1   2   3   4   5   6   7   8
Ім'я файлу: Лекция_1 (1).pdf
Розширення: pdf
Розмір: 1597кб.
Дата: 29.09.2021
Пов'язані файли:
bestreferat-376959.docx
Побризганова А.В. Атестація..docx
Звіт з технологічної практики.docx
referatbank-7918.doc

1
ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
Конспект лекций для студентов специальностей
5В071800 – Электроэнергетика,
5В081200- Энергообеспечение сельского хозяйства
Алматы 2016
Некоммерческое
акционерное
общество
АЛМАТИНСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
ЭНЕРГЕТИКИ И
СВЯЗИ
Кафедра электроснабжения промышленных предприятий

2
СОСТАВИТЕЛИ: М.В. Башкиров, Мерекенов М.Д. Элементная база релейной защиты. Конспект лекций для студентов специальностей 5В071800 –
Электроэнергетика, 5В081200 - Энергообеспечение сельского хозяйства. –
Алматы: АУЭС, 2016. - 77с.
В конспекте лекций по дисциплине «Элементная база релейной защиты» приведены основные виды защит линий 10-110кВ, трансформаторов и автотрансформаторов.
Ил.37, библиогр. - 11 назв.
Рецензент: ст. пр. каф. ЭССиС Курпенов Б.К.
Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества
«Алматинский университет энергетики и связи» на 2016 год.
z
НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2016г.

3
Содержание
1
Лекция №1. Назначение релейной защиты……………………………….. 5 2
Лекция №2. Классификация реле защиты и основные требования, предъявляемые к релейной защите……………………………………….
9 3
Лекция №3. Электромагнитные реле тока и напряжения. Назначение основных логических элементов схем релейной защиты………………………………………………………...…………..
12 4
Лекция №4. Индукционных реле тока …………………………………… 18 5
Лекция №5. Источники и схемы оперативного тока…………………….. 26 6
Лекция №6. Устройства РЗА на микроэлектронной элементной базе.
Основные узлы реле защиты, выполненных на операционных усилителях…………………………………………………………………...
29 7
Лекция №7. Реле защиты, выполненных на операционных усилителях, и интегральных микросхемах……………………………………………...
34 8
Лекция №8. Трансформаторы тока ……………………………………….. 40 9
Лекция №9. Трансформаторы напряжения……………………………….. 46 10 Лекция №10. Принцип действия токовых защит. Максимальная токовая защита ЛЭП. Токовые отсечки. Схемы токовых отсечек………
50 11 Лекция №11. Продольная дифференциальная защита линий…………... 54 12 Лекция №12. Защиты трансформаторов и автотрансформаторов
57 13 Лекция №13. Газовая защита трансформаторов…………………………….. 64 14 Лекция №14. Основные сведения о микропроцессорных устройствах релейной защиты, автоматики…………………………………………….
67 15 Лекция №15. Установки для проверки устройств РЗА………………….. 73
Список литературы………………………………………………………… 76

4
1 Лекция № 1. Назначение релейной защиты
Содержание лекции: основные сведения о сетях переменного тока.
Виды повреждений и ненормальных режимов работы в энергосистемах.
Цель лекции: знакомство с этапами развития техники релейной защиты и её задач, анализ причин системных аварий.
1.1 История развития РЗА
В 1888 г. выдающийся русский электротехник М.О. Доливо-
Добровольский, которому принадлежит много работ и изобретений в разных областях электротехники, изобрел систему трехфазного тока. Вскоре под его руководством впервые в мире была осуществлена передача электрической энергии токами достаточно высокого напряжения (15 кВ) на большое расстояние. На гидроэлектростанции около города Лауфена (Германия) был смонтирован трехфазный генератор мощностью 300 лошадиных сил, повышающий трансформатор, линия электропередачи напряжением 15 кВ/ междуфазных, понизительный трансформатор и приемник - в виде трехфазного двигателя. Налицо были все основные элементы современных систем электроснабжения. В их числе были смонтированы и устройства защиты трехфазной линии электропередачи.
История первого срабатывания первого защитного устройства трехфазной системы такова. Еще при проектировании линии электропередачи общественность высказала опасение относительно безопасности линии при каких-либо ее повреждениях. Поэтому вместо предложенного М.О. Доливо-
Добровольским напряжения 28 - 30 кВ было дано добро только на напряжение 15 кВ. Несмотря на это, после окончания строительства власти городов, вблизи которых проходила эта линия, запретили ее включение, потребовав дополнительных доказательств ее безопасности. И тогда автор пошел на рискованный эксперимент. После подачи напряжения, в месте пересечения этой линии с железной дорогой был искусственно оборван провод. Сразу после касания рельса проводом М.О, Доливо-Добровольский подошел к нему и на глазах многочисленных официальных представителей коснулся его голой рукой. Можно с нынешних позиций техники безопасности осуждать действия Доливо-Добровольского, но нельзя не восхищаться его смелостью и уверенностью в том, что защита, сконструированная им, отключит поврежденную линию! Трудно представить более наглядную демонстрацию необходимости защитных устройств и эффективности их действия.
По мере развития трехфазных систем электроснабжения в XX веке стала развиваться и техника релейной защиты, на первом этапе основанная на принципе реагирования на увеличение тока, протекающего через защищаемый элемент. Почти сразу встал вопрос о том, как отличить токи, определяемые нагрузкой, от токов, которые определяются повреждением

5 элементов электроснабжения. Другими словами, возникла необходимость рассчитать ток короткого замыкания. Работая над системой трехфазного переменного тока. М. О. Доливо-Добровольский начал использовать векторные диаграммы для изображения трехфазных токов и напряжений. К
1909 году была разработана теория протекания тока в земле, что оказалось важным для анализа несимметричных коротких замыканий. В 1930 году, американский ученый
Фортескью предложил несимметричную и нескомпенсированную систему векторов представлять в виде геометрической суммы двух симметричных и скомпенсированных векторов и одной нескомпенсированной системы одинаково направленных векторов.
Применительно к трехфазным несимметричным электрическим цепям эти идеи развили Вагнер и Эванс, а применительно к расчету токов короткого замыкания - Вагнер и Щедрин. Этот метод впоследствии был назван методом симметричных составляющих (название не совсем точное, поскольку третья система векторов не является симметричной). Первые две системы векторов были названы составляющими прямой и обратной последовательности, а третья - составляющей нулевой последовательности. Техника релейной защита совершенствовалась с развитием энергосистемы и ростом уровня напряжений линий электропередач.
В заключение исторического обзора о развитии релейной защиты и автоматики приведем выдержку из современного учебника по релейной защите господина Элмора (США 1994 г.), в котором автор столь проникновенно пишет о релейной защите, что трудно оставить этот текст без внимания: «Релейная защита - постоянно изменяющаяся и расширяющаяся наука, что восхищает даже тех, кто глубоко и всеобъемлюще вовлечен в эту науку, и в первую очередь, автора этой книги». Не случайно релейщиков называют «белой костью и голубой кровью энергетики», т. e. причисляют к аристократическому сословию. Это потому, что в релейных службах задерживаются только хорошо теоретически подготовленные инженеры, способные творчески относиться к сложнейшим задачам, от правильного решения которых зависит успешная деятельность энергетических систем.
1.2 Назначение релейной защиты и автоматики
При эксплуатации энергетического оборудования и электрических сетей неизбежны их повреждения и ненормальные режимы. Наиболее опасными являются короткие замыкания, повреждения изоляции и перегрузки.
Короткие замыкания возникают из-за пробоя или перекрытия изоляции, обрывов проводов, ошибочных действий персонала (включения под напряжение заземленного оборудования, отключения разъединителей под нагрузкой) и других причин.
В большинстве случаев в месте КЗ возникает электрическая дуга, термическое действие которой приводит к разрушениям токоведущих частей, изоляторов и электрических аппаратов. При КЗ к месту повреждения подходят большие токи (токи КЗ), измеряемые тысячами ампер, которые

6 перегревают неповрежденные токоведущие части и могут вызвать дополнительные повреждения, т. е. развитие аварии. Одновременно в сети, электрически связанной с местом повреждения, происходит глубокое понижение напряжения, что может привести к остановке электродвигателей и нарушению параллельной работы генераторов.
В большинстве случаев развитие аварий может быть предотвращено быстрым отключением поврежденного участка электрической установки или сети при помощи специальных автоматических устройств, действующих на отключение выключателей, и получивших название релейная защита.
При отключении выключателей поврежденного элемента гаснет электрическая дуга в месте КЗ, прекращается прохождение тока КЗ и восстанавливается нормальное напряжение на неповрежденной части электрической установки или сети. Благодаря этому, минимизируются или даже совсем предотвращаются повреждения оборудования, на котором возникло КЗ, а также восстанавливается нормальная работа неповрежденного оборудования.
Таким образом, основным назначением релейной защиты является выявление места возникновения КЗ и быстрое автоматическое отключение выключателей поврежденного оборудования или участка сети от остальной неповрежденной части электрической установки или сети.
Кроме повреждений электрического оборудования могут возникать такие нарушения нормальных режимов работы, как перегрузка, замыкание на землю одной фазы в сети с изолированной нейтралью, выделение газа в результате разложения масла в трансформаторе, или понижение уровня масла в его расширителе и др.
В указанных случаях нет необходимости немедленного отключения оборудования, так как эти явления не представляют непосредственной опасности для оборудования и могут самоустраниться. Поэтому при нарушении нормального режима работы на подстанциях с постоянным обслуживающим персоналом, как правило, достаточно дать предупредительный сигнал персоналу подстанции.
Таким образом, вторым назначением релейной защиты является выявление нарушений нормальных режимов работы оборудования, которые могут привести к аварии, и подача предупредительных сигналов обслуживающему персоналу, или отключение оборудования с выдержкой времени. Устройства РЗА должны быть постоянно включены. Устройства аварийной и предупредительной сигнализации должны быть всегда готовы к действию.
Свое название релейная защита получила от названия основного элемента схем защиты – реле. В настоящее время мы переживаем настоящую техническую революцию, связанную с приходом нового поколения устройств
РЗА – микроэлектронной и микропроцессорной техники.

7
1.3 Замыкания в сетях. Некоторые сведения о сетях переменного
тока
В большинстве электрических сетей применяется переменный ток, в связи с его существенными преимуществами перед постоянным током.
Сети могут быть однофазные и трехфазные. Однофазные сети состоят из прямого и обратного провода, т.е. для передачи требуется обязательно 2 провода. Трехфазная сеть состоит из трех проводов и, таким образом, обратный провод отсутствует. Так как в трехфазной симметричной сети сумма токов трех фаз равна нулю, исчезает необходимость в обратном проводе. Если же трехфазная сеть используется для питания однофазных электроприемников, то нагрузка по фазам может быть неодинакова, и появляется необходимость в обратном проводе, в котором протекает разность токов трех фаз. В трехфазном четырехпроводном исполнении выполнены сети
0.4 кВ бытового назначения.
Напряжения стандартизованы и величина их в странах СНГ соответствует следующей шкале:
220 В, 0.4; 1; 2; 3; 6; 10; 15; 20, 25; 35; 110; 154; 220; 330; 400; 500; 750; 1150 кВ.
При этом подразумевается величина напряжения между фазами – линейное напряжение. Реальная величина напряжения электрических аппаратов может отличиться от этой шкалы на 5% и более – эта шкала поэтому именуется класс напряжения.
Трехфазные сети имеют четвертую точку, которая может существовать физически или условно. Эта точка называется нейтралью. Напряжение в этой точке равно геометрической сумме напряжений трех фаз, а напряжение фазы равно напряжению между фазным проводом и этой нейтральной точкой.
Трехфазные аппараты могут иметь обмотки, которые соединяются между собой в звезду – концы всех обмоток соединяются в одну точку – это нейтраль
– физически существующая нулевая точка. Если обмотки соединяются в треугольник- каждая обмотка подключается к 2 фазам – такая точка физически отсутствует, однако она существует – это земля, относительно которой и измеряются фазные напряжения. Напряжение между 2 фазами называется линейным (междуфазным напряжением), напряжение между фазой и землей – фазным.
По режиму нейтрали, сети разделяются на сети с изолированной и заземленной нейтралью.
К сетям с изолированной нейтралью относятся сети напряжением 220 В и 1-35 кВ. В этих сетях нулевая точка изолирована от земли, или соединена с землей через большое сопротивление дугогасящего реактора, или через активное сопротивление 500 –100 Ом.
К сетям с заземленной нейтралью относятся сети 0,4 кВ и сети 110 -1150 кВ. В сетях с заземленной нейтралью, нейтраль обмотки трансформатора,

8 соединенной в звезду, присоединяется к заземляющему контуру непосредственно, или через малое сопротивление. Сети напряжением 110 кВ называются также сетями с эффективно заземленной нейтралью. В таких сетях нейтраль части трансформаторов остается разземленной. Это снижет величину тока короткого замыкания и улучшает работу релейной защиты.
Однако при этом требуется следить, чтобы ни в одном из возможных режимов не выделялся участок сети, где нейтрали всех трансформаторов изолированы.
Сетей 220-1150 кВ относятся к сетям с глухозаземленной нейтралью.
1.4
Повреждения
и
ненормальные
режимы
работы
в
энергосистемах. Основные сведения о коротких замыканиях
Короткие замыкания, возникающие в электрических сетях, машинах и аппаратах, отличаются большим разнообразием как по виду, так и по характеру повреждения.
Междуфазные КЗ — двухфазные и трехфазные — возникают в сетях как с заземленной, так и с изолированной нейтралью. Однофазные КЗ могут происходить только в сетях с заземленной нейтралью.
Основными причинами, вызывающими повреждения на линиях электропередачи, являются перекрытия изоляции во время грозы, схлестывания и обрывы проводов при гололеде, набросы, перекрытия загрязненной и увлажненной изоляции, ошибки персонала и др.
Ненормальные режимы. Перегрузка оборудования, вызванная сверхтоком, т. е. увеличением тока сверх номинального значения.
Номинальным называется максимальное значение тока, допускаемое для данного оборудования в течение неограниченного времени. Если ток I, проходящий по оборудованию, превышает номинальное значение, то за счет выделяемой им дополнительной теплоты температура токоведущих частей и изоляции через некоторое время превосходит допустимое значение, что при- водит к ускоренному старению изоляции и токоведущих частей. Причиной сверхтока может быть увеличение нагрузки или появление КЗ за пределами защищаемого элемента (внешнее КЗ). Для предупреждения повреждения оборудования при его перегрузке необходимо принять меры к его разгрузке или отключению.
Повышение напряжения сверх допустимого значения может возникнуть на гидрогенераторах, а также на турбогенераторах большой мощности, работающих по схеме блока, при внезапном отключении их от сети. Для предотвращения повреждения оборудования предусматривается РЗ, действующая на гашение поля генератора.

9
2 Лекция №2. Классификация реле защиты и основные требования,
предъявляемые к релейной защите
Содержание лекции: изучение классификации реле защиты и основных требований, предъявляемых к релейной защите. Основные органы защиты.
Цель лекции: получить представление об основных видах защит и требованиях, предъявляемых к релейной защите.
2.1 Классификация реле защиты
По способу подключения реле бывают:
- первичные (прямое включение в цепь защищаемого элемента);
- вторичные (включение через измерительные трансформаторы тока, напряжения).
По исполнению реле бывают:
- электромеханические, с подвижными элементами и контактными системами;
- статические, без подвижных элементов и контактов (электронные, микропроцессорные).
По назначению реле подразделяются на:
- измерительные реле (тока, напряжения, сопротивления, мощности, частоты, температуры, уровня) могут быть максимального или минимального действия.
- логические реле (промежуточные, двухпозиционные, времени, указательные (сигнальные).
Для измерительных реле характерно наличие опорных (образцовых) элементов в виде калиброванных пружин, источников стабильного напряжения, тока и т.п. Они входят в состав реле и воспроизводят заранее установленные значения, называемые - уставкой, какой-либо физической величины, с которой сравнивается контролируемая величина. Термин
«уставка» предложен инженером Л.С. Бобровским (Свирьстрой, Ленинград) в
1929 г. взамен имеющего несколько значений термина «установка».
Максимальные реле срабатывают при повышении контролируемого параметра, а минимальные – при понижении.
Логические реле (промежуточные реле) служат для размножения импульсов, полученных от других реле, усиления этих импульсов и передачи команд другим аппаратам, создания выдержек времени между отдельными операциями (реле времени), и для регистрации действия как самих реле, так и других вторичных аппаратов (указательные реле).
По способу воздействия на выключатель:
- реле прямого действия, подвижная система которых механически связана с отключающим устройством коммутационного аппарата (РТМ, РТВ);
- реле косвенного действия, которые управляют цепью электромагнита отключения.

10
2.2 Основные виды релейной защиты
1) Максимальная токовая защита (МТЗ) для радиальных линий 10-35 кВ с одним источником питания.
2) Направленная максимальная токовая защита для линий 10-35 кВ с двумя источниками питания.
3) Газовая защита (ГЗ) трансформаторов, автотрансформаторов.
4)
Дифференциальная защита трансформаторов (ДЗТ), линий электропередачи (ДЗЛ).
5) Дистанционная защита (ДЗ) линий 110-500 кВ в сетях с несколькими источниками питания.
6) Дифференциальная защита шин (ДЗШ).
7) Дифференциально-фазная (высокочастотная) защита (ДФЗ) для линий
220-1150 кВ.
Подробно принцип действия и устройство отдельных защит изучаются на старших курсах в блоках дисциплин специализации.

  1   2   3   4   5   6   7   8

скачати

© Усі права захищені
написати до нас