2. Автоматизация в системах электроснабжения.

Требования и средства автоматизации.

В процессе эксплуатации системы электроснабжения возникают повреждения отдельных ее элементов. Наибо­лее опасными и частыми видами повреждений являются КЗ между фазами электрооборудования и однофазные КЗ на землю в сетях с большими токами замыкания на зем­лю. В электрических машинах и трансформаторах наряду с междуфазными КЗ и замыканиями на землю имеют ме­сто витковые замыкания. Вследствие возникновения КЗ нарушается нормальная работа системы электроснабже­ния, что создает ущерб для промышленного предприятия.

При протекании тока КЗ элементы системы электро­снабжения подвергаются термическому и динамическому воздействию. Для уменьшения размеров повреждения и предотвращения развития аварии устанавливают совокуп­ность автоматических устройств, называемых релейной за­щитой и обеспечивающих с заданной степенью быстродей­ствия отключение поврежденного элемента или сети.

Основные требования, предъявляемые к релейной защите, следующие: надежное отключение всех видов по­вреждений, чувствительность защиты, избирательность (селективность) действия — отключение только повреж­денных участков, простота схем, быстродействие, наличие сигнализации о повреждениях.

Однако одной релейной защиты бывает недостаточно для обеспечения надежного и бесперебойного электроснаб­жения. Поэтому дополнительно предусматривают устрой­ства автоматического включения резерва (УАВР) и уст­ройства автоматического повторного включения (УАПВ). Первое устройство позволяет подключать резервный ис­точник питания при выходе из строя основного источника. Второе устройство предназначено для повторного включе­ния линий электропередачи, так как большинство повре­ждений после быстрого отключения линий релейной защитой самоустраняется.

Автоматическое включение резерва.

Устройства автоматического включения резерва (АВР) нашли широкое применение в системе собственных нужд электростанций и на подстанциях (на напряжении 6—10 кВ). Устройство АВР должно подключать резервный источник питания (трансформатор, линию) при исчезновении по любой причине питания от рабочего источника. Исчезновение напряжения на шинах нагрузки может быть вызвано короткими замыканиями в питающей сети высшего напряжения, в рабочем трансформаторе, на его шинах низшего напряжения и в присоединенной к шинам распределительной сети, а также произвольным отключением одного выключателя рабочего, трансформатора. Включение резервного источника должно происходить после деионизации среды, в случае неустойчивого короткого. замыкания на: сборных шинах, поэтом у требуется, чтобы t_АВР>t_д,с. Время перерыва питания, однако, должно быть не больше допустимого по условиям самозапуска двигателей времени t_доп,с,з т. е. t_АВР<t_доп,с,з

Практика эксплуатации показала, что первое условие в сетях 3— 10 кВ выполняется автоматически, так как собственное время включе-

ния выключателей этих сетей превышает время деионизации среды. На рис. 11.37 показано изменение напряжения, тока и частоты вращения асинхронного двигателя при подаче, напряжения от резервного источника мгновенно после от-ключения Трехфазного КЗ (пунктирные линии) и при подаче напряжения с определенной Задержкой (сплошные линии).

Устройство АВР должно контролировать наличие напряжения на резервном источнике, отключенное состояние рабочего источника и быть отстроенным по времени от максимальных токовых защит присоединений. При включении резервного источника на устойчивое КЗ релейная защита должна обеспечить его отключение от поврежденного участка, чтобы сохранилось питание других присоединений. Вариант принципиальной схемы устройства АВР на двухтранс-форматорной подстанции дан на рис. 11.38.

Рисунок 11.38 Изменение напряжения, тока и частоты вращения асинхронного двигателя при КЗ и последующей работе АВР.

При включенном положении выключателя Q2 промежуточное реле АХ находится под током и держит езои контакты в замкнутом состоянии. При отключении выключателя Q1 или Q2 схема АВР обеспечивает включение секционного выключателя без выдержки времени: через размыкающие вспомогательные контакты выключателя Q2 и контакты реле KL получает питание катушка промежуточного контактора секционного выключателя YAC3. При внедрении схем АВР высказывались опасения о том, что при быстром включении секционного выключателя могут быть большие броски токов в самозапускающихся двигателях, однако эти опасения в целом оказались неоправданными из-за относительно большого времени включения и отключения современных выключателей.

Рис. 11.38. Схема АВР на двухтрайсформаторной подстанции

а — принципиальная; б — развернутая

При отключении выключателя Q2 разрывается цепь питания катушки промежуточного реле KL, однако его контакты размыкаются с выдержкой времени, достаточной для надежного включения секционного выключателя. Реле KL обеспечивает однократность действия АВР, так как не позволяет дважды включать секционный выключатель на устойчивое КЗ.

В случае исчезновения напряжения на секции 1 сборных шин срабатывают реле напряжения KV1 и KV2. При наличии напряжения на секции 2 они запускают реле времени КТ. Контроль наличия напряжения осуществляется реле напряжения KV3. После замыкания контактов реле времени отключается выключатель Q2 и далее устройство работает так же, как и в первом случае. Установка реле напряжения KV1 и KV2 с последовательно соединенными контактами вызвана необходимостью исключить запуск схемы АВР при перегорании предохранителей в цепях трансформатора напряжения. Выдержка времени АВР выбирается по условию:

Где: — наибольшая выдержка времени максимальных токовых за-щит отходящих линий.

Практически оказывается . Уставка на минималь-ных реле напряжения KV1 и KV2 должна исключать работу АВР при самозапуске двигателей, поэтому напряжение срабатывания реле обыч-но принимают равным 0,25 _.

Автоматическое повторное включение.

Практика эксплуатации энергосистем показала, что значительное число коротких замыканий в

воздушных и кабельных электрических сетях имеет неустойчивый, проходящий характер. При снятии напряжения с поврежденной цепи электрическая прочность изоляции в месте повреждения быстро восстанавливается и цепь может быть вновь включена в работу без осмотра и ремонта. Поэтому в СССР (впервые в мировой практике) были разработаны и внедрены устройства автоматического повторного включения (АПВ) однократного и двукратного действия.

Успешность действия АПВ однократного действия в воздушных сетях достигает 60—80 %, а в кабельных сетях — около 50 %. Успешность действия второго цикла АПВ двукратного действия, естественно, существенно ниже и составляет примерно 15 % всех случаев работы второго цикла этих АПВ. Применение АПВ трехкратного действия оказалось нецелесообразным, так как успешность действия его третьего цикла не превышает 1—3 %.

Устройства АПВ работают в едином комплексе с релейной защитой. При возникновении КЗ на линии W1 срабатывает релейная защита этой линии и отключает выключатель Q1. Через некоторый промежуток времени tапв устройство АПВ вновь включает линию. Если короткое замыкание самоликвидировалось, то включение линии будет успешным и она останется в работе. Если же короткое замыкание оказалось устойчивым, то после включения выключателя Q1 линия вновь отключается релейной защитой и остается в отключенном состоянии до устранения повреждения ремонтным персоналом. В случае установки на линии АПВ двукратного действия производятся две попытки включить ее в работу. При таком АПВ к приводу выключателя и к конструкции самого выключателя, естественно, предъявляются более жесткие требования, чем при АПВ однократного действия.

Автоматическая разгрузка по частоте.

Особенностью режима работы энергосистем является равенство в каждый данный момент суммарной мощности, развиваемой источниками энергии, сумме мощностей нагрузки и потерь:

Где: — мощность нагрузки

- мощность потерь.

Изменение нагрузки требует соответствующего изменения генерирующих мощностей; в противном случае происходит большее или меньшее изменение частоты в системе, так как баланс мощностей обеспечивается при неноминальной частоте. Увеличение нагрузки приводит к уменьшению частоты и, наоборот, уменьшение нагрузки вызывает увеличение частоты. Для поддержания номинальной частоты в нормальных условиях служат устройства автоматического регулирования частоты (АЧР). В аварийных условиях происходят резкие и значительные изменения нагрузки, при этом в отдельных частях энергосистемы могут возникнуть избытки или дефициты генерирующих мощностей. Непринятие быстрых и эффективных мер при аварийной ситуации может привести к нарушению устойчивости частей энергосистемы, отключению ряда. электростанций и узлов нагрузки, т. е. к системной аварии. Устройства автоматической разгрузки по частоте (АЧР) предназначены для быстрого восстановления баланса мощностей нагрузки и генераторов путем отключения части менее ответственной нагрузки при значительном устойчивом снижении частоты в энергосистеме.

Рассмотрим схему, показанную на рис. 11.33, в которой две энергосистемы связаны линией межсистемной связи. Пренебрежем в первом приближении потерями энергии в сетях и будем считать, что в нормальном режиме f= f_ном и P_с,А+ P_с,В= P_нг,А+ P_нг,В где P_с,А — мощность, выдаваемая системой А; P_с,в — мощность, выдаваемая системой В, причем P_с,А>P_с,В Тогда P_с,В> P_нг,В.

Предположим, что на линии межсистемной связи возникло КЗ и линия под действием релейной защиты отключилась. После отключения линии из-за неравенств мощностей частота в обеих системах изменяется: в одной системе увеличивается, а в другой — уменьшается.

В системе А баланс мощностей, а следовательно, и номинальная частота могут быть быстро восстановлены автоматическими устройствами, уменьшающими впуск движущего фактора (пара или воды) в турбины, вращающие генераторы. В системе В условия восстановления номинальной частоты существенно хуже. Если в нормальном режиме генераторы системы были загружены до номинальных мощностей, то единственным средством восстановления частоты остается отключение части нагрузки.

Схема устройства АЧР приведена на рис. 11.34. Устройство состоит из нескольких комплектов реле частоты (KF1, KF2, KF3) и промежуточных реле {KL1, KL2, KL3); каждый комплект приходит в действие при снижении частоты до определенного уровня. Верхний предел частоты, при котором АЧР приходит в действие, составляет 48,5 Гц, нижний - 45 Гц. Обычно комплекты имеют уставки, отличающиеся. на 0,1 Гц (48; 47,9;, 47,8 Гц и т. д.). Помимо быстродействующих комплектов (0,1—0,5 с) на некоторых ступенях частоты могут устанавливаться комплекты с выдержкой времени 1—20 с. Для того чтобы частота длительно не оставалась на низком уровне, устанавливается" комплект АЧР с уставкой в 48,5 Гц и выдержкой времени 5—90 с (реле KF3, КТ, KL3), Очередность отключения потребителей устанавливается на основании расчетов режимов работы энергосистемы. В зависимости от мест-ных условий устройствами АЧР охватывается до 30—50 % нагрузки энергосистем. На практике различают устройства АЧР-I и АЧР-П. Устройства АЧР-1 осуществляют быстродействующую разгрузку. Они имеют, различные уставки по частоте и предназначены для приостановки снижения частоты в энергосистеме. Устройства АЧР-П предназначены для подъема частоты после действия АЧР-I, а также для предотвращения медленного снижения и зависания частоты при дефиците генерирующей мощности. Эти устройства имеют единую уставку по частоте и различные уставки по времени.

Снижение частоты обычно сопровождается снижением напряжения в узлах нагрузки. При этом могут прийти в действие минимальные защиты напряжения и отключить менее ответственные потребители, что способствует восстановлению номинальной частоты и напряжения в энергосистеме. Отметим, что устройства АЧР, так же как и минимальные защиты напряжения, автономны, т. е. их действие зависит от изменения контролируемого параметра лишь в том узле нагрузки, где они включены.

13. Зазитные заземления и зануления в системах электроснабжения.

Заземление - преднамеренное соединение не токоведущей части электрического оборудования с заземляющим устройством или непосредственно с землёй.

Защитное заземление – переносное заземление сечением не 2,5мм².

Зануление – преднамеренное соединение корпуса не токоведущей части с глухозаземленной нейтралью трансформатора с помощью нулевого провода.

13.1. Меры защиты людей от поражения электрическим током.

Для защиты от поражения электрическим током при косвенном прикосновении используют следующие меры защиты:

Защитное заземление

Автоматическое отключение питания

Уравнивание потенциалов

Выравнивание потенциалов

Двойная или усиленная изоляция

Сверхнизкое напряжение (12В, 24В, 36В, 42В)

Защитное электрическое разделение цепей

Изолирующая не проводящее помещение, зоны, площадки

Для защиты от прямого прикосновения используются следующие меры защиты:

Основная изоляция токоведущих частей

Ограничители и оболочки

Установка барьеров

Размещение вне зоны досягаемости

Применение сверхнизкого малого напряжения

Применение защитного отключения (УЗО)