Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электроснабжение металлургических предприятий релейная защита силового электрооборудования. Учебное пособие
.pdf
№ 3260
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
ИНСТИТУТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
И АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
Кафедра электротехники
и информационно-измерительных систем
А.Б. Ваттана
Л.А. Шапошникова
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА СИЛОВОГО
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Учебное пособие
Рекомендовано редакционно-издательским
советом университета
Москва 2019
УДК 658.26(075.8)
В21
Рецензент
д-рфиз.-мат.наук,проф.Ф.И. Маняхин
Ваттана А.Б.
В21 Электроснабжение металлургических предприятий : ре-
лейная защита силового электрооборудования : учеб. пособие/А.Б. Ваттана,Л.А.Шапошникова.–М.: Изд.ДомНИТУ
«МИСиС»,2019.–64с.
ISBN978-5-906953-87-2
В учебном пособии приведены основные теоретические положения по
устройствам релейной защиты силового электрооборудования,рассмотрены
принципыдействиянаиболеераспространенныхрелеитоковыхзащитнаих
основе.Даныметодическиерекомендациикпрактическимзаданиямсиспользованиемлабораторныхстендов«Релейнаязащита»ипрограммногообеспеченияLabDrive,вопросыдлясамопроверки.
Учебное пособие предназначено для студентов,обучающихсявбакалавриате по направлению подготовки 09.03.03 «Прикладнаяинформатика»,изучающихдисциплину«Электроснабжениеметаллургическихпредприятий».
ISBN 978-5-906953-87-2
УДК 658.26(075.8)
А.Б.Ваттана,
Л.А.Шапошникова,2019
НИТУ«МИСиС»,2019
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение....................................................................................................4
1.Релетока.Токоваяотсечкалинииэлектропередач............................ 5
1.1.Общиесведенияобустройствеипринципдействиярелетока...5
1.2.Токовыеотсечкивсетяхэлектроснабжения.................................. 9
1.3.Испытаниерелетока....................................................................... 14
1.4.Исследованиетоковойотсечкилинииэлектропередач............. 17
Контрольныевопросы........................................................................... 20
2.Испытаниереленапряжения.Максимальнаятоковаязащита
линииэлектропередачиспускомпонапряжению...............................21
2.1.Общиесведенияипринципдействияреленапряжения............ 21
2.2.Максимальнаятоковаязащита
спускомпонапряжению....................................................................... 23
2.3.Испытаниереленапряжения......................................................... 27
2.4.Максимальнаятоковаязащиталинииэлектропередачи
спускомпонапряжению....................................................................... 30
Контрольныевопросы........................................................................... 34
3.Испытаниерелевремени.Максимальнаятоковаязащита
линииэлектропередачиснезависимойвыдержкойвремени............. 36
3.1.Общиесведенияоконструкцииипринципдействиярелетока.. 36
3.2.Максимальнаятоковаязащита...................................................... 39
3.3.Испытаниерелевремени............................................................... 42
3.4.Изучениемаксимальнойтоковойзащитыснезависимой
выдержкойвремени.............................................................................. 44
Контрольныевопросы........................................................................... 49
4.Испытаниерелетокасограниченно-зависимойвыдержкой
времени.Максимальнаятоковаязащиталинииэлектропередачи
сограниченно-зависимойвыдержкойвремени................................... 50
4.1.Общиесведенияипринципработыиндукционногореле
максимальноготокасзависимойинезависимойвыдержкой
времени.................................................................................................... 50
4.2.Максимальнаятоковаязащитасограниченно-зависимой
выдержкойвремени............................................................................... 52
4.3.ИзучениеработырелетокатипаРТ-80........................................ 54
4.4.Максимальнаятоковаязащитасограниченно-зависимой
выдержкойвремени............................................................................... 58
Контрольныевопросы........................................................................... 62
Библиографическийсписок................................................................... 63
3
ВВЕДЕНИЕ
В трехфазных электрических сетях электроснабжения возможны
поврежденияэлектрооборудования,которыемогутбытьсвязаныснарушениемизоляции,разрывомпроводовикабелейлинийэлектропередачи,ошибкамиперсоналаприпереключениях.Такиеповреждения
приводятк короткомузамыканиюфазмеждусобойилина«землю».
При короткомзамыкании в замкнутом контуре появляется большой
ток,увеличиваетсяпадениенапряженияна элементах оборудования,
чтоприводиткобщемупонижениюнапряжениявовсехточкахсетии
нарушениюработыпотребителей.Врезультатеаварийилипослеаварийныхотключенийоборудования,при последующихперегрузкахи
отклоненияхнапряженияотноминальныхзначенийвсетяхвозникаютсложныережимыработысоздающиепредпосылкидляразличного
родаповрежденийирасстройстввработеэлектросетей.
Для обеспечениянормальных условий работы электрических сетейипредупрежденияразвитияаварийнеобходимоотделитьповрежденноеоборудованиеотисточникаэлектроэнергии.Длявыполнения
таких функций предназначеныустройства релейнойзащиты и автоматики.
4
1. РЕЛЕ ТОКА. ТОКОВАЯ ОТСЕЧКА ЛИНИИ
ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ
1.1. Общие сведения об устройстве и принцип
действия реле тока
Релетокаиспользуетсяв качестве пусковых органов защитэлектрооборудования, таких как токовая отсечка, максимальная токовая
защитаснезависимойвыдержкойвремени,токоваянаправленнаязащита, защиты от перегрузки оборудования, защиты от однофазных
короткихзамыканийидр.
Основнымихарактеристикамирелетокаявляются:
– ток срабатывания реле Icр (уставка по току), задается с по-
мощьюнабора дискретных переключателейналицевой панели реле
иопределяеттоквобмоткереле,прикоторойпроисходитзамыкание
выходныхконтактомреле;
– ток возврата реле I
релеуставкипотокуиотличаетсяотнегоприблизительнона5%для
полупроводниковыхили15%дляэлектромагнитныхрелевбольшую
илименьшую сторону,Различаютреле токамаксимальногоиминимальноготипа.Длярелетокамаксимальноготипатоксрабатывания
всегдабольшетокавозврата(длярелеминимальноготипанаоборот).
Это обеспечивает устойчивую работу реле при срабатывании реле
токавслучае,когдапообмоткерелепротекаетток,равныйтокусрабатывания;
– коэффициент возврата K
возврата реле к току срабатывания реле, и определяет зону нечувствительности реле, обеспечивающую гарантированное отсутствие
дребезгавыходныхконтактомреле.
Рассмотрим более подробно механизм реле на примере распространенной серии реле РСТ. Реле серий РСТ 11, РСТ 12, РСТ 13,
РСТ 14 (рис. 1.1) предназначены для применения в схемах релейной защиты и автоматикиэнергетических систем в качестве органа,
реагирующего на повышение тока, и используются в комплектных
устройствах, откоторыхтребуется повышенная устойчивость к механическимвоздействиям.Реленемеханическое,собранонамикроэлектронныхкомпонентах.Всеэлементысхемыреле,заисключением
балластных резисторов, смонтированы вобщемкорпусе,состоящем
изоснованияисъемногопрозрачногокорпуса.Балластныерезисторы
,зависитотзаданнойналицевойпанели
воз
,вычисляетсякакотношение тока
воз
5
установленынаоснованиирелеснаружнойстороны.Переключатели
уставок,выходящиерегулируемойчастьюнанаружнуюсторонулицевойтаблички,установленынаплатеспечатныммонтажом.
Рис.1.1.ВнешнийвидстатическогорелетокаРСТ11
Принципиальная схема реле приведена нa рис. 1.2. Буквой «Е»
обозначенконтур,ограничивающийэлементысхемы,расположенные
напечатнойплате.
Реле состоитиз следующихчастей: воспринимающей(промежуточныйтрансформаторТА1),преобразующей(выпрямительныймост
VD10–VD13, выходкоторогоподключен к резисторуR1), сравнивающей(пороговыйэлементнаоперационномусилителе,интегрирующаяRC-цепьитриггерШмидта) и исполнительной (промежуточное
релеК1,включенноевцепьколлекторатранзистораVT1).
Положениепереключателейуставок SB1–SB5 насхемахсоответствуетминимальной уставкепо токусрабатывания реле. Числа над
переключателямисоответствуютчисламнашкалеуставокреле.
Пороговый элемент реле выполнен на компараторе DA1. Порог
компаратораопределяется напряжениемнацепирезисторовR6,R9–
R13, которое практически пропорционально сопротивлению этой
цепи, так как ток и ней задается резисторами R3–R5, имеющими
большоесопротивление.ПеременныйрезисторR3служитдляточной
подстройкиуставки. ДиодVDI предназначендлязащитыкомпаратораDA1прибольшихтокахнавходереле.
6
При отсутствии тока на входе напряжение навыходекомпаратора DA1 имеет максимальное положительное значение и составляет+15В.ЭтимнапряжениемзаряженконденсаторС2. Приналичии
входноготокав моментывремени, когдамгновенноезначениепеременного сигнала на инвертирующем входе2 компаратора DA1 превышаетнапряжениепорога, на выходекомпараторапоявляется максимальноеотрицательноенапряжение–15В,конденсаторС2быстро
перезаряжается через параллельно включенныерезисторы R7,R8 и
диодVD2.Впромежуткивремени,когдамгновенноезначениесигналанижепорога,навыходекомпаратораDA1вновьпоявляетсяположительноенапряжение,диодVD2запирается,иконденсаторС2медленно заряжается по цепи резистора R7, так как сопротивлениеR7
выбранов3разабольшимсопротивлениярезистораR8.
Рис.1.2.ПринципиальнаясхемарелетокаРСТ11
ПриувеличенииамплитудывходноготокавремязарядаконденсатораG2отрицательнымнапряжениемувеличивается,авремязарядки положительным напряжением уменьшается, поэтому амплитуда
отрицательного напряжения на С2 увеличивается, а положительного – уменьшается. При токе срабатывания реле амплитуда сигнала
на конденсатореС2 достигает отрицательного порога срабатывания
триггераШмидта,выполненногонакомпаратореDA2,которыйпереключается, напряжение на его выходе становится положительным.
7
ПоцепирезистораR17открываетсядонасыщениятранзисторVT1и
срабатываетвыходноерелеК1.
Одновременно становится положительным напряжение порога
триггера, определяемое напряжением на резисторе R15. Амплитуда положительного напряжения наС2 нижевновь установившегося
порога,поэтомутриггер DA2ивыходноерелеК1остаютсявустойчивом положении после срабатывания. Возврат реле происходит
при уменьшении амплитуды входного сигнала, что приводит к повышению положительного напряжения на конденсаторе С2 выше
вновьустановившегося порога триггера DA2 и переключениюэтого
триггера.
Для обеспечения высокогокоэффициента возврата реле, а также
для уменьшения времени егосрабатыванияивозврата, параллельно
инвертирующемувходутриггеравключенстабилитронVD3,уровень
стабилизации которого несколько превышает порог триггера. Этот
уровеньвыбран так,чтобыперезаряд конденсатораС2интегрирующейRC-цепиповременипроисходилнаотносительномизломе,практическилинейномучасткеэкспоненты,чтостабилизируетвременные
характеристикиреле.
РезисторR17ограничиваетток,арезисторR18–напряжениецепи
база-эмиттертранзистораVT1.ДиодVD6 защищаетэтоттранзистор
отперенапряженийвцепиэмиттер-коллекторпри коммутацииэлектромагнитногорелеК1,адиодVD7служитдляобеспечениярежима
отсечкитранзистораVT1врежимедосрабатыванияреле.КонденсаторыС1иС4предназначеныдлязащитырелеотимпульсныхпомех,
аконденсаторСЗ –для предотвращениякратковременногосрабатываниявыходногорелепривключенииоперативногонапряжения.
Оперативное напряжение переменного тока подается на схему
релеРСТ 11,РСТ 12 черезвыпрямительный мостV2и балластный
резистор R21. Конденсатор С8 предназначен для сглаживания выпрямленногонапряжения.
Напряжение±15 В для питания компараторовDA1иDA2снимается со стабилитронов VD4 и VD5 и дополнительно сглаживается
конденсаторами С5, С6, которые одновременно служат для защиты
схемыpeлeотимпульсныхпомех.РезисторыR19,R20являютсябалластнымипри стабилизации исглаживаниинапряжения.Релесерий
РСТ 13, РСТ 14 работаютнапостоянном напряжении оперативного
тока.ДиодVD8всхемепредназначендлязащитырелеотошибочноговключениянапряженияобратнойполярности.
8
Регулирование уставок реле производится дискретно ступенями
по0,1минимальнойуставки.Значениетокасрабатываниянасоответствующейуставкеопределяетсяповыражению
I
=I
(1+N),
min
гдеI
ср
– минимальная уставка по токудиапазона уставок; N – сум-
min
мачиселнашкалеуставок(0,1; 0,2;0,4;0,8;1,6),околокоторых
шлицы переключателей уставок SB1–SB3 установлены горизонтально.Приэтомконтактысоответствующихпереключателейразомкнуты,арезисторыR9–R13введенывработу,чтоприводитк
повышениюпорогасрабатываниякомпаратораDA1.Принеобходимости ток срабатывания реле может быть подкорректированс
помощьюпеременногорезистораR3,расположенногоналицевой
сторонеплатыреле.
1.2. Токовые отсечки в сетях электроснабжения
Токовая отсечка линии электропередачи – это одна из самых
распространенных и простых защит. Принцип действия защиты
(рис.1.3)основаннасравнениитоковфазстокомсрабатываниязащиты:припревышениитокавлюбойизфазтокауставки,защитаподает
сигнал на отключение выключателя защищаемой линии мгновенно
(токовая отсечка без выдержки времени) или с выдержкойвремени
(0,3...0,6 с). При этом селективность действия защиты достигается
ограничениемзоныееработынаучасткеоколо80%отдлинызащищаемойлинии.Регулировказоныработыосуществляетсяотстройкой
пусковыхоргановзащитыотмаксимальновозможноготокакороткогозамыкания на шинахпротивоположнойподстанции,получающей
питаниепозащищаемойлинии.Токовыеотсечкиприменяются в радиальныхсетяхсодностороннимпитанием,ивсети,имеющейдвухстороннеепитание.Всетисглухозаземленнойнейтральюприменяют
трехфазныесхемы,защищающиеоткороткихзамыканийвсехвидов.
Длязащитыотмеждуфазныхкороткихзамыканийиспользуетсядвухфазнаясхема«неполнаязвезда».Всетисизолированнойнейтралью
или заземленной через большое сопротивление применяются двухфазныесхемы.Основнымидостоинствамитоковойотсечкиявляются
еепростотаи высокоебыстродействие.Основнойнедостаток–зона
действияотсечкиохватываетлишьчастьзащищаемойлинии,чтотребуетприменениясовместностоковойотсечкой(ТО)другихвидовза-
9
щит,например максимальнойтоковойзащиты(МТЗ) с независимой
выдержкойвремени.
Вотличиеот максимальныхтоковыхзащит ТОдействуютстрого
впределахзащищаемогоучастка,тогдакак МТЗрезервируетпоследующиеучастки.ТОнедолжнасрабатыватьприповрежденияхнасоседнихучастках,гдедействуютзащитыстакимжеилисбольшимна
ступеньселективностивременемсрабатывания.
Рис.1.3.Принципдействиятоковойотсечки
Для этогоIсз должен быть большемаксимально возможноготока
короткогозамыкания(КЗ)Iк(M)вконцезащищаемогоучастка,запределамикоторогозащитаработатьнедолжна.ТакойспособобеспеченияселективнойработыТОоснованна определении величины тока
КЗ,которыйпрямопропорционаленЭДСсистемы,иобратнопропорционаленсопротивлениюучасткалиниидоточкиКЗ:
I
=Eс/(Xc+XL),
КЗ
гдеЕ
–эквивалентная электродвижущаясила генераторовсистемы;
с
Хс и XL – сопротивление системыииндуктивное сопротивление
участка линии до места повреждения (активное сопротивление
проводовврасчетахнеучаствуетввидупренебрежительномалогозначения).
Такимобразом,чемдальше находитсяточкаповрежденияотшин
подстанции,гдеустановленаТО,темсопротивлениебольше,атокКЗ
меньше.ЗачастуюТОработаетненавсейдлинелинии,алишьнаее
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]