СУСА. Часть 2

АВТОМАТИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА СЭЭС

Защита – это одно или несколько автоматических устройств, связанных единой логикой действия.

Основное назначение защиты – автоматически отсоединять повреждённую часть установки от неповреждённой. Основные виды повреждений – короткое замыкание различного рода, обрывы; также защита должна реагировать на перегрузки, длительные и глубокие изменения напряжения и частоты, переход в двигательный режим при параллельной работе.

Второе назначение защиты – сигнализация (отключение) при возникновении ненормальных режимов работы (основное – это работа с пониженным относительно корпуса сопротивлением изоляции цепи).

Общие требования, предъявляемые к защите

I. Полнота защищённости.

Определяется обеспеченностью оборудованием СЭЭС необходимыми видами защиты и степенью охвата средствами защиты.

Для этого устанавливаются границы защищаемых участков и на каждом определятся необходимый состав средств защиты, например:

II. Селективность (избирательность) действия.

Селективным называется такое действие защиты, при котором отключается только повреждённый элемент или участок. Селективность обеспечивается как различными уставками аппаратов защиты, так и применением специальных схем.

Пример обеспечения селективности с использованием различных уставок аппаратов защиты:

1

При к.з. в точке К3 должен отключаться лишь автомат 3; при к.з. в точке К2 – лишь автомат 2. Этого можно добиться с помощью различных уставок аппаратов защиты:

Пример специальных схем – схема дифференциальной защиты:

Трансформаторы тока ТТ1 и ТТ2 включены встречно. При к.з. вне зоны между ТТ1 и ТТ2 сигнал на выходе схемы равен нулю. При к.з. внутри указанной зоны один из ТТ обесточивается и на выходе появляется сигнал, что приводит к срабатыванию защиты. Следовательно, при к.з. в точке К1 защита не срабатывает; при к.з. в точках К2 или К3 – защита срабатывает.

III. Быстродействие.

Чем быстрее защита отключит повреждённый участок, тем меньше будут последствия аварии (к ним можно отнести уменьшение повреждений при к.з., включая возможность возникновения пожара; уменьшение времени работы оборудования при пониженном напряжении при к.з.; исключение

2

нарушения параллельной работы генераторов при к.з. при переходе в двигательный режим, и т.д.).

IV. Надёжность.

Защита действует редко, но к работе должна быть готова всегда. Достигается применением надёжных аппаратов и как можно более простых схем защиты.

V. Чувствительность.

Защита должна реагировать на минимально возможные значения аварийных параметров. Для токовой защиты, например, оценивается коэффициентом чувствительности (см. рисунок):

IК1 – максимально возможное значение тока короткого замыкания;

IК2 – минимально возможный ток короткого замыкания в конце защищаемой зоны.

Коэффициент чувствительности

где I0 – ток срабатывания аппарата защиты.

Величина КЧ=1,5-2 – это оптимальная уставка (для надёжного срабатывания защиты).

3

Аппараты защиты

Для токовой защиты основными аппаратами защиты являются плавкие предохранители и автоматические воздушные выключатели (АВВ).

Плавкие предохранители

Предохранитель – это аппарат защиты, автоматически отключающий электрическую цепь при перегрузках или к.з. за счёт перегорания плавкой вставки.

Предохранители широко применяют до сих пор из-за простоты и высокого быстродействия.

Устройство плавкого предохранителя (упрощенно) показано на рисунке:

1- корпус

2- плавкая вставка

3- контакты 4- наполнитель (обычно кварцевый песок или гипс)

Вставка и предохранитель в целом характеризуются следующими величинами тока:

IН – это максимальный ток, при котором вставка не перегорает длительное время;

IК – это максимальный ток, при котором предохранитель не разрушается.

4

Конструктивно вставки выполняются в виде проволок, полосок или пластин:

Распределение температуры по длине вставки показано на рисунке:

Наполнитель используется обычно при IН > 10÷102 А и защищает патрон при расплавлении вставки (он при этом спекается и обирает много энергии, предотвращая тем самым повреждение патрона).

Отдельные разновидности плавких вставок серийных предохранителей:

5

Вставка характеризуется токовременной характеристикой t=ƒ(I):

Чем больше ток, протекающий через предохранитель, тем меньше время срабатывания. При к.з. предохранитель отключает цепь не более чем за 100 мкс.

Ток IН определяют как

ВСЭЭС используют следующие предохранители:

1)Трубчатые плавкие типа ПР-2; ток IН = 6÷1000 А на напряжение до 500 В. Материал вставки – цинк (пластина). Собственное время срабатывания составляет t0≈10-3с (т.е. предохранитель отключает к.з. до достижения ударного тока).

Внешний вид предохранителей типа ПР-2

6

Устройство предохранителя ПР-2 на номинальные токи 100-1000 А:

а - общий вид патрона; б - формы плавких вставок; 1 - трубка; 2 - плавкая вставка; 3 - латунная втулка; 4 - колпачок; 5 - шайба; 6 – нож;

в - установка предохранителя; 1 - зажим; 2 - пружина; 3 - контактная стойка; 4 - контактный нож; 5 - фибровый патрон; 6 - плавкая вставка; 7 - латунный колпачок

2) Пробочные плавкие типа ПД; ток IН от 6 до 600А при напряжении (постоянном) 250 В, переменном 380 В. Вставка – посеребренные проволоки; с наполнителем.

Устройство предохранителя типа ПД:

1 – застекленное отверстие для наблюдения за указателем срабатывания; 2 – фарфоровая головка; 3 – фарфоровый цилиндр с плавкой вставкой; 4

– контактная гильза; 5 – контактная стойка; 6 – внешний контакт

7

3) Предохранители типа ПН-2 (несудовые); ток IН = 100÷1000А, напряжение (переменное) до 500В; с наполнителем. Вставка – медные полосы.

Внешний вид предохранителей типа ПН-2

Требования к предохранителям, используемым в СЭЭС

1.Предохранители должны допускать длительную работу при I=IН, U=1,1UН;

2.Предохранители должны выдерживать перегрузку до 1,3IН в защищаемой цепи;

3.При защите двигателей с прямым пуском IН выбирают по условию

IН IаП ,

где IП – пусковой ток двигателя;

а = 1,5÷2,5 (в зависимости от условий пуска).

4. Установка предохранителей не допускается:

4.1.На уравнительном проводе ГПТ (нельзя разрывать уравнительный привод, т.к. это приведет к развалу параллельной работы ГПТ);

4.2.В цепях питания обмоток возбуждения генераторов;

4.3.В цепях шунтовых обмоток возбуждения ДПТ при отсутствии реле обрыва поля;

4.4.Во вторичных цепях трансформаторов тока.

Предохранители устанавливаются в каждую фазу защищаемой цепи. Селективная защита предохранителями не обеспечивается из-за разброса характеристик вставок.

8

Устройство предохранителя ПН - 2 на номинальные токи 100-500А:

1 - нож; 2, 3 - винты; 4 - пластина; 5 - крепежный диск; 6 - плавкая вставка; 7 - фарфоровая трубка; 8 - контактная стойка; 9 - кольцевая пружина;

10 - Т-образный выступ для рукоятки; 11 - съемная рукоятка; 12 - кварцевый песок

Как правило, все эти предохранители используются для защиты потребителей.

9

Автоматические воздушные выключатели

Автоматический воздушный выключатель (АВВ), в отличие от предохранителя, совмещает функции защитного отключения и коммутации. АВВ предназначены для защиты как потребителей, так и щитов и генераторов. Защита производится от к.з. и перегрузок; однако для генераторных автоматов, имеющих много расцепителей, возможны и другие виды защит при наличии специальных измерительных цепей.

Основные элементы АВВ:

Р – расцепитель (реле того или иного типа); КС – контактная система; МПК – механизм перемещения контактов; ДУ – дугогасящие устройство.

АВВ разделяются на селективные (имеют управляемое время срабатывания) и установочные (с неуправляемым временем срабатывания).

Функциональная схема АВВ:

10