Конспект лекций для студентов специальностей 5В071800 Электроэнергетика, 5В081200- энергообеспечение сельского хозяйства сторінка 3

21 сумму взаимно уравновешенных сил левой и правой половины контура. Точно так же равна нулю и сила взаимодействия потока Ф
2
со «своим» током i
2
Д
(на рисунке 4.2 эти силы не показаны.) Отсюда следует, что в индукционных реле и приборах должно быть не менее двух потоков.
Иной результат получается при взаимодействии потока Ф
2
с током i
1Д
Токи в левой и в правой половинах контура противоположны. Поэтому правая часть контура отталкивается от потока Ф
2
с силой f
1
а левая - притягивается к нему с силой f
2
. Но поскольку правая половина расположена от оси магнитного потока ближе, чем левая, то f
1
>f
2
и равнодействующая F
l
=f
l
-f
2
направлена влево. Рассматривая аналогично взаимодействие потока Ф
1
с током i
2Д
, устанавливаем, что F
2
=f
3
-f
4
направлена вправо. Итак, мы имеем две силы, направленные противоположно: F
l
- сила взаимодействия тока i
1Д
с потоком Ф
2
и F
2
-сила взаимодействия тока i
2Д
с потоком Ф
1.
Если магнитные потоки сдвинуты по фазе, то равнодействующая сила не равна нулю. Можно доказать, что она всегда направлена от оси опережающего магнитного потока к оси отстающего. Иными словами, отстающий магнитный поток притягивает контур с током, созданным опережающим магнитным потоком. Равнодействующая сила F
Р
=F
1
–F
2
создает вращающий электромагнитный момент Мэ = F
Р
d
, где d - плечо силы.
Вращающий момент пропорционален магнитным потокам и синусу угла сдвига между ними
М
Э
=k
Ф
1
Ф
2
sin ψ.
(4.1)
В диске наводится ЭДС, пропорциональная частоте вращения. Под ее действием возникают контуры с током. Электромеханическая сила взаимодействия этих токов с потоком создает тормозной момент, значительно превосходящий вышеперечисленные. а) зависимая часть; в) независимая часть.
Рисунок 4.3- Зависимость времени срабатывания реле от тока

22
Поэтому с достаточной точностью можно считать, что Мт = к"ω. При постоянной частоте, откуда
ω
=
k
1
/
к"
·
I
2
P
(4.2)
Следовательно, частота вращения пропорциональна квадрату тока.
Как только ток I
р достигнет тока срабатывания реле, ось диска свяжется червячной передачей с толкателем, воздействующим на контакты так, что их переключение происходит после определенного числа оборотов. Таким образом, создается логический элемент «время» без использования часового механизма.
При заданном числе оборотов выдержка времени обратно про- порциональна квадрату тока. Зависимость времени срабатывания реле от тока представлена на рисунке 4.3. Характеристика имеет зависимую и независимую части. Переход характеристики в независимую часть при определенном токе объясняется насыщением магнитопровода.
Дальнейшее увеличение тока не приводит к возрастанию магнитного потока. Поэтому частота вращения не увеличивается. Согласно принятой терминологии реле имеет ограниченно-зависимую характеристику выдержки времени.
Конструкция реле. Рассмотрим конструкцию индукционного реле на примере реле типа РТ-81 (рисунок 4.4). Цоколь реле изготовляется из немагнитного сплава путем отливки. Он имеет приливы для крепления деталей. В пазы цоколя уложена резиновая уплотняющая прокладка. В верхней части цоколя в прямоугольном вырезе запрессована контактная колодка 5 с зажимами. Для крепления реле цоколь снабжен двумя отверстиями с резьбой.
Кожух реле первых выпусков представлял собой железный каркас со стеклянным окошком. Он оказывает влияние на распределение магнитных потоков. В верхней его части расположен поворотный рычажок с возвратной пружиной и фасонным винтом, служащий для установки сигнального флажка в исходное положение.
Магнитопровод реле является общим для индукционного и электромагнитного элементов. Он имеет две ветви и делит магнитный поток на две составляющие. Основная ветвь (собственно магнитопровод) 16 представляет прямоугольник с воздушным зазором, образованным полюсами.
Полюсы магнитопровода разделены на две части таким образом, что часть каждого полюса охвачена короткозамкнутым витком (экраном) 4; назначение экранов объяснено ранее.
Другая ветвь магнитопровода - это магнитный шунт 15,образующий магнитную цепь совместно с якорем отсечки и его правым воздушным зазором. Катушка реле 12 - это измерительный орган, включаемый во вторичную обмотку трансформатора тока. По катушке протекает ток,

23 пропорциональный току защищаемого присоединения. Катушка насажена на правый стержень магнитопровода. Один ее конец выведен на контактную колодку, а отпайки - на семь гнезд штепсельного мостика 13, который также имеет вывод на контактную колодку.
Гнезда имеют обозначения токов срабатывания. В одно из них ввернут винт 14 с фасонной пластмассовой головкой. Винт снабжен пружинящей шайбой, предотвращающей нарушение контакта в случае усыхания карболита штепсельного мостика. Восьмое гнездо является холостым, в него ввернут запасной винт.
Якорь отсечки 9 представляет неуравновешенное коромысло, ось которого укреплена на шунте магнитопровода. На левом, более тяжелом плече, укреплены фигурный рычаг 4 и текстолитовая пластина 8
,
Посредством фигурного рычага осуществляется воздействие индукционного элемента на якорь и на сигнальный флажок. Текстолитовая пластина непосредственно переключает контакты.
Вибрация якоря отсечки в притянутом состоянии, вызванная пульсацией магнитного потока, может привести к неустойчивому замыканию контактов.
Для устранения этого нежелательного явления на правый конец якоря насажен короткозамкнутый виток 11, охватывающий часть его торцевой стороны.
Магнитный поток расщепляется на две составляющие, сдвинутыепо фазе, что приводит к сглаживанию пульсации. Для предотвращения залипания якорь снабжен немагнитной заклепкой.
Как установлено ранее, ток срабатывания электромагнитного элемента можно регулировать воздушным зазором. Для этой цели предназначен фасонный винт 10. На нем укреплено кольцо со шкалой, программированной в кратностях тока срабатывания отсечки току срабатывания индукционного элемента. Например, цифра 6 на шкале отсечки совмещена с неподвижной риской, а уставка индукционного элемента - 5 А. Следовательно, уставка отсечки 30 А. Кольцо со шкалой закреплено стопорным винтом. Ослабив винт, можно повернуть кольцо.
Постоянный магнит 27 является составной частью магнитной системы реле. Он создает тормозной момент, пропорциональный частоте вращения диска, что необходимо для получения стабильных характеристик реле. Этим, однако, не исчерпываются функции постоянного магнита. Он участвует в создании системы сил, действующих на подвижную часть реле и вызывающих его срабатывание.

24 1 - зубчатый сектор; 2 - верхняя опора диска; 3 - червяк; 4 - фигурный рычаг; 5 - контактная колодка; 6 - неподвижный контакт; 7 - подвижный контакт; 8 -текстолитовая пластина; 9 - якорь отсечки; 10 - регулировочный винт отсечки; 11 - короткозамкнутый виток якоря; 12 - катушка; 13 - штепсельный мостик; 14 - штепсельный винт; 15 - шунт магнитопровода; 16 - магнитопровод; 17 экраны; 18 - диск; 19 - скоба; 20 - толкатель; 21 - упор; 22 - нижняя опора диска; 23 - упорный винт; 24 - фасонный винт; 25 - регулировочный винт пружины;
26 -г пружина; 27 - постоянный магнит; 28 - нижняя опора рамки; 29 - рамка; 30 полуось сектора; 31 - верхняя опора рамки.
Рисунок 4.4 - Устройство реле типа РТ-81
И наконец, магнит останавливает вращение диска после сброса тока, сводя к минимуму инерционный выбег реле. Тормозной магнит крепится к приливу цоколя осевым винтом и фиксируется тремя стопорными винтами.
При отпускании стопорных винтов положение магнита можно изменять.
Подвижная часть индукционного элемента представляет алюминиевый диск 18, вращающийся между полюсами магнитов. Ось диска установлена на двух опорах в поворотной рамке 29. В свою очередь, поворотная рамка также на опорах 28, 31 двух полуосей установлена в приливах цоколя. Ось диска имеет утолщение, на котором нарезан одно- или четырехзаходный червяк 3.
Вторым элементом червячной пары служит зубчатый сектор 1, поворачивающийся на двух полуосях 30. Сектор снабжен толкателем 20,

25 воздействующим на якорь отсечки. Упор 21, на котором лежит толкатель, определяет его исходное положение. Упор фиксируется фасонным винтом 24, выведенным вместе с указателем в прорезь со шкалой времени на щитке реле.
Его положением устанавливается выдержка времени. Время на шкале указано в независимой части характеристики.
Крайние положения поворотной рамки ограничены упорным винтом 23.
Винт закреплен контргайкой. При отпущенной контргайке винт имеет ход около 3 мм, необходимый для регулировки глубины зацепления червяка с сектором. Рамка оттянута в крайнее положение возвратной пружиной 26 с винтом 25, служащим для регулировки ее натяжения. Рамка заканчивается стальной скобой 19, которая за счет притяжения к магнитопроводу обеспечивает надежное сцепление червячной передачи. Скобу можно слегка подгибать и отгибать, регулируя тем самым коэффициент возврата.
Механический указатель срабатывания выполнен в виде фигурного коромысла с красным кружком справа.
Теперь рассмотрим, как происходит работа реле. При токе около 20 % тока уставки диск, преодолевая момент силы трения, начинает вращаться, как было объяснено ранее. При этом возникают дополнительные моменты и усилия. В диске, пересекающем магнитные силовые линии постоянного магнита, наводится ЭДС и циркулируют токи, препятствующие вращению. Их взаимодействие с полем постоянного магнита создает тормозной момент М
т
Диск пересекается потоком электромагнита, в результате этого наводится
ЭДС «резания» и циркулируют токи «резания». Они создают момент М
рез
, также препятствующий вращению. Когда рабочий момент уравновесится тор- мозными моментами, частота вращения установится постоянной. Для упрощения пренебрежем силой, вызванной токами «резания». Тогда можно считать, что на диск действуют две силы, стремящиеся повернуть рамку, F
1
- сила, созданная электромагнитом, и F
2
- сила тормозного магнита. Интересно отметить, что на вращение диска эти силы оказывают противоположное действие, а на рамку они действуют согласно. Их равнодействующая, приближенно равная 2F
2
приложена к оси рамки. Теперь становится ясным основное назначение постоянного магнита. Если бы он отсутствовал, уравновешенные силы были бы приложены к одной точке, а их равнодействующая равнялась нулю.
С увеличением тока возрастает частота вращения. Одновременно возрастают силы F
1
и F
2
. Наконец, при токе уставки рамка поворачивается, и зубчатый сектор приходит в зацепление с червяком. С этого момента начинается отсчет времени срабатывания. Теперь возрастает сила трения, стремящаяся вызвать расцепление. Но значительно возрастет и удерживаю- щая сила F
1
из-за уменьшения зазора между скобой и магнитопроводом.
Итак, при дальнейшем вращении диска сектор с толкателем движется вверх.
Придя в соприкосновение с фигурным рычагом 4 (рисунок 4.5), он поворачивает якорь отсечки. Правый зазор якоря уменьшается, и

26 возрастающая сила электромагнитного притяжения ускоряет движение якоря.
Текстолитовая пластина якоря переключает контакты, а фигурный рычаг выталкивает механический указатель срабатывания.
После исчезновения тока подвижные части реле кроме механического указателя срабатывания возвращаются в исходное положение: рамка - возвратной пружиной, якорь - собственной массой.
При токе уставки отсечки электромагнитный элемент работает самостоятельно: срабатывание реле происходит без выдержки времени. При необходимости отсечка может быть выведена из работы вывинчиванием винта
10 до упора.
5 Лекция №5. Источники и схемы оперативного тока
Содержание лекции: источники и схемы оперативного тока.
Цель лекции: получить представление о назначении, требованиях и видах источников оперативного тока.
Назначение и основные требования. Источники оперативного тока осуществляют питание цепей дистанционного управления выключателями, устройств РЗ, автоматики и других средств управления.
Питание оперативных цепей управления, цепей РЗ и других устройств, от которых зависит отключение поврежденных элементов энергосистемы и ликвидация ненормальных режимов, должно отличаться особой надежностью.
Поэтому главное требование, которому должен отвечать источник опе- ративного тока, состоит в том, чтобы во время любых повреждений и ненормальных режимов напряжение источника оперативного тока и его мощность всегда имели достаточное значение как для безотказного действия устройств РЗ, автоматики, телемеханики и сигнализации, так и для надежного отключения и включения соответствующих выключателей.
Для питания оперативных цепей применяются источники постоянного и переменного тока.
Постоянный оперативный ток. В качестве источника постоянного тока служат аккумуляторные батареи с номинальным напряжением 220—110 В; на небольших подстанциях иногда применяются батареи 48 В. От аккумуляторных батарей осуществляется централизованное питание всех устройств РЗ, автоматики, цепей управления и сигнализации.
Аккумуляторная батарея GB подключается к сборным шинам (рисунок
6), от которых получают питание все потребители постоянного тока.
Аккумуляторные батареи обычно работают в режиме постоянного подзаряда, что позволяет обеспечить их непрерывную готовность к действию в полностью заряженном состоянии. Для этой цели на сборные шины параллельно GB включается постоянно работающее подзарядное устройство
(ПУ). Первоначально подобные устройства выполнялись в виде генератора постоянного тока, приводимого в действие электродвигателем, получающим

27 питание от сети переменного тока; в последнее время стали применяться полупроводниковые выпрямители.
Самым ответственным участком являются цепи РЗ и автоматики, цепи управления силовыми выключателями и их электромагнитов отключения
(ЭО) - они получают питание от шинок, называемых шинками управления
ШУ. Вторым по значению участком являются цепи электромагнитов включения(ЭВ) выключателей, питающиеся также от отдельных шинок ШВ.
Третьим по значению участком, менее ответственным, является сигнализация, питающаяся от шинок ШС. Остальные потребители постоянного тока
(аварийное освещение, некоторые электродвигатели собственных нужд) образуют четвертый участок, питающийся от отдельной шинной сборки или непосредственно от сборных шин; шинки ШУ, ШВ, ШС по соображениям надежности секционируются.
На ЭС и крупных узловых ПС главные сборные шины питания цепей управления для повышения надежности (при повреждениях на главных шинах) выполняются в виде двух секций (рисунок 5), каждая из которых получает питание от аккумуляторной батареи через автоматические выключатели или предохранители.
Потребители, подключенные к шинкам ШУ, ШВ, ШС, подразделяются на участки по территориальному принципу (РУ 220, 110 кВ; щит управления и т. п.). Каждый такой участок питается по кольцевой схеме не менее чем по двум линиям, отходящим от разных секций соответствующих шинок.
Все линии и подключенные к ним элементы должны иметь надежную защиту от
КЗ.
Она выполняется предохранителями
FQ или автоматическими выключателями. На главной питающей цепи и идущей от батареи GB на сборные шины также устанавливается автоматический выключатель SF или предохранитель. Характеристики времени действия всех предохранителей и автоматических выключателей должны согласовываться и обеспечивать селективность отключения поврежденного элемента при КЗ в сети постоянного тока. Ток срабатывания защитных устройств отстраивается от максимального тока нагрузки и должен обеспечивать их действие при КЗ в конце следующего резервируемого участка.
Для выявления неисправностей в сети постоянного тока предусматриваются специальные устройства контроля. В сетях постоянного тока возможны замыкания на землю. В случае замыканий на землю в двух точках контакты РЗ шунтируются и в электромагните отключения YAT появляется ток, под действием которого выключатель может ложно отключиться.
Чтобы предупредить подобные отключения, применяется контроль за появлением «земли» на постоянном токе. Аккумуляторные батареи являются самым надежным источником питания устройств РЗ, так как они готовы к действию в любой момент времени с необходимым уровнем напряжения и

28 мощности независимо от состояния основной сети переменного тока. В то же время у аккумуляторных батарей имеются и недостатки.
Рисунок 5.1- Принципиальная схема питания оперативных цепей РЗ, управления и сигнализации оперативным постоянным током
Вследствие высокой надежности они устанавливаются на всех ЭС и на
ПС с напряжением 110 кВ и выше. Они значительно дороже других источников оперативного тока, для них требуются подзарядные установки, специальные помещения, для их обслуживания необходим квалифициро- ванный персонал. Из-за централизации питания создается сложная, протяженная, дорогостоящая и требующая большого количества контрольного кабеля сеть постоянного тока.
В связи с этим на ПС в распределительных сетях 6, 10, 35, а иногда и
110 кВ получили применение источники переменного оперативного тока.
Переменный оперативный ток. Для питания оперативных цепей переменным током используется ток или напряжение первичной сети. В качестве источника переменного оперативного тока служат трансформаторы тока (ТТ), трансформаторы напряжения (ТН) и трансформаторы собственных нужд (ТСН).
Трансформаторы тока (ТТ) являются надежным источником питания оперативных цепей РЗ от КЗ. Вторичный ток ТТ при КЗ резко возрастает, соответственно увеличиваются вторичные напряжение и мощность ТТ, что и обеспечивает надежное питание оперативных цепей при КЗ. Однако при повреждениях и ненормальных режимах, не сопровождающихся

29 увеличением тока на защищаемом присоединении, ток и мощность ТТ ока- зываются недостаточными для действия логических элементов РЗ и срабатывания выключателей. По тем же причинам ТТ нельзя использовать для дистанционного управления выключателями в нормальном режиме, а также при отсутствии напряжения (и тока) на защищаемом объекте.
Трансформаторы напряжения (ТН) и собственных нужд (ТСН),
подключенные к сети, питающей защищаемый объект, непригодны для питания оперативных цепей РЗ от КЗ, так как при КЗ напряжение в этой сети резко снижается. При повреждениях и ненормальных режимах, не сопровождающихся понижениями напряжения в сети, ТН и ТСН могут использоваться для питания РЗ от перегрузки и от замыканий на землю.
По сравнению с аккумуляторной батареей источники переменного оперативного тока имеют меньшую стоимость, требуют менее сложного обслуживания и не нуждаются в специальном помещении.
Недостатком источников оперативного переменного тока является ограниченная мощность, как правило, недостаточная для отключения выключателей в сетях напряжением выше 35 кВ с применяемыми в отечественной практике электромагнитными и пневматическими приводами.

1 2 3 4 5 6 7 8

скачати