ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИБЕТЛІГІ

ҚОРҚЫТ АТА АТЫНДАҒЫ ҚЫЗЫЛОРДА МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ

ОҚУ ӘДІСТЕМЕЛІК КЕШЕН

РЕЛЕЛІК ҚОРҒАНЫС ЖӘНЕ АВТОМАТИКА

Дайындаған: аға оқытушы т.ғ.к. ҚұрманбаеВ Ғ.Б.

Қызылорда 2010

№1 дәріс коспектісі

Дәріс тақырыбы: Кіріспе. Релелік қорғаныс жайлы жалпы түсінік

1.1 Релелік қорғаныстың тағайындалуы

Энергетикалық жүйеде әртүрлі бүлінулер немесе нормальді емес режимдер электростанциялар [ЭС] мен қосалқы станциялардың [ҚС], электр беріліс желісі [ЛЭП] және электр энергиясын тұтынушы электр қондырғыларының электр құрылғыларының бүлінулері болуы мүмкін.

Бүлінулерден апаттық токтар п.б. және ЭС мен ҚС шиналарында кернеудің төмендеуі болады. Бүліндіру тоғы көп көлемде жылу шығарып, зақымданған жерде (К) қатты бұзылуларға әкеледі және бүлінбеген әуе электр желісін (ӘЭЖ) мен қондырғылар арқылы жүре отырып, қауіпті қызу процессіне тудырады (сурет-1.1).

Сурет 1.1 Электрэнергетикалық жүйе бөлігінің сұлбасы.

Кернеудің түсуі энергия жүйесіндегі тұтынушылардың қалыпты жұмысын бұзып және ЭС мен энергожүйенің (ЭЖ) паралель жұмысының тұрақтылығына кері әсер етеді.

Бірқаліпті режимдер ток пен жиіліктің Сонымен бірге, бірқаліпті емес режим кезіндегі кернеудің ауытқуы электр жабдықтау сенімділігін төмендетіп, ал кернеу мен токтың көтерілуі электр қондырғылары мен ӘЭЖ-нің бір қаліпті жұмыс істеуіне қауіпті жағдай тудырады.

Сондықтан бүліну мен бұзылуды дер кезінде анықтап, бүлінбеген жердің қалыпты жұмыс жасауын қамтамасыз ету үшін, бүлінген жерді электр жабдықтау жүйесінен ажыратып тастауымыз керек.

Уақытында іс-шаралар қолдансақ, қауіпті жағдайдың алдын алуға болады (мысалы, көтерілген ток немесе кернеуді төмендетсек болғаны). Егер қондырғы немесе жүйеде қауіпті режим пайда болса, онда оны дер кезінде берілген уақыттарда өшіріп тастау керек. Ал, бұл автоматты құрылғы арқылы ғана жүзеге асады. Осы себептен электр жабдықтарын және оның элементтерін қауіпті жағдайлардан және бір қаліпті емес режимдерден автоматты құрылғылар арқылы қорғайды. Бірінші кезекте автоматты құрылғы (қорғаныс) ретінде балқымалы сақтандырғыштар қолданылды. Кейін қорғаныс құралы ретінде электрлі автомат- релесі арқылы қолданылды. Сондықтан қорғаныс құрылғыларды жасауда релелі пайдаланғандықтан, оны релелік қорғаныс деп атады.

Релелік қорғаныс (РҚ) ЭЖ (Электрмен жабдықтау ) элементін үздіксіз бақылай отырып, бұзылулар мен нормальді емес режим кезінде бірден әсерге келеді. Бұзылулар кезінде релелік қорғаныс бұзылған участокты анықтап, оны ЭЭС-тен ажыратады, күштік ажыратқыштарға Q әсер береді, ол өз кезінде үлкен токтарды ажыратады. Нормальді емес режимде релелік қорғаныс бұзылуды анықтап, бұзылу түріне қарай ажыратады немесе автоматты түрде операцияларды өзі қолдануы керек. Болмаса жедел қызмет көрсетушіге сигнал беру арқылы нормальді емес режимді қалпына келтіру үшін керекті жұмыстар атқарылады.

Релелік қорғаныс электрлік автоматтардың бастысы, мұнсыз энергожүйенің қалыпты жұмысы мүмкін де емес. Ол басқа да электрлі автоматты құрылғылармен тығыз байланысты. Міндетті авариялық жағдайды туғызбауға және тез арада ЭЭС-тің нормальді режимде жұмыс істеу мен тұтынышыларды электрмен қамтамасыз етеді: автоматты түрде қайта қосылу (АПВ), автоматты түрде резервті электр көзіне қосу (АВР), автоматты жиілік жүктелу (АЧР) және т.б.

1.2. Электр құрылғыларындағы бұзылулар мен бүлінулер

Көбінесе ЭЭС-де бұзылулар фаза аралық қысқа тұйықталу кезінде немесе жермен тұйықталу кезінде болады.(1.2-сурет) . Электр машиналары мен трансформаторлардың орамаларында бір фазалық қысқа тұйықталулар болып тұрады.Бұзылулардың басты себебіне: ток жеткізу сымының изоляциясының, оның ескіруімен, асқын кернеумен, механикалық бүлінулерден;провод пен ЛЭП- тің тіреуінің зақымдануынан, қанағатсыз күйде тұтынудан, мұз тайғақтан, қатты желден, «сымның биінен» және т.б. себептерден; қызмет көрсетушінің қателігінен болады.

г) кернеуді түсіру паралель жұмыс істеп тұрған генератордың тұрақты жұмысына әсер етеді, өйткені энергожүйенің түсуімен тұтынушылардың бір бөлігіне немесе барлығына бірдей ток беру тоқтатылады. Бүлінудің басты түріне изоляцияланған нейтральді бір фазалы жүйеде жермен тұйықталуы немесе доға тәрізді сөндіргіш реактордың үлкен кедергісінің жермен немесе активті кедергінің тұтынылуынан. 1.2-суретте көрініп тұрғандай жерге изоляндырылған нейтральді жүйеде қысқа тұйықталу болып тұрған жоқ, кезегінде ЭҚҚ Е_А зақымданған фаза жермен жалғанғанмен шрупталмаған. Зақымдалған жердегі ток I , С көлем арқылы зақымдалмаған фазамен (В мен С) жерге қатысты жүйеде тұйықталған. Фаза аралық зақымдану мұндайда осы күйінде қалады. Осыдан бір фазалының жермен жүйеде изоляндырылған нейтральді тұйықталуы тұтынушылар мен генератордың синхронды жұмысына әсер етпейді. Бірақ мұндай зақымдану түрі жүйеде перенапряжение әкеледі, бүлінбеген фазаның изоляциясына әсер етеді және бір фазалы тұйықталуы фаза аралық жермен тұйықталуға немесе қабаттасып тұрған жермен тұйықталуы мүмкін.

Сурет 1.3. Қысқа тұйықталудағы кернеудің түсуінің әсері.

а- тұтынушылар жұмысына; б- энергожүйенің қалыпты  жұмысына; в- ток осциллограммасы мен асинхронды режимдегі кернеу.

1.3. Қысқа тұйықталудағы кернеу мен токтың векторлық диаграммасы

Векторлық диаграмманың шарты мен тағайындалуы. Реленің ыңғайлы түрде жұмыс істеуіне ток пен кернеуді векторлы диаграммамен көрсетеді. Векторлы диаграмманы қолдануға бастысы мына көрсеткіштер қолданылады: жүктемесіз бір бағыттағы ЛЭП және шындығындағы бұрышына фазалық жылынуы мен ток пен кернеудің токтар мен кернеулердің фазалық нақты жылжу бұрышын қысқа тұйықталу кезіндегі кернеудің индуктивті және активті кедергілер тізбегіндегін табу. Қысқа тұйықталу жерді қоректендіретін электрлі жүйе орнын фазасының ЭҚК Е_А, Е_В, Е_С симметриялы және теңестірілген векторлық жүйеде, ток пен кернеу иекторын құрайтын эквивалентті генератормен ауыстырады.

Диаграмманы құруды жеңілдету үшін металды қысқа тұйықталуды, тұйықталған жердегі өтпелі кедергі R_n>0 тең. Токтың оң жүрісін қоректендіру көзінен бүлінген жерге қарай бағытын алады, сәйкесінше оңға ЭҚК пен кернеу жатады. Олардың бағыттары оң токтың бағытына сәйкес келеді.

Үшфазалы қысқа тұйықталудағы векторлық диаграмма. 1.4а-суретінде электр беріліс желісіндегі үш фазаның металдық К нүктесіндегі қысқа тұйықталуы көрсетілген.

Венкторлық диаграмма тұрғызу ЭҚК-нің әсерінен әрбір фазада қысқа тұйықталу тогы пайда болады:

(1.1)

Мұндағы Е_ф- ЭҚК –тің фазалық жүйесі, Z_c , R_c , X_c , Z_AK, R_AK, X_AK- Жүйенің кедергісі және ЛЭП-тегі бүлінген аймағы.

I_AK = I_BK = I_CK = I _K токтары сәкесінше ЭҚЛ-іне байланысты фаза бойынша жылжыған.

Kнүктесіндегі кернеу нолге тең: U_AK= U_BK= U_CK=0. Фазалық кернеу Р3 жеріндегі, Р нүктесінде (1.4а-сурет). U_AK= I_AK R_AK+j Z_AK X_AK диаграммада анықталады, активті кедергінің I_AK R_A түскен кернеуіндей, фаза бойынша I_AK векторына сәйкес және I_AK Х_A реактивті кедергі, I_AK векторына қатысты 90^°-қа жылжиды. Осындай U_BK мен U_СK векторларын тұрғызылады. U_AР , U_BР, U_CР модульдері бірдей, әр векторлары аттас токтардан бұрыш бойынша

озып келеді. 351В ЛЭП-ке бұл бұрыш 45°-55°, 110 КВ-60°-78°, 220 КВ (бір өткізгішті фазада) -73°-82°, 330 КВ (екі өткізгішті фазада) -80°-85°, 500 КВ (үш өткізгішті фазада) -84°-87°, 750 КВ (төрт өткізгішті фазада) -86°-88°-ге тең. Үлкен φ_к үлкен сым қимасына келеді.

Үш фазалы қысқа тұйықталу диаграммасын қарағанда: ток пен кернеу диаграммасы симметрилы және теңестірілген, нолдік жалғастырулар мен құрамасы жоқ. 2) үш фазалы қысқа тұйықталу барлық фаза аралық кернеуінің (қысқа тұйықталу жермен, оның айналасына) түсуімен байқалады. Нәтижесі бойынша К⁽³⁾ нүктесі ең қауіпті бүліну болып табылады, электр желісіндегі тұтынушылардың  жұмысының қалыпты жұмыс істеуін бұзады.

Фаза аралық қысқа тұйықталу 1.5а-суретінде ЛЭП пен В фазасының арасында металды қысқа тұйықталу көрсетілген. Фаза аралық ЭҚК әсерінен а) I_ВK және I_СK қысқа тұйықталу тогы туады, формуласы бойынша анықталады, мұндағы 2Z_ф -екі фазаның толық кедергісі (2Z_ф=Z_B+Z_C). Бүлінген жердегі фазалар токтар мәні бойынша тең, фаза бойынша кері, ал бүлінбеген жердегі фаза токтары нольге тең (жүктемені есептемегенде).

I_BK = I_CK; I _K =0 (1.2 )

Нольдік ток К⁽²⁾ –де жоқ, үш фазаның қосындысы

I_A + I_B + I_C =0

К нүктесіндегі векторлық диаграмма. 1.5б-суретте ЭҚК –нің фаза векторлары салынған.

I_КВ қысқа тұйықталу ток векторы оны  тудырған ЭҚК Е_ВС –нен

бұрышқа қалып келеді.

Бүлінбеген А фазасының кернеуі жүйенің әр нүктесінде бірдей және фазалық ЭҚК-ке тең.

U_A= Е_А

Өйткені фаза аралық кернеу металды қысқа тұйықталуда

U_ВСк= U_Bк- U_Cк=0

Сурет 1.5. Екі фазалық ҚТ

U_BK= U_CK

Фазалық кернеу бүлінген фазалардың қысқа тұйықталу жерінде модулі бойынша тең және фаза бойнша сәйкес келеді.

Фазалық кернеу екі фазалық қысқа тұйықталуда.

Нүктедегі векторлық диограмма р 1,5в- суретінде көрсетілген.

Ток векторлары өзгеріссіз қалады.Вжәне С фазалар кернеулігі р нүктесінде:

К3 орнынан Р нүктесі алыстаған сайын, кернеулік күшейе түседі.

U_рс=U_pr –U_... Қалтқысыз фазаның кернеулігі U_ap=E Тоқ векторы L_rp – фазаралық кернеулігінен U_bcp φ_r бурышының арасында қалады.

Екі фазаны К3 екі ерекшелікпен бейнеленеді.

1. ток векторлары мен қысым симметриялы емес, бірақ қалыпты жүйеде;

Симметриялы еместігі тоқ пен қысымның кері біртінділік (ОП) құрайды түзумен бірге;

2. К3 орындағы фазалық қысым нөлден көптеу, тек бір ғана фаза аралық кернеу нөлге дейін төмендейді, яғни басқа екеуінің 1,5 U_ф –ға тең екенін көрсетеді. Сондықтан екі фазалы К3 қалыпты ЭЭС және электро –энергияны пайдаланушыларға өте қауіпті.

3. Бір фазалы қысқа тұйықталу (К⁽¹⁾) бір фазалы тұйықталулар жерде К3 тогының электр желілерінде 110 кВт ток пайда болады, жер арқылы жұмыс жасайтын орталық трансформаторларда одан да жоғары ток пайда болуы ықтимал. Бұл жағдайда пайда болатын ток және оның қысымы 1.6а-суретте көрсетілген.

ЭДС Е_А арқылы пайда болатын әрекеті арқылы пайда болатын K2 I_AK тогы залалданған фаза арқылы G қорек көзінен өтеді де қайтадан кері қарай жерге орналастырылған орталық N трансформаторға келеді.

Сурет 1.6. Бір фазалық ҚТ

(1.5)

Индуктивті активті қақтығыс бұл жағдайда жер фаза ілгегінде және фазалар қақтығысы иен фаза аралық К3-тен ерекшеленеді. I_AK векторы ЭДС Е_А векторы мен φ-arctg бұрышынан алшақ қалады. Залалсызданбаған фазаларда ток болмайды.

Залалсызданған А фазасы К нүктесіндегі кернеуі U_aк=0-ге тең. Залалсызданбаған фазасы кернеуі В және С. Осы фазалар ЭДС-ке тең: U_ВК=E_К U_СК=E_С

Залалсызданған векторлық диаграммалар 1.6 б-суретте көрсетілген. Фаза аралық кернеу

U_АВК = U_ВК U_ВСК = U_ВК – U_СК U_САК = U_СК

Фаза токтары мен кернеуінің геометриялық сомасы:

I_AК + I_BК + I_CК =3I₀

U_АК+ U_BК+ U_CК= U_BК+ U_CК=3U₀ (1.6)

Бұдан білетініміз (I_AКфазасынан) фаза токтары мен кернеулері мынаны құрайды. НР: I_СК =1/3I_АК

U_CК= 1/3(U_АК+ U_CК)

Ток фазасы I_AК фазасы мен С_0К-мен сәйкес келеді және Е_А фазасымен қарама-қарсы орналасқан және 1/3 U_АК. I_AК тогы U_АК кернеулігін 90⁰ –қа алдын алады.

Р нүктесі К-дағы векторлық диаграмма 1.6в-суретте көрсетілген.А фазасындағы ток өзгеріссіз. Залалданған фаза кернеулігі :

U_AР=I_AK(R_KP⁽¹⁾+JX_KP⁽¹⁾)= I_AKZ_KP⁽¹⁾ (1.7)

U_AР векторын I_AK φ=arctg(X¹UR⁽¹⁾) бұрышында алдын алады.

В және С залалсызданбаған фазалар өзгеріссіз:

U_ВР=E_В U_СР=E_С

Фаза аралық кернеу U_АВР және U_AВ ұлғаяды. НР I_РР және U_РР векторлары: I_ВК =1/3 I_АК

U_ВР= 1/3(U_АР+ U_ВР+U_CР )

Диаграммадан білетініміз:

U_ВР < U_AK модуль бойынша және фазаның активті қарсылықтығы R⁽¹⁾_КР қосылады (жер-фаза). Векторлық диаграмма ерекшелігі төмендегідей:

1) Ток және фаза кернеулігі симметриялы емес қалыпсыз жүйе векторларын қалыптастырады. ОП және НП түзуін құрайтын векторлардан бөлек;

2) К-нүктесіндегі фаза аралық кернеу нольден жоғары үшбұрыш ауданы осы кернеуден құралған, нольден ерекшеленеді. Бір фазалы К3 өте қауіпті болып саналады.

Жерге орналасқан екі фазалы қысқа тұйықталулар (К^-(1.1)). К3 –бұл түрі жүйеде ғана болуы мүмкін. (1.2г-сурет).

К3- векторлық диаграмма жерге орналасқан екі фаза 1.7-сурет К және Р нүктелері үшінбейнеленген.

ЭДС Е_В және Е_С әрекетімен В және С залалсызданған фазалар арқылы I_В және I_С токтары өтеді. Жерге орналастырған:

I_К(2) =I_AК +I_CК (1.8)

Сурет 1.7. Жерге екі фазалық ҚТ

Залалсызданбаған фазада ток болмайды.

I_AК=0

Барлық үш фазадағы ток сомасы есебі (1.8) және (1.9) нольге тең:

I_AК + I_ВК + I_CК =I_К(1) =3I₀

К3 орнында В және с залалсызданған фаза нольге тең:

U_BК= U_CК=0

Залалсызданбаған фаза кернеуі U_АК қалыпты жағдайда болады.

К нүктесіндегі фаза аралық үшбұрыш кернеуі (1.7в-сурет) түзуге айналады, фаза аралық кернеу залалданған және залалданбаған фазалар кернеулер U_АВ және U_СА; U_АК фаза кернеуіне дейін төмендейді. Ток және кернеу диаграммалары Р нүктесінде орналасқан. (1.7б-сурет).

U_BР және U_CР кернеулігі ұлғаюына байланысты фаза аралық кернеуі де ұлғаяды, аудан кернеулігі өседі де НП кернеулігі азаяды.

U_п= 1/3(U_АР+ U_ВР+U_CР )

К3екі фазалы векторлық диаграммалар ерекшелігі:

1. Кернеу мен нүкте симметриялы емес және қалыпты емес;

2. К3-пен кернеудің күрт төмендеуіне байланысты энергожүйесі мен оны пайдалану қиынға соғады.

Жерге орналастырылған екілік тұйықталу. (К⁽¹⁾) мұндай К3 жүйесінде болады. Екілік тұйықталудан жердегі екі фазаның әртүрлі нүктелерде болады (К1 және К2 -1.8- сурет). ЭДС әртүрлі әрекет арқылы Е_В-Е_С залалсызданған фаза мен В және С фазаларында К3 I_ВК және I_AК токтары пайда болады және олар К1 және К2 нүктелерінде жер арқылы қиылысады. Бұл нүктелерде және залалданған фазаларда К3 тогы мағынасымен тең және I_ВК =I_CК фазаларына қарама-қайшы, залалданбаған фазаларда нольге тең.

Токтың векторлық диаграммасы қорек көзі мен залалданған жер арасындағы аудан К3 екі фазалы жерге ток диаграммасы сияқты. Бұл аудандағы фазадағы ток сомасы нольге тең.( I_AК + I_ВК + I_CК =0) бұдан білетініміз (НП-да) ток фазаларында НП болмайды. ЛЭП аумағында жердегі К1 және К2 шағылыс нүктелері арасында ток бір фазамен жүріп өтеді, К3 бір фазалы жүйедегідей.

Сурет 1.8. Нейтралы оқшауланған жүйедегі жерге екі нүктедегі ҚТ

Толық токтардың векторлық диаграммасы және бұл аумақтағы кернеу бір фазалы К3 диаграммасы сияқты (1.6 б-сурет) К1 және К2 аумағындағы ток пен кернеулік НП құрамды қалыптасады. Бұдан біздің білетін есебіміз:

I_А =I_C = 0 , I_В =1/3 I₀ Алайда К1 және К2 нүктелерінде жер потенциалы болады, онда К2 нүктелерінде U_АК= 1/3U_АК2, ал К1 нүктесінде U_АК= 1/3(U_АК1+ U_АК2)-ге тең болады.