книги из ГПНТБ / Маринов, И. А. Устройство и эксплуатация преобразовательных подстанций городского электротранспорта учеб. пособие

устройство должно обеспечить надежное отключение защитой пов­ режденных участков сети с минимальным временем отключения.

В установках с изолированной нейтралью ток замыкания на землю обычно невелик и зависит в основном от емкости системы относительно земли.

При прикосновении человека к металлической части электроус­ тановки, оказавшейся под напряжением вследствие нарушения изо­ ляции, через тело его может пройти ток, опасный для жизни. Смер­ тельным для человека считается ток величиной больше 0,1 а для

Рис. 70. Распределение потенциалов в земле вокруг еди­ ничного заземлителя

постоянного тока и 0,05 а для переменного тока. Действие электри­ ческого тока на человеческий организм зависит также от длитель­ ности и пути его прохождения. Сопротивление тела человека зави­ сит от его физического состояния, от условий окружающей среды, качества контакта, а также от величины сопротивления заземляю­ щего устройства. Чем меньше сопротивление заземляющего уст­ ройства, тем меньше величина потенциала на металлических частях установки и тем меньше величина тока, протекающего через тело человека при его прикосновении к металлической части.

Ток замыкания на землю, протекая по земле, вызывает падение напряжения вдоль своего пути. Наибольшая плотность тока наблю­ дается у заземлителя. По мере удаления от него вследствие ради­ ального растекания тока и увеличения сечения проводящего слоя земли плотность тока быстро убывает. На расстоянии около 20 м от одиночного электрода плотность тока практически можно принять равной нулю. Наибольшую величину имеет переходное сопротивле­ ние заземлителя, т. е. место, где ток переходит из заземлителя в землю, так как в этом месте ток проходит по наименьшему сече­ нию. По мере удаления от заземлителя сопротивление уменьшается.

Таким образом, по мере удаления от заземлителя падение на­ пряжения постепенно уменьшится до нуля (рис. 70).

Наибольший спад наблюдается вблизи от заземлителя.

101

Полное напряжение между заземлителем и бесконечно удален­ ной точкой земли равно

П п о л = = 7 3Гз ,

где /3 — ток замыкания на землю; г3— сопротивление заземляюще­ го устройства.

Человек, коснувшийся заземленной металлической части, изоля­ ция которой от токоведущей части нарушена, попадает под раз-

Рис. 71. Распределение потенциалов в земле при несколь­ ких соединенных между собой заземлителях

ность потенциалов между заземленной металлической частью и той точкой, в которой он находится. Эта разность потенциалов назы­ вается напряжением прикосновения ипр.

Ноги человека, проходящего по земле в зоне растекания тока заземления, также окажутся под некоторой разностью потенциалов, которая зависит от местонахождения человека и от длины шага. Эта разность потенциалов называется шаговым напряжением иш.

Для уменьшения напряжения прикосновения и шагового напря­ жения на территории станций и подстанций устраивают контур заземления, представляющий собой ряд заземлителей из стальных труб или стержней, соединенных между собой стальными полоса­ ми на сварке. Расстояние между заземлителями определяется рас­ четом.

В этом случае потенциалы между заземлителями будут вырав­ нены и кривая будет более пологой в пределах контура. Вследствие этого уменьшаются напряжение прикосновения и шаговое напря­ жение (рис. 71).

Сопротивление заземляющих устройств складывается из пере­ ходного сопротивления от заземлителей к земле и сопротивления заземляющих проводов.

Величина сопротивления заземляющих устройств в зависимости от характера установки в любое время года в соответствии с ПУЭ и ПТЭиБ должна быть:

в электроустановках напряжением выше 1000 в с большими то­ ками замыкания на землю (более 500 а) — не более 0,5 ом\

102

в электроустановках напряжением выше 1000 в с малыми тока-

Если заземляющее устройство одновременно используется для электроустановок напряжением до 1000 в, то сопротивление зазем-

125

ляющего устройства R3^ —j— , но не более 4 ом (где R3— сопро­

тивление заземляющего устройства, /3 — расчетный ток замыкания на землю); в электроустанов­

их в качестве единственных заземлителей. Однако в сетях с большими токами замыкания на зем­

лю (более 500 а) в случае применения естественных заземлителей должны быть выполнены искусственные заземляющие устройства с сопротивлением не более 1 ом.

Оболочки кабелей могут служить естественными заземлителями лишь при числе кабелей не менее двух.

В качестве искусственных заземлителей применяют стальные трубы (рис. 72) с толщиной стенок не менее 3,5 мм, угловая сталь или стальные стержни диаметром не менее 6 мм, длиной 2,5 м, ко­ торые забиваются вертикально в землю на глубину 0,7 м от поверх­ ности земли до верхнего края трубы или стержня. Заземлители соединяются между собой стальными полосами толщиной не менее 4 мм и сечением не менее 48 мм2 или круглым стальным проводни­

103

Г Л А В А III

РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА

§ 14. НАЗНАЧЕНИЕ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НЕЙ

Назначение релейной защиты состоит в том, чтобы реагировать на повреждение или ненормальные и опасные режимы работы от­ дельных элементов системы и в зависимости от характера повреж­ дения и условий эксплуатации производить либо отключение по­ врежденного элемента, либо сигнализацию о нарушении нормаль­ ного режима его работы.

Рис. 73. Схема защиты в простейшей цепи со ступенчатой .выдержкой вре­ мени

Защиту настраивают на некоторое предельно допустимое зна­ чение величины, характеризующей работу защищаемого элемента. Это значение называется уставкой защиты.

К релейной защите предъявляют следующие основные требова­ ния.

С е л е к т и в н о с т ь . Селективностью или избирательностью за­ щиты называется способность защиты реагировать на повреждение только защищаемого элемента. Все остальные неповрежденные элементы системы должны остаться включенными.

Если в системе селективность защит от коротких замыканий не может быть обеспечена путем выбора различных токовых уставок, то она достигается созданием выдержек времени, увеличивающих­ ся по мере приближения к источнику питания. Рис. 73 поясняет се­ лективное действие защиты в простейшей цепи со ступенчатой вы­ держкой времени. В случае короткого замыкания в точке К\ вы­ ключатель 6 отключается раньше, чем выключатель 5, имеющий выдержку времени 0,7 сек, поэтому вся остальная система остает­ ся в работе. В случае короткого замыкания в точке К2 должен от­ ключиться выключатель 5 и вся система до выключателя 5 остает­ ся в работе.

105

Выдержка времени устанавливается ступенями с возрастанием от конечного потребителя к источнику питания. Ступень выдерж­ ки времени обычно берется равной 0,5—0,7 сек в зависимости от

применяемых реле.

В более сложных сетях (например, с параллельным или двух­ сторонним питанием) селективность не может быть обеспечена вы­ держками времени. В таких случаях применяются специальные ре­ ле и схемы защиты.

Б ы с т р о д е й с т в и е . Быстрое отключение поврежденного элемента системы уменьшает размер разрушений и влияние пони­ жения напряжения на потребителей.

0,13—0,2 сек. Однако требование быстродействия обычно противо­ речит требованию селективности и при выборе защиты приходится поступиться каким-либо из этих двух требований, руководствуясь тем, что имеет большее значение для данной системы.

любой точке защищаемого участка. Вместе с тем защита не долж­ на срабатывать при нормальных режимах (например, при толчках рабочих токов). Защита должна реагировать на повреждения или нарушения нормального режима работы в самой начальной ста­ дии, предотвращая тем самым тяжелые последствия этих нару­ шений.

Н а д е ж н о с т ь . Защита должна во всех случаях действовать точно и безотказно. Отсутствие надежности может привести к ава­ рии вследствие несвоевременного отключения поврежденного эле­ мента. Надежность достигается простотой схемы, использованием минимально возможного количества реле и контактов, качеством монтажа применяемой аппаратуры, правильной наладкой и экс­ плуатацией защиты.

§ 15. РЕЛЕ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В С Х Е М А Х РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ

Реле-— это автоматические приборы, которые воспринимают из­ менение режима работы электроустановки и приводят в действие схему ее отключения или сигнализацию о неисправностях.

Реле, выполняющие эти функции в схемах защиты, являются основными. Применяются также вспомогательные реле, которые служат для создания выдержки времени, воздействия на выключа­ тели и сигналы, размножения контактов, регистрации действия защиты и т. д.

Реле состоит из воспринимающего и исполнительного органов. Воспринимающий орган воспринимает изменение той физической величины (тока, мощности, напряжения и т. д.), на которое оно ре­ агирует. Исполнительный орган производит действие по отключе­

106

нию защищаемого элемента, включению резерва, подаче сигнала и т. д.

Реле классифицируются по следующим признакам:

по принципу действия—-электромагнитные, индукционные, электродинамические, тепловые, пневматические;

по характеру физической величины, на которую реагирует вос­ принимающий орган, — тока, напряжения, мощности и т. д.;

по способу включения воспринимающего органа — первичные, воспринимающий орган которых включен непосредственно в цепь защищаемого элемента, и вторичные, воспринимающий орган ко­ торых включен в цепь защищаемого элемента через измерительные трансформаторы тока или напряжения;

по способу воздействия исполнительного органа — прямого дей­ ствия, исполнительный орган которых непосредственно механиче­ ски действует на отключающий механизм выключателя, и косвен­ ного действия, исполнительный орган которых замыкает цепь опе­ ративного тока отключающего устройства;

по характеру изменения физической величины — максимальные, у которых воспринимающий орган реагирует на возрастание фи­ зической величины сверх заданной, минимальные, у которых вос­ принимающий орган реагирует на снижение физической величины, а также направленные, реагирующие на изменение направления физической величины.

Мощность, потребляемая воспринимающими органами реле, должна быть минимальной. Особенно это относится к реле, при­ соединяемым к измерительным трансформаторам, так как класс точности измерительных трансформаторов зависит от величины присоединяемой нагрузки.

Чувствительность и качество реле определяются коэффициентом возврата. Коэффициент возврата для максимальных реле отли­ чается от коэффициента возврата минимальных реле.

Для максимальных реле коэффициентом возврата называют от­ ношение максимального значения соответствующей величины, при котором реле возвращается после срабатывания в свое первона­ чальное положение, к минимальному значению этой величины, при котором реле срабатывает. Для реле максимального тока, напри­ мер, коэффициент возврата Кв будет равен отношению тока воз­

Для минимальных реле коэффициент возврата представляет со­ бой отношение минимального значения соответствующей электри­ ческой величины, при котором реле возвращается после срабаты­ вания в свое первоначальное положение, к максимальному значе­ нию этой электрической величины, при котором реле срабатывает.

107

г

Для реле минимального напряжения, например, коэффициент воз­ врата Кв будет равен отношению напряжения возврата нвр, при котором реле возвращается в первоначальное положение после срабатывания, к напряжению срабатывания мср.р, при котором ре­ ле срабатывает

Коэффициент возврата как для максимальных, так и для мини­ мальных реле должен быть по возможности близким к единице. Для максимальных реле коэффициент возврата всегда меньше еди­ ницы и обычно находится в пределах 0,75—0,95, а для минималь­ ных реле — больше единицы и обычно находится в пределах

1,3-1,1.

Величина коэффициента возврата определяется трением в по­ движных частях реле, явлением гистерезиса, различием в законах изменения действующих и противодействующих сил при работе реле.

Реле защиты различаются также своими характеристиками, представляющими собой зависимость времени срабатывания от из­ менения физической величины, на которую реле реагирует.

Различают реле:

сзависимой характеристикой — время срабатывания зависит от значения физической величины, на которую реле реагирует;

сограниченно зависимой характеристикой — в начальной зоне имеет место зависимая характеристика, а затем время срабатыва­ ния перестает зависеть от значения контролируемой физической

величины; с независимой характеристикой — время срабатывания опреде­

ляется собственным временем реле и не зависит от значения кон­ тролируемой физической величины;

ограниченно зависимая с отсечкой— сначала имеет место огра­ ниченно зависимая характеристика, но по достижении контроли­ руемой физической величиной определенного значения выдержка времени резко уменьшается до минимального значения.

Характеристика работы схемы релейной защиты определяется характеристикой примененных реле. Может быть еще схема защи­ ты с независимой выдержкой времени. Эта схема состоит из неза­ висимых (мгновенных) реле с добавлением специального реле вре­ мени для создания дополнительной выдержки времени.

Принцип действия электромагнитных реле заключается в том, что магнитное поле, создаваемое неподвижным электромагнитом, воздействует на подвижный стальной якорь. По конструктивному выполнению различают следующие типы электромагнитных реле: клапанные (с притягивающимся якорем), с поворотным якорем, плунжерные (с втягивающимся якорем).

В схемах защиты применяют вторичные электромагнитные то­ ковые реле прямого действия РТВ и РТМ и вторичные реле косвен­ ного действия ЭТ-520 или РТ-40.

108

Плунжерное реле РТВ (реле токовое с временем) имеет огра­ ниченно зависимую характеристику. Это реле встраивается в при­ вод выключателя и называется встроенным (рис. 74).

Обмотка реле РТВ включается в цепь вторичной обмотки транс­ форматора тока. Когда ток в обмотке реле становится равным то­ ку срабатывания или превысит его, сердечник 7 притягивается к

Рис. 74. Реле РТВ:

неподвижному полюсу 4 и усилие, возникающее «а сердечнике, передается через пружину 14 на ударник 5. Пружина выбирается такой, чтобы при токе, меньшем 3-кратной величины тока срабаты­ вания, она не сжималась и действовала как жесткая связь.

Ударник двигается вверх медленно, так как часовой механизм 8 не позволяет ему подняться мгновенно.

По окончании работы часового механизма он перестает удер­ живать сердечник, вследствие чего ударник ударяет по рычагу 3 отключающего валика 2 привода и производит отключение выклю­ чателя.

109

Скорость движения сердечника с ударником до расцепления с часовым механизмом зависит от величины тока. С увеличением тока выдержка времени уменьшается.

При токе, равном примерно 3-кратному току срабатывания, сердечник, сжимая пружину, втягивается мгновенно. Отключение происходит с выдержкой времени, уже не зависящей от тока. Та­ ким образом, получается ограниченно зависимая характеристика

(рис. 75).

2

К вторичной одмот­ не трансформатора,

вижные контакты, 4 — контактная шинка

Изменение выдержки времени производится рычагом 10 (см. рис. 74), который при помощи пластины 11 связан с установочным винтом 12. Изменение величины тока срабатывания производится при помощи поворотного переключателя 1 путем включения того или иного количества витков обмотки реле. Схема переключателя дана на рис. 76.

Реле максимального тока мгновенного действия РТМ, как и ре­ ле РТВ, является вторичным реле прямого действия и отличается от РТВ отсутствием часового механизма.

Реле ЭТ-520 представляет собой вторичное реле косвенного дей­ ствия (рис. 77).

Обмотка реле 2 включается в цепь вторичной обмотки транс­ форматора тока с помощью клемм 9. При параллельном соедине­ нии обмоток ток срабатывания реле увеличивается в два раза по сравнению е последовательным соединением.

Ток, протекающий по обмоткам, создает в магнитопроводе маг­ нитный поток, который стремится повернуть якорь 8 и притянуть его к полюсам магнитопровода. Повороту якоря противодействует пружина 3.

110