Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Релейная защита и автоматические системы управления устройствами электроснабжения. Учебное пособие для СПО
.pdf
21
в схемах релейной защиты, во многом отличаются от условий и требований к ним при питании токовых цепей измерительных приборов. Измерительные приборы требуют точной работы трансформатора тока при нормальных
режимах и при незначительных перегрузках. Так как в
схемах релейной защиты требуется точная работа трансформатора тока при протекании в защищаемой цепи т о-
ков перегрузки и токов КЗ, которые в несколько раз мо-
гут превышать их номинальные первичные токи. По м ере увеличения сопротивления нагрузки (Z2), ток во вторичной цепи (I2) уменьшается и при Zн = ∞ (вторичная
обмотка разомкнута) ток I2 = 0, ток намагничивания становится равным первичному току, следовательно, результирующая намагничивающая сила резко возрастает
и становится равной намагничивающей силе первичной
обмотки, что приводит к значительному увеличению
магнитного потока. Рост магнитного потока приводит
к увеличению потерь в стали, при этом магнитопровод
недопустимо нагревается, что может привести к повреждению изоляции. При размыкании вторичной обмотки
сталь сердечника насыщается, что обуславливает на
разомкнутой обмотке ЭДС, пик которой может достигать
десятка тысяч вольт, что представляет опасность для обслуживающего персонала. Таким образом, нормальным
режимом работы трансформатора тока является режим
КЗ вторичной цепи с малым намагничивающим током и
малой намагничивающей силой.
На точность работы трансформатора тока влияет не
только нагрузка, но и величина первичного тока (I1), так
как с ростом тока I1 выше номинального линейная связь
между первичными и вторичными токами нарушается,
вследствие насыщения магнитной цепи. Точность работы
трансформатора тока для релейной защиты характеризует-
ся полной погрешностью, которая равна:
22
−=
T
0
2
1T2
1
dt)ini(
T
1
I
100
, (1.2)
где I1 — действующее значение первичного тока; Т — длительность периода тока; nТ — номинальный коэффициент
трансформации трансформаторов тока (отношение номинального первичного к номинальному вторичному току);
i1, i2 — мгновенные значения первичного и вторичного токов.
Трансформатор тока должен выбираться так, чтобы
его полная погрешность (ε) не превышала 10 % при заданной вторичной нагрузке и предельной кратности (К10). Под
предельной кратностью понимается наибольшее отношение первичного тока к его номинальному значению, т.е.
ном1
max1
I
I
.
Рассмотрим схемы соединения трансформаторов тока
и обмоток реле.
Питание устройств релейной защиты током сети производится по различным схемам соединений трансформа-
торов тока и обмоток реле.
Для каждой схемы можно определить отношение тока в реле Iр к току соответствующей фазы вторичной обмотки I2, т.е.:
2рсх
I/IK =
, (1.3)
где К
сх
— коэффициент схемы.
Рассмотрим некоторые из схем (рис. 1.4).
Схема соединения трансформаторов тока и обмоток реле в полную звезду. В данной схеме (рис. 1.4, а),
реле, установленные в фазах (I, II, III) — реагируют на все
виды КЗ, а реле IV в нулевом проводе, только на КЗ на
23
землю. Схема универсальная и поэтому применяется в за-
щитах, действующих при всех видах КЗ. Ток реле Iр = I2.
т.е. К
сх
= 1.
а) б)
в) г)
Рис. 1.4. Схемы соединения обмоток реле
и трансформаторов тока
Схема соединения трансформатора тока и обмоток реле в неполную звезду. Применяется для защит, дей-
ствующих при междуфазных КЗ, К
сх
= 1 (рис. 1.4, б).
Схема соединения трансформатора тока в треугольник, а обмоток реле в звезду. Схема применяется в
основном для дифференциальных и дистанционных защит,
К
сх
=3, при трехфазных симметричных режимах.
Схема соединения с двумя трансформаторами тока и одним реле, включенным на разность токов. Дан-
ная схема (рис. 1.4, в) применяется для защит от междуфазных КЗ, в тех случаях, когда обеспечивает необхо-
24
димую чувствительность. Важным недостатком схемы является непостоянство Ксх, который зависит от места КЗ.
Так при 3-х фазных симметричных КЗ,
3=
сх
К
; при КЗ
между фазами А и С, Ксх = 2; при КЗ между фазами А и В
или В и С, К
сх
= 1.
Схема соединения трансформатора тока в фильтр
токов нулевой после последовательности (рис. 1.4, г).
Ток в реле
0
3 IIIII
cbap
=++=
появляется только при од-
но- или двухфазных КЗ на землю, таким образом, схема
применяется для защит от замыканий на землю.
Схемы соединения
трансформаторов напряжения
Трансформатор напряжения по принципу действия и
конструкции аналогичен обычному силовому трансформатору.
На паспортах трансформаторов напряжения их коэф-
фициенты указываются дробью, в числителе которой —
номинальное первичное напряжение, а в знаменателе —
номинальное вторичное напряжение. Так, например, если
на паспорте трансформатора указано
100
6000
, то это означа-
ет, что он предназначен для установки в сети с напряжени-
ем 6 000 В и имеет коэффициент трансформации 60.
Для правильного соединения трансформаторов
напряжения между собой и правильного подключения к
ним реле направления мощности, ваттметров и счетчиков
заводы-изготовители обозначают (маркируют) выводные
зажимы обмоток определенным образом: начало первич-
ной обмотки — А, конец — X; начало вторичной обмотки — а, конец — х.
При включении трансформаторов напряжения начала
первичных обмоток присоединяются к фазам, а концы собираются в нулевую точку. При включении на междуфаз-
25
ные напряжения начала первичных обмоток подключаются
к начальным фазам в порядке их электрического чередова-
ния друг за другом.
Трансформаторы напряжения бывают трехфазные и
однофазные. Последние в зависимости от назначения со-
единяются между собой в различные схемы.
На рис. 1.5 показано несколько схем соединения однофазных трансформаторов напряжения.
А
А А
А
А
А
А
А
А
а а а
а а а
а
а
а
Х
Х
Х
Х
Х
Х Х
Х Х
х х х
х
х х
х х
х
а
а
а
б
б
б
с
с
о
О
1
О
2
а )
б )
в ) г )
Рис. 1.5. Схемы соединения обмоток однофазных
трансформаторов напряжения
На рис. 1.5, а дана схема включения одного транс-
форматора напряжения на междуфазное напряжение. Эта
схема применяется, когда для защиты или измерений нуж-
но только одно междуфазное напряжение.
26
На рис. 1.5, б дано наиболее распространенное со-
единение двух трансформаторов напряжения в схему открытого треугольника (или неполной звезды). Эта схема
применяется, когда для защиты или измерений нужны три
междуфазных напряжения.
На рис. 1.5, в дано также распространенное соедине-
ние трех трансформаторов напряжения в схему звезды. Эта
схема применяется, когда для защиты или измерений нужны фазные или междуфазные и фазные напряжения одно-
временно.
На рис. 1.5, г дано соединение трех трансформаторов
напряжения в схему разомкнутого треугольника (на сумму
фазных напряжений). Такое соединение применяется для
получения напряжения нулевой последовательности, необходимого для включения реле напряжения и реле направ-
ления мощности защиты от однофазных КЗ в сети с зазем-
ленными нулевыми точками трансформаторов и для сигнализации при однофазных замыканиях на землю в сети с
изолированными нулевыми точками трансформаторов. Как
известно, сумма трех фазных напряжений в нормальном
режиме, а также при трехфазных и двухфазных КЗ равна
нулю. В этих условиях напряжение между точками О1 и О2
рассматриваемой схемы равно нулю (практически между
этими точками имеется небольшое напряжение порядка
0,5–2 В, которое называется напряжением небаланса).
При однофазном КЗ в сети с заземленными нулевыми
точками трансформаторов (сети 110–220 кВ) фазное
напряжение поврежденной фазы становится равным нулю,
а геометрическая сумма напряжений двух неповрежденных фаз оказывается равной фазному напряжению. В сети
с изолированными нулевыми точками трансформаторов
(сети 35 кВ и ниже), при однофазных замыканиях на зем-
лю напряжения неповрежденных фаз становятся равными
междуфазному напряжению, а их геометрическая сумма
оказывается равной утроенному фазному напряжению.
27
Для того чтобы в последнем случае напряжение
на реле не превосходило номинального значения, равного
100 В, трансформаторы напряжения для сетей с изолиро-
ванными нулевыми точками, вторичные обмотки которых
соединяются в разомкнутый треугольник, имеют повышенный в 3 раза коэффициент трансформации, например
3/100
6000
. Напряжение нулевой последовательности может
быть также получено от специальных обмоток трехфазных
трансформаторов напряжения.
Трансформаторы напряжения имеют две погрешности:
• погрешность в напряжении (или в коэффициенте
трансформации), под которой понимается отклонение фак-
тического коэффициента трансформации от номинального;
• погрешность по углу, под которой понимается угол
сдвига вторичного напряжения относительно первичного.
Один и тот же трансформатор напряжения в зависимости от нагрузки на его вторичную обмотку может работать с различным классом точности, переходя из класса в
класс при изменении нагрузки относительно его номинальной мощности. Поэтому в каталогах и паспортах на
трансформаторы напряжения указываются два значения
мощности: номинальная мощность в вольт-амперах, с ко-
торой трансформатор напряжения может работать в гарантированном классе точности, и предельная мощность, с которой трансформатор напряжения может работать при допустимом нагреве обмоток. Предельная мощность трансформатора напряжения в несколько раз превышает номи-
нальную. Так, у трансформаторов напряжения типа НОМ-6
с коэффициентом трансформации 6 000/100, для класса
точности 1 номинальная мощность составляет 50 ВА, а
предельная — 300 ВА.
Первичные обмотки трансформаторов напряжения до
15 кВ подключаются к сети через предохранители высокого напряжения и ограничивающие сопротивления.
28
Главным назначением предохранителей является
быстрое отключение от сети поврежденного трансформатора напряжения во избежание развития аварии и перехода
ее в сеть. Ограничивающие сопротивления устанавливают-
ся для уменьшения величины тока КЗ, если отключающая
способность предохранителей недостаточна.
Для защиты обмоток трансформатора напряжения от
длительного прохождения тока КЗ при повреждениях во
вторичных цепях устанавливаются предохранители низко-
го напряжения (ПН) или автоматы.
Микропроцессорное устройство
релейной защиты. История. Структура
Историки утверждают, что реле впервые было разработано и построено русским ученым Павлом Шиллингом в
1830–1832 гг. Это реле составляло основную часть вызыв-
ного устройства в разработанном им телеграфе. Позже этот
электрический аппарат получил название реле, от французского relais, что означало смену уставших почтовых
лошадей на станциях. Широкое применение электромеханические реле получили в начале XX в. Это связано с
большим темпом развития электрических систем.
В 90-х гг ХХ в. в энергосистемах России началось ак-
тивное внедрение микропроцессорных устройств релейной
защиты и автоматики. Микропроцессорное устройство
релейной защиты — это устройство релейной защиты,
управляющая часть которых реализована на базе микропроцессорных элементов (микроконтроллера).
Отказ от электромеханических и статических реле,
обладающих значительными габаритами, позволил более
компактно размещать оборудование на панелях РЗА. Такие
конструкции стали занимать значительно меньше места.
При этом управление посредством сенсорных кнопок и
дисплея стало более наглядным и удобным.
29
Лидерами в производстве микропроцессорных
устройств РЗА являются европейские концерны AREVA,
ABB, SIEMENS и др. Цифровые защиты, выпускаемые эти-
ми фирмами, имеют высокую стоимость, которая окупает-
ся их высокими техническими характеристиками и многофункциональностью.
Цифровые устройства РЗА различного назначения
имеют много общего, а их структурные схемы очень схожи
и представлены на рис. 1.6.
Рис. 1.6. Структурная схема цифрового устройства защиты
Центральным узлом цифрового устройства является
микропроцессор (МП), который через свои устройства вво-
да-вывода обменивается информацией с периферийными
узлами. С помощью этих дополнительных узлов осуществляется сопряжение микропроцессора с внешними датчика-
ми исходной информации, объектом управления и т.д.
В реальном устройстве РЗА может использоваться
несколько МП, каждый из которых будет занят решением
отдельного фрагмента общей задачи с целью обеспечения
30
высокого быстродействия. Так, фирма ALSTOM, для этой
цели использует один мощный МП, а фирма ABB исполь-
зует от 4 до 10 МП.
Основными узлами цифрового устройства РЗА явля-
ются:
• входные U1-U4 и выходные KL1-KLj преобразова-
тели сигналов;
• тракт аналого-цифрового преобразования U6, U7;
• кнопки управления и ввода информации от опера-
тора SB1, SB2;
• дисплей H для отображения информации;
• блок питания U5;
• цифровые устройства, как правило, оснащаются и
коммуникационным портом X1 для связи с другими
устройствами.
Основные характеристики микропроцессорных защит
значительно выше, чем электромеханических или элек-
тронных:
• коэффициент возврата измерительных органов со-
ставляет 0,95…0,97 (вместо 0,80…0,85 у электромеханиче-
ских реле);
• аппаратная погрешность — в пределах 2…5 %;
• мощность, потребляемая от измерительных транс-
форматоров тока и напряжения, находится на уровне
0,1…0,5 В∙А (вместо 10…50 В∙А у электромеханических
реле).
Таким образом, цифровые устройства РЗА совмещают в рамках единого комплекта функции релейной защиты, измерения, регулирования и управления электроустановкой. Такие устройства в структуре автоматизированной
системы управления технологическим процессом (АСУ
ТП) энергетического объекта являются оконечными
устройствами сбора информации.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]