Вопрос 4

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ И СХЕМЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОПЕРАТИВНОГО ТОКА

Приборы, аппараты, соедини­тельные провода и кабели системы управления вместе с реле защиты и автоматики принято называть вторичным оборудованием в от­личие от первичного (силового) оборудования электроустановки. Для нормальной работы приборов и аппаратов управления и сигнали­зации, а также для питания опера­тивных цепей релейной защиты и автоматики, создающих логическую последовательность операций при срабатывании соответствующего устройства, необходим вспомога­тельный источник энергии или источник оперативного тока. Воз­можно использование как постоян­ного, так и переменного оператив­ного тока. Электроустановка опе­ративного тока в общем случае состоит из источников энергии, рас­пределительной сети и электропри­емников (аппараты и реле преиму­щественно электромагнитной си­стемы) .

Питание оперативных цепей мо­жет осуществляться как от спе­циальных независимых источников энергии (аккумуляторных батарей), так и путем отбора мощности от первичной установки. Распределе­ние оперативного тока между электроприемниками системы управ­ления и контроля выполняют цент­рализованно или индивидуально.

Централизованное питание от аккумуляторной батареи с подзарядным устройством. Аккумулятор­ная батарея и подзарядное устрой­ство (двигатель-генератор или вы­прямительное устройство) работают параллельно на сборные шины установки постоянного тока, к ко­торым подключены все потребители оперативного тока. Б нормальных условиях питание потребителей

(31-2)

где U — напряжение между полюсами источника питания.

При равенстве сопротивлений изоляции полюсов (r₁=r₂) мост уравновешен, т.е. U_д = 0 и I_д = 0. Если сопротивление изоляции одного из полюсов понижается, то равновесие моста нарушается и в его диагонали появляется ток. Егонаправление зависит от того, на каком полюсе произошло пониже­ние сопротивления изоляции. Под­бирая соответствующим образом сопротивления моста и чувствитель­ность реле, можно обеспечить срабатывание реле при аварийном снижении сопротивления изоляции одного из полюсов. Для количественной оценки сопротивлений r₁ и r₂ нужны дополнительные замеры. Для этой цели, предварительно зашунтировав сигнальное реле кнопкой ЗК , поочередно разрывают |кнопками 1К и 2К плечи моста, за­меряя каждый раз ток в диагонали. При r₃ = ∞ и r₄ = r из выражения (31-2) следует;

где r_д —сопротивление гальванометра.

Имея показания гальванометра I'_д и I''_д и зная параметры моста r и r'_д, нетрудно с помощью выражений (31-3) и (31-4) определить сопротивления изоляции полюсов r₁ и r_2. Шкалу гальванометра можно проградуировать непосредственно в омах, если принять допущение, что сопротивление изоляции неповрежденного полюса бесконечно велико. Пользование устройством контроля изоляции при этом сильно упроща­ется. Централизованное питание от сети собственных нужд. На элект­ростанциях и подстанциях небольшой мощности установка. аккумуляторных батарей экономически неоправданна. Вторичные устройства этих электроустановок питают от первичной сети — централизованно или индивидуально. Централизованное питание от щита 220—380 В; с. н. выполняют обычно для той группы потребителей оперативного тока, которая, во-первых, допускает кратковременные понижения напряжения на шинах питания, выз­ванные к. з. в первичной сети, во-вторых, потребляет относительно большую мощность (например, элек­тромагниты включения электромагнитных приводов выключателей). Если нужен постоянный (выпрямленный) ток, то в линиях питания устанавливают выпрямительные уст­ройства.

Схемы индивидуального питания оператив­ных цепей

При индивидуальном принципе распределения оперативного, тока оперативные цепи каждого присо­единения питают от. самой первич­ной цепи . или от сборных шин, к которым эта цепь подключена С этой целью . используют транс­форматоры тока, трансформаторы напряжения или конденсаторы, предварительно заряженные через трансформаторы напряжения цепи или узла. Полученный переменный ток непосредственно используют в качестве оперативного тока или выпрямляют с помощью полупро­водниковых выпрямителей.

Использование принципа инди­видуального питания от первичных цепей дает значительную экономию по сравнению с принципом централизованного питания, поскольку отпадают затраты на относительно мощный общий вспомогательный ис­точник оперативного тока и разветвленную распределительную сеть. Вместе с тем индивидуальное пита­ние требует органической увязки схемы питания с принципом дейст­вия и назначением электроприемни­ков оперативного тока, с тем чтобы обеспечить надежное электроснаб­жение последних при нормальных или анормальных режимах обслу­живаемой первичной цепи, при ко­торых вторичные устройства долж­ны действовать.

Индивидуальное питание через трансформаторы тока. В нормаль­ном режиме мощность, отдаваемая трансформатором тока, мала (не превышает нескольких десятков вольт-ампер), а при к.з. возрастает пропорционально квадрату первич­ного тока. Поэтому трансформато­ры можно использовать только для питания оперативных цепей токо­вых релейных защит, работа кото­рых связана с резким увеличением токов в защищаемой цепи.

На рис. 31-5 в качестве примера показана однолинейная схема мак­симальной токовой защиты с огра­ниченно зависимой выдержкой вре­мени с использованием трансфор­матора тока 1 для питания оперативных цепей защиты. При­меняемые в этом случае реле 2 имеют усиленные замыкающие и размыкающие контакты. В нор­мальном режиме катушка электро­магнита отключения 3 привода вы­ключателя зашунтирована и вто­ричная обмотка трансформатора нагружена только небольшим со­противлением обмотки реле. При к. з. в защищаемой цепи реле сра­батывает и подключает последова­тельно со своей катушкой обмотку электромагнита отключения выклю­чателя 4. Выключатель отключа­ется, разрывая цепь к. з. Использу­емый здесь трансформатор тока должен удовлетворять двум требо­ваниям: до срабатывания реле его погрешность не должна превышать 10%, а после срабатывания реле отдаваемая мощность должна быть достаточной для работы электро­магнита отключения привода.

Мощность, отбираемая с помощью трансформатора тока, определяется следующим выражением:

где I₂ и I₁ — соответственно вторич­ный ток и вектор первичного тока трансформатора тока; i₀ — вектор его намагничивающего тока; п — отношение чисел витков вторичной и первичной обмоток; Z₂ — сопро­тивление вторичной цепи.

При неизменном первичном то­ке отдаваемая мощность с увели­чением сопротивления нагрузки сначала возрастает, а затем в об­ласти насыщения в связи с быст­рым нарастанием намагничиваю­щего тока уменьшается (рис.31-6).

Каждому первичному току со­ответствует определенное сопротив­ление нагрузки, при котором от­даваемая мощность будет наиболь­шей. За расчетную принимается кривая S = f(Z₂), соответствующая минимальному расчетному току к. з.

I_к,min. Пользуясь той кривой, при

данном сопротивлении вторичной цепи определяют отдаваемую мощ­ность, которая должна с запасом превышать мощность срабатывания электромагнита отключения приво­да выключателя.

Если электроприемник оператив­ного тока работает на постоянном токе, то ток, полученный от транс­форматора тока, выпрямляют. Для этой цели обычно используют специальный блок питания, состоящий из промежуточного насыщающегося трансформатора, конденсатора и выпрямительного моста.

Рис. 31-6. Кривые зависимости мощности, отдаваемой трансформатором тока, от его нагрузки.

Индивидуальное питание через трансформаторы напряжения. Тран­сформаторы напряжения могут быть использованы для питания таких электроприемников управления и контроля, которые работают при нормальных, а также анормальных режимах, не сопровождающихся значительным понижением напря­жения. Сюда можно отнести сиг­нальные цепи защит от перегрузок, защит от однофазных замыканий на землю в незаземленных сетях, уст­ройств автоматического ввода резе­рва и пр.

На рис. 31-7 в качестве примера приведена схема токовой защиты нулевой последовательности линии незаземленной сети. Для питания сигнальных цепей токового реле Т, подключенного к трансформатору тока нулевой последовательности ТИП, использовано линейное на­пряжение трансформатора напря­жения ТН. При возникновении за­мыкания на землю в любой точке сети междуфазные напряжения не изменяются. В случае необходимо­сти получения выпрямленного тока используют блоки питания.

Индивидуальное питание от пред­варительно заряженного конденса­тора. Для надежного действия механизма отключения привода выключателя необходимо к электромагниту отключения подвести за время его срабатывания t_э,о соответствующую энергию W_э,о. Так как это время измеряется сотыми доля­ми секунды, то можно сказать, что для срабатывания электромагнита отключения достаточен кратковре­менный импульс энергии. Этот им­пульс легко получить при разряде конденсатора соответствующей ем­кости.

Условия надежной работы электромагнита отключения при разряде на него конденсатора мож­но записать следующим образом:

где С— емкость конденсатора, мкФ; U — напряжение на его обкладках, В; k_зап - коэффициент запаса; W_э.о— энергия срабатывания электромаг­нита отключения, Вт_.с; t_имп — время первого импульса разряда, которое равно половине периода собствен­ных колебаний контура разряда.

Предварительный заряд конден­саторов производят в условиях нор­мального режима обслуживаемой первичной цепи, поэтому для этой цели могут быть использованы трансформаторы напряжения самой цепи или' сборных шин, к. которым она присоединена. Во время заряда к обкладкам конденсатора жела­тельно подвести возможно более высокое напряжение, чтобы полу­чить нужную энергию при меньшей

емкости конденсатора [см. выраже­ние (31-6)]. Обычно напряжение заряда составляет 400 В.

На рис. 31-8 (слева) доказана упрощенная схема зарядного устрой­ства типа УЗ-400, предназначенного для заряда конденсаторов С₁ ..., С_п. От конденсаторов питаются цепи электромагнитов отключения ЭО₁, ... ..., ЭО_п. Для исключения одновремен­ного разряда всех конденсаторов при замыкании управляющих контактов (ключа управления КУ или релей­ной защиты РЗ) в какой-нибудь од­ной цепи в схеме предусмотрены разделительные полупроводниковые выпрямители В₁,..., В_п. Вторичное напряжение, поступающее от транс­форматора напряжения, повышается промежуточным трансформатором ПТН, выпрямляется посредством выпрямителя В и подается к шинкам Ш₁ — Ш₂ конденсаторов С₁ ,..., С_п. Резистор r_i защищает выпрямители и трансформатор ПТН при пробое конденсаторов. Реле напряжения РН, включенное со стороны первич­ной обмотки трансформатора ПТН, контролирует подводимое к заряд­ному устройству напряжение. При глубоком понижении питающего на­пряжения (до 0,7—0,8 U_ном и ниже), когда возникает опасность раз­ряда конденсатора через обратные сопротивления выпрямителей, реле своими контактами отделяет кон­денсаторы от зарядного устройства. Поляризованное реле ПР, реаги­рующее на всякое резкое изменение напряжения, сигнализирует о появ­лении различных анормальных ре­жимов в конденсаторном устройст­ве — пробое конденсаторов или вы­прямителей, обрыве цепи. Резистор r₂ и шунтирующий конденсатор С_ш обеспечивают нормальную работу реле.

Питание электромагнитов вклю­чения электромагнитных приводов может быть осуществлено только от мощных источников постоянного тока. При использовании индиви­дуального принципа питания вто­ричных цепей от первичной сети получение значительных мощно­стей выпрямленного тока затруд­нительно. Поэтому в этих случаях для выключателей применяют при­воды косвенного действия, не тре­бующие большой мощности вклю­чения. Если установка электромаг­нитных приводов неизбежна, то питание электромагнитов включе­ния осуществляют централизованно от сети с. н. через специальную вы­прямительную установку.

Комбинированное питание вто­ричных устройств от первичной установки. Обычно каждое элек­трическое присоединение напряже­нием более 1000 В оборудуют комп­лектом вторичных устройств, куда входят цепи защиты, автоматики, дистанционного управления выклю­чателем и пр., причем часть уст­ройств рассчитана на действие при нормальном режиме, а другая часть — в аварийных условиях. Ни один из рассмотренных выше спосо­бов питания вторичных устройств от первичной сети не дает возмож­ности обеспечить необходимый ре­жим питания для всего комплекта устройств. Поэтому применяют ком­бинацию нескольких способов пи­тания.

На рис. 31-9, а показана схема комбинированного питания вторичных устройств генератора неболь­шой мощности, у которого выклю­чатель В имеет электромагнитный привод. Для питания оперативных цепей защиты, автоматики и сиг­нализации предусмотрен комбини­рованный отбор мощности че­рез измерительные трансформато­ры тока ТТ и трансформатор напряжения Т Н генератора. По

средством блоков питания БП-10 осуществляется арифметическое суммирование выпрямленных та­ков. Электромагниты управления небольшой мощности (электромаг­нит отключения, катушка контак­тора включения выключателя, электромагниты АГП генератора) получают питание от конденсато­ров, предварительно заряженных через устройство УЗ от трансфор­матора напряжения сборных шин ШТН. Наконец, электроснабжение электромагнитов включения вы­полнено централизованно от щита с. и. станции через выпрямительное устройство ВУ (рис. 31-9,б).