Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. Ч.1. Учебно-методическое пособие для выполнения лабораторных работ для студентов очной и заочной
.pdf
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«Брянский государственный аграрный университет»
Иванюга М.М.
Релейная защита и автоматика
систем электроснабжения
Учебно-методическое пособие
для выполнения лабораторных работ
для студентов очной и заочной формы обучения
направления подготовки 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника
Часть 1
Брянск 2025
1
УДК 621.316.925:681.5 (076)
ББК 31.27-05:31.279
И 19
Иванюга, М. М. Релейная защита и автоматика систем электро-
снабжения: учебно-методическое пособие для выполнения лабораторных
работ для студентов очной и заочной формы обучения направления подготовки 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника. Ч. 1 / М. М. Иванюга.
- Брянск: Изд-во Брянский ГАУ, 2025. - 41 с.
Учебно-методическое пособие содержит краткие теоретические све-
дения по изучаемому материалу и выполнению работ, контрольные вопросы для проверки глубины усвоения материала, необходимые данные по
оформлению отчета. Предназначено для использования студентами очной и
заочной форм обучения направления подготовки 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника.
Рецензенты:
Безик В.А. - к.т.н., доцент кафедры Автоматики, математики и физики
Яковенко Н.И. - к.т.н. доцент кафедры Электроэнергетики и электротех-
нологий ФГБОУ ВО Брянский ГАУ
Рекомендовано к изданию методической комиссией института энер-
гетики и природопользования Брянского ГАУ, протокол № 5 от 28 марта
2025 года.
2
© Брянский ГАУ, 2025
© Иванюга М.М., 2025
3
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
4
Лабораторная работа № 1
Изучение конструкции реле тока и напряжения
6
Лабораторная работа №2 Изучение конструкции реле времени, промежуточного и указательного реле
17
Список литературы
40
4
Введение
В системах электроснабжения могут возникать повреждения и ненормаль-
ные режимы работы электрооборудования электростанций и подстанций, линий
электропередач и электроустановок потребителей электроэнергии. Повреждения
вызывают появление значительных аварийных токов и сопровождаются глубоким понижением напряжения на шинах электростанций и подстанций. Ток при
коротком замыкании выделяет большое количество теплоты, которое вызывает
разрушение конструкций в месте повреждения и опасное нагревание проводов
неповрежденных линий электропередач и оборудования, по которым этот ток
проходит.
Понижение напряжения нарушает нормальную работу потребителей элек-
троэнергии и устойчивость параллельной работы энергосистемы.
Ненормальные режимы обычно приводят к отклонению напряжения, тока
и частоты от допустимых значений. При понижении частоты и напряжения создается опасность нарушения нормальной работы потребителей и устойчивости
энергосистем, а при повышении напряжения и тока возникает угроза повреждения оборудования подстанций и линий электропередач.
Для уменьшения разрушений в местах повреждений и обеспечения нормальной работы неповрежденной части электроэнергетической системы необходимо как можно быстрее выявлять и отделять место повреждения от неповрежденной части.
Опасные последствия ненормальных режимов также можно предотвратить, если своевременно принять меры к их устранению (например, снизить ток
или напряжение при их увеличении), а при необходимости отключить оборудование, оказавшееся в недопустимом для него режиме.
Выявление и отключение повреждений следует производить очень быстро
– в большинстве случаев в течение сотых и десятых долей секунды, что может
быть обеспечено только средствами автоматики. В связи с этим возникла необходимость в создании и применении автоматических устройств, защищающих
систем энергоснабжения и ее элементы от опасных последствий повреждений и
ненормальных режимов. Первоначально в качестве подобной автоматики (защиты) применялись плавкие предохранители. Впоследствии были созданы защитные устройства, выполняемые при помощи электрических автоматов-реле.
Такой способ защиты получил название релейной защиты.
Релейная защита осуществляет непрерывный контроль за состоянием всех
элементов систем энергоснабжения и реагирует на возникновение повреждений
и ненормальных режимов. При возникновении повреждений релейная защита
должна выявить поврежденный участок и отключить его от системы энергоснабжения, воздействуя на специальные силовые выключатели, предназначенные для
размыкания токов повреждения.
Релейная защита является основным видом электрической автоматики, без
которой невозможна нормальная работа систем электроснабжения. Она тесно
связана с другими видами электрической автоматики, предназначенной для
предотвращения развития аварийных нарушений и быстрого восстановления
5
нормального режима работы и электроснабжения потребителей: автоматического повторного включения, автоматического включения резервных источников питания, автоматической частотной разгрузки и др.
Релейная защита является основным видом противоаварийной автоматики, без которой невозможна надежная и бесперебойная работа систем
электроснабжения. Назначением релейной защиты является автоматическое отключение поврежденного элемента от неповрежденной части энергосистемы. При этом к релейной защите предъявляется ряд требований, основными из которых являются надежность, селективность, чувствительность и быстродействие. В состав любой защиты входят элементы, называемые - реле. Каждое реле имеет свою конструкцию, функции и порядок
настройки, знание которых необходимо студентам для эффективного освоения курса релейной защиты и автоматики.
Настоящее учебно-методическое пособие содержит краткие теоретические сведения о принципах построения токовых защит систем электроснабжения и порядок проведения лабораторных работ, а также требования
к оформлению и порядку защиты отчетов.
Учебно-методическое пособие используется студентами при подготовке, выполнении и защите отчетов по лабораторным работам цикла
«Реле защиты и автоматики» в ходе изучения дисциплин «Релейная защита и автоматика» и «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем».
Для эффективного освоения приведенного материала требуются
знания в следующих областях: измерительные трансформаторы тока и
напряжения (конструкция, принципы работы, схемы соединения вторичных обмоток), нормальные и аварийные режимы работы систем электроснабжения.
6
Лабораторная работа № 1
Изучение конструкции реле тока и напряжения
Цель работы
Изучить устройство, принцип действия электромагнитных реле тока и
напряжения.
Теоретические сведения
Утверждают, что впервые реле было сконструировано в 1830—1832 гг. русским ученым Шиллингом П.Л. и оно являлось основным элементом механизма телеграфа рисунок 1.1.
Рисунок 1.1 - Вид первого телеграфа
Реле, в качестве самостоятельного устройства, впервые упоминается в патенте на телеграф, выданном Самуэлю Морозе рисунок 1.2.
Рисунок 1.2 - Первое реле Морзе
Для ограничения развития аварий при коротких замыканиях и уменьшении
перерыва в электроснабжении потребителей применяют специальные устройства, которые называются релейной защитой. Релейная защита обеспечивает
быстрое автоматическое отключение поврежденного элемента энергосистемы
путем воздействия на электромагнит, который отключения выключатель, а также
сигнализирует об отключении.
Реле используются в системах автоматики в качестве элементов управления и защиты, дискретных датчиков и усилителей, размножителей сигналов и
логических элементов.
Любой технологический процесс сопровождается операциями включения,
выключения, переключения различного оборудования, то есть осуществляется
их коммутация. В качестве коммутирующих устройств используют переключатели и так называемые релейные устройства, или просто реле.
7
Основным свойством реле является способность скачкообразно изменять
выходную величину при достижении входной величиной некоторого определенного значения - порога срабатывания.
Реле – коммутационное устройство (КУ), соединяющее или разъединяющее
цепь электронной или электрической схемы при изменении входных величин.
Реле рисунок 1.3 представляет собой катушку, состоящую из немагнитного
основания, на которое намотан провод с изоляцией. Внутри катушки размещается металлический сердечник. Также в устройстве имеются пружины, якорь, соединительные элементы и контакты.
Рисунок 1.3 - Простейшая схема устройства электромагнитного реле
1 - катушка; 2 - сердечник; 3 - якорь; 4 - неподвижные контакты;
5 - основание; 6 - пружина
При протекании тока через катушку образуется магнитное поле сердечник
притягивает якорь, который соединяется с контактом и электрическая или электронная цепь замыкается. При уменьшении силы тока до определенного значения, магнитное поле ослабевает, якорь, под действием пружины, возвращается в
первоначальное положения, вследствие чего происходит размыкание цепи.
Более плавная и точная работа реле напряжения достигается благодаря использованию резисторов, а защиту от скачков напряжения и искрения обеспечивает установка конденсаторов.
У большинства электромагнитных реле имеется не одна, а несколько пар
контактов, что позволяет управлять несколькими цепями одновременно.
Реле классифицируются по:
- виду физических величин, поступающих на вход (электрические и не-
электрические);
- назначению (реле управления, защиты, сигнализации, связи);
- принципу воздействия на выходную цепь (контактные и бесконтактные);
- роду величины, на которую реагируют реле (токовые, напряжения, мощ-
ности, частоты, сопротивления);
- исполнению (открытые, с защитным чехлом, пыле брызгозащищенные,
герметические).
8
К характеристикам, на которые следует обращать внимание при выборе
реле относят:
• чувствительность – срабатывание от подаваемого на обмотку тока или
напряжения определенной величины, достаточной для включения устройства;
• сопротивление обмотки электромагнита;
• напряжение (ток) срабатывания – минимально допустимое значение,
достаточное для переключения контактов;
• напряжение (ток) отпускания – значение параметра, при котором про-
исходит отключение КУ;
• время притягивания и отпускания якоря;
• частота срабатывания с рабочей нагрузкой на контактах.
Различают два типа реле: поляризованные и неполяризованные
(нейтральные).
В поляризованных на положение контактов влияет направление течения
тока. Поляризованные реле используются только в цепях постоянного тока.
Нейтральные, которые срабатывают в обоих видах цепей: с постоянным и
переменным током. Работа неполяризованных реле не зависит от полярности или
направления тока в обмотке. Такими могут быть ка реле тока так и реле
напряжения.
В общем случае реле состоит из трех основных функциональных элементов:
- Воспринимающий. Это первичный элемент, который воспринимает кон-
тролируемую величину и преобразует ее в другую физическую величину.
- Промежуточный. Сравнивает полученное значение с заданным парамет-
ром. Если это значение выше или ниже заданного параметра, то на исполнительный элемент передается первичное воздействие.
- Исполнительный. Этот элемент передает воздействие в цепи, управляе-
мые реле. В результате такого воздействия может произойти: размыкание или
соединение управляемой цепи, переключение параметров тока.
Исполнение и принцип действия первичного элемента зависят от того, какое назначение имеет реле и на какую физическую величину (сила тока, напряжение, свет, тепло и т.п.) оно настроено.
Независимо от вида и принципа действия реле, выделяют несколько параметров, на которые обращают внимание при выборе этого прибора:
- Время срабатывания – промежуток времени между поступлением управ-
ляющего сигнала и воздействием на управляемые цепи.
- Коммутируемая мощность – допустимая мощность электрической цепи
или электроустановки, которой будет управлять реле.
- Уставка – обычно это регулируемый параметр, который определяет вели-
чину поступающего параметра (тока, напряжения, частоты, давления, температуры), при которой происходит срабатывание реле. Реле предназначены для отключения защищаемых цепей при превышении допустимой величины потребляемого тока. Возможно использование реле для защиты цепей и источников питания от перегрузки по току и короткого замыкания.
Буквенное обозначение реле на чертежах имеют следующую аббревиатуру:
• KA – реле тока;
9
• KV – реле напряжения;
• KB – реле блокировки;
• KBS – реле блокировки от многократного включения;
• KH – указательное реле;
• KL – промежуточное реле;
• KQ – реле фиксации положения выключателя;
• KSV – реле контроля цепи напряжения;
• KSP – реле контроля давления;
• KSH – реле контроля напора;
• KSL – реле контроля уровня жидкости;
• KSR – скорости;
• KSQ – реле состава вещества;
• KW – реле мощности;
• KZ – реле сопротивления.
Графическое изображение элементов реле на схемах показаны ниже на рисунке 1.4.
Рисунок 1.4 - Графическое изображение элементов реле на схемах
1 - катушка реле; 2 - контакт нормально разомкнутый; 3 - контакт нормально
замкнутый; 4 - контакт нормально разомкнутый с замедлением
при срабатывании; 5 - контакт нормально разомкнутый с замедлением
при возврате; 6 - контакт импульсный нормально разомкнутый;
7 - контакт нормально разомкнутый без самовозврата; 8 - контакт нормально
замкнутый без самовозврата; 9 - контакт нормально замкнутый с замедлением
при срабатывании; 10 - контакт нормально замкнутый с замедлением
при возврате
10
Токовые реле
Токовые реле - электромагнитные реле, включенные на ток сети (непосред-
ственно или через трансформаторы тока).
С помощью реле максимального тока осуществляется максимальная токовая защита, реагирующая на увеличение токов в защищаемой электрической
установке. Для успешной работы в установках защиты реле максимального тока
должны обеспечивать высокий коэффициент возврата, характеризующий чувствительность реле.
В устройствах релейной защиты наиболее широко распространены токовые реле, реагирующие на недопустимое увеличение тока в защищаемой цепи.
Токовые реле включаются последовательно. Катушки токовых реле выполняются с малым количеством витков из провода большого сечения и поэтому
имеют небольшое сопротивление.
Реле максимального тока срабатывает, когда проходящий через его катушку ток достигает установленного тока срабатывания. Как и любое электромагнитное реле, токовое реле обладает гистерезисом. При уменьшении тока до
величины тока возврата, подвижная система реле возвращается в исходное положение. Гистерезис токового реле принято выражать через отношение тока возврата к току срабатывания (коэффициент возврата), который у большинства современных реле находится в пределах 0,8—0,9.
Для уменьшения нагрузки на трансформатор тока токовые реле должны
иметь по возможности малое потребление мощности. Обмотки токовых реле рассчитываются на длительное прохождение токов нагрузки и кратковременное –
токов КЗ. kвоз должен приближаться к единице.
В данной лабораторной работе исследуется электромагнитное реле максимального тока РТ-40, общий вид которого показан на рисунке 1.5.
Магнитная система состоит из П-образного шихтованного сердечника 1 и
Г-образного якоря 2. В сердечнике электромагнита под катушками имеются вырезы, предназначенные для снижения вибрации подвижной системы при больших и несинусоидальных токах.
При пиках синусоидального тока участки сердечника с уменьшенным сечением насыщаются и ограничивают величину магнитного потока.
Положение якоря в начальном и конечном положениях фиксируются упорными винтами, закрепленными контргайками или пружинными пластинками для
предохранения от само отвинчивания.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]