на выбор их параметров, но принципы действия этих устройств остаются неизменными. Поэтому, прежде чем приступить к изучению релейной защиты и автоматики отдельных элементов, необходимо познакомиться с принципом действия этих устройств. Токовыми называются защиты с относительной селективностью, реагирующие на ток, проходящий по защищаемому элементу. Токовыми направленными называются защиты также с относительной селективностью, реагирующие на ток и направление (знак) мощности КЗ в месте их включения. Таким образом, вторая защита отличается от первой наличием дополнительного исполнительного органа (ИО), называемого органом направления мощности (ОНМ). Токовые защиты могут использоваться на любых элементах электроэнергетических систем (линиях, двигателях, трансформаторах и т. д.), токовые направленные — на линиях, трансформаторах и в других случаях. В некоторых случаях, например на линиях, обе разновидности защит применяются одновременно, но на разных сторонах защищаемого элемента. В данном случае рассматривается их работа применительно к защитам линий. Защиты могут срабатывать при превышении током в месте их включения заранее установленного значения (максимальные защиты). В общем случае они выполняются со ступенчатыми, плавными (зависимыми) или комбинированными характеристиками выдержки времени i =(l), где 1 — расстояние от места включения защиты до точки возникновения КЗ. Для сетей с U_ном≥ З5-110 кВ защиты обычно имеют ступенчатые характеристики i =(1), для сетей более низких напряжений часто используются другие характеристики, создаваемые специальным выполнением органа тока. При U_ном ≤ 35 кВ для ИО тока используются полные токи в двух фазах (для обеспечения отключения при К_дв^(1,1) по возможности только одного места повреждения). В сетях с U_ном≥ 110 кВ защиты преимущественно предназначаются для ликвидации только КЗ на землю (К⁽¹⁾ и К^(1,1)) и выполняются как защиты нулевой последовательности; для них требуются ТА в трех фазах, которые включаются так, чтобы иметь ток в ИО I_р=ЗI_о. Используются иногда схемы с включением ИО на другие симметричные составляющие, а также с дополнительными ИО напряжения. Типичными являются защиты со ступенчатыми характеристиками i=[(1). Током срабатывания защиты или ее отдельных ступеней I_З обычно называется минимальный ток в фазах линии, при котором защита (ее ступень) может срабатывать. Действие токовой защиты рассматривается в первую очередь на примере ее применения для радиальной сети с односторонним питанием (рисунок 9.1, а). Устройства защиты включаются только со стороны питания всех элементов и могут действовать на отключение своих выключателей. Примерные характеристики выдержек времени защит 1’, 2’ и З’ даны на рисунке 9.1, 6.

Рисунок 9.1- Размещение токовых защит со ступенчатыми выдержками времени в радиальной сети с односторонним питанием (а) и примерный выбор их характеристик выдержек времени

Д ействие II и III ступеней защиты как резервных для своего участка отмечено на рисунке 9.1, 6 пунктиром. Органы направления мощности могут требоваться, как будет рассмотрено ниже, только у части ступеней. Основными параметрами защит, требующими определения, являются токи срабатывания I_с.з и выдержки времени отдельных ступеней. Ниже они определяются для токовых защит и уточняются для направленных. Определяются также защищаемые зоны и коэффициенты чувствительности отдельных ступеней. Рассмотрение оказывается целесообразным начинать с последних (третьих) ступеней, в частности потому, что они часто используются отдельно — в качестве самостоятельных защит. При включении на полные токи фаз они называются максимальными токовыми защитами, а при дополнении их органами направления мощности — максимальными токовыми направленными защитами. Действие токовой направленной защиты в первую очередь рассматривается на примере ее применения для цепочки одиночных линий с двусторонним питанием (рисунок 9.2). Защиты 1—6, как и выключатели, должны включаться с обеих сторон участков, связывающих подстанции А и Г, имеющие источники питания. Первые две ступени необходимы для защиты всей длины участка, третья — для резервирования отключения КЗ на смежных участках и в зонах действия первых двух ступеней.

Рисунок 9.2 - Цепочка линий с двусторонним питанием

Токовая отсечка без выдержки времени. Селективное действие первой ступени токовой защиты (в дальнейшем первую ступень будем называть токовой отсечкой без выдержки времени или просто отсечкой) достигается тем, что ее ток срабатывания принимается большим максимального тока КЗ, проходящего через защиту при повреждении вне защищаемого элемента. Действие защиты при коротком замыкании обеспечивается благодаря тому, что ток КЗ в сети, а следовательно, и в защите увеличивается по мере приближения места короткого замыкания к источнику питания (рисунок 9.3), причем кривые изменения тока короткого замыкания имеют различную крутизну в зависимости от режима работы системы и вида КЗ (кривые 1 и 2 на рисунке 9.3,а соответственно для максимального и минимального режимов).

Рисунок 9.3 - Выбор тока срабатывания и определение защищаемой зоны токовой отсечки без выдержки времени на защищаемом участке

О днако в некоторых частных случаях, например, на радиальных линиях, питающих один трансформатор (рисунок 9.3,б), с помощью токовой отсечки можно защитить всю линию, если допустить ее срабатывание при повреждении в трансформаторе. Токовые отсечки используют также на линиях с двусторонним питанием. В этом случае они устанавливаются с обеих сторон защищаемой линии (защиты А1 и А2 на рисунке 9.4, а).

Рисунок 9.4 - Выбор тока срабатывания токовых отсечек без выдержки времени на линии с двусторонним питанием

Кривые 1 и 2 (рисунок 9.4,б) показывают изменение максимальных токов к.з. соответственно от источников А и Б при перемещении короткого замыкания вдоль защищаемой линии. Токи срабатывания отсечек должны быть выбраны таким образом, чтобы при внешних коротких замыканиях (точки К_А и К_Б), защиты не действовали.

Т оковая отсечка с выдержкой времени. Основной недостаток токовой отсечки без выдержки времени состоит в том, что она защищает только часть линии. Участок в конце линии за пределами зоны l¹ остается незащищенным. На рисунке 9.5 показана схема сети с двумя последовательно соединенными участками АБ и БВ, для защиты которых установлены токовые отсечки без выдержки времени А¹₁ и A¹₂ с токами срабатывания I¹ с.з _A1 и I¹ с.з _A2. Отсечки имеют защищаемые зоны соответственно l¹_A1 и l¹_A2, которые охватывают только часть линий. Участки l¹ и l^II в конце линий за пределами зон l¹_A1 и l¹_A2 остаются незащищенными.

Рисунок 9.5 - Защищаемые зоны и время действия токовой защиты

Третья ступень токовой защиты, которую принято называть мак­симальной токовой защитой, может выполняться с независимой и с ограниченно зависимой характеристиками времени срабатыва­ния. И в том, и в другом случае селективность защиты можно обес­печить, если время срабатывания t₁'" защиты AI (рисунок 9.6), рас­положенной у источника питания, при коротком замыкании в точке К₂ на смежном участке в зоне действия защиты А2 (линия БВ) больше максимальной выдержки времени t₂'" защиты А2 на сту­пень селективности Δt=0,3...0,5 с. Если для защиты используют реле РТВ, то ступень селективности увеличивают до 1 с.

Рисунок 9.6 - Размещение макси-мальных токовых защит в радиальной сети с односторонним питанием

Рисунок 9.7-Согласование характе-ристик максимальных токовых защит с независимой выдержкой времени

Выдержки времени у максимальных токовых защит выбирают по ступенчатому принципу: начинают выбор с наиболее удаленно­го от источника питания элемента и по мере приближения к источ­нику питания увеличивают ее таким образом, что защита после­дующего участка имеет выдержку времени на ступень селективно­сти больше, чем максимальная выдержка времени защиты преды­дущего участка (рисунок 9.7):

t₃^III=t₄^III + Δt; t₂ ^III=t₃ ^III + Δt; t₁ ^III=t₂ ^III + Δt;