- •Тема 9. Релейная защита и автоматика энергосистем
- •Содержание программы
- •Тема1 Повреждения и анормальные режимы работы в электрических сетях
- •Тема2 Измерительные трансформаторы тока и напряжения для рЗиА
- •Тема 3 Функции релейной защиты и требования, предъявляемые к ней
- •Тема 4 Основные принципы выполнения схем релейной защиты и автоматики в электрических сетях 0.4кВ
- •Тема 5 Основные принципы выполнения схем релейной защиты и автоматики в электрических сетях 6-10кВ
- •Раздел 9. Релейная защита и автоматика
- •Тема 9.1 Повреждения и анормальные режимы работы в электрических сетях
- •9.1.1 Виды повреждений, их опасность.
- •9.1.3 Расчёт токов короткого замыкания.
- •9.1.3.1 Расчёт токов трёхфазного короткого замыкания.
- •9.2 Измерительные трансформаторы тока и напряжения для рЗиА
- •9.2.1. Назначение измерительных трансформаторов
- •9.2.2 Трансформаторы тока.
- •9.2.2.4 Схемы соединения вторичных обмоток трансформаторов тока и реле.
- •9.2.3 Трансформаторы напряжения
- •9.2.3.2 Схемы соединения обмоток трансформаторов напряжения
- •9.3 Функции релейной защиты и требования, предъявляемые к ней
- •9.3.1 Назначение релейной защиты и требования предъявляемые к ней.
- •9.3.1.1 Назначение релейной защиты
- •9.3.1.2 Требования, предъявляемые к релейной защите.
- •9.3.2 Виды схем. Способы изображения реле и его элементов в соответствии с действующими стандартами ескд. Классификация реле.
- •9.3.3 Функциональная схема релейной защиты
- •9.4 Основные принципы выполнения схем релейной защиты и автоматики в электрических сетях 0.4кВ
- •9.4.1 Способы защиты от коротких замыканий и перегрузок в электрических сетях 0.4кВ.
- •9.4.2 Принцип действия и область применения предохранителей. Выбор предохранителей
- •9.4.3 Автоматические воздушные выключатели. Выбор автоматических выключателей
- •9.5 Основные принципы выполнения схем релейной защиты и автоматики в электрических сетях 6-10кВ
- •9.5.1 Основные виды релейной защиты применяемых в электрических сетях выше 1000в
- •9.5.2 Классификация реле
- •9.5.3 Принципы выполнения и действия электромагнитных реле. Ток срабатывания, ток возврата, коэффициент возврата реле. Способы регулирования параметров реле.
- •9.5.5 Токовая отсечка, принцип обеспечения селективности. Выбор уставок пусковых реле. Оценка эффективности.
- •9.5.6 Защита кабельных электрических линий от замыканий на землю, реагирующая на естественный емкостной ток. Устройство и особенности конструкций трансформатора тока нулевой последовательности
- •9.5.7 Микропроцессорные защиты
9.5.3 Принципы выполнения и действия электромагнитных реле. Ток срабатывания, ток возврата, коэффициент возврата реле. Способы регулирования параметров реле.
Конструктивные особенности электромагнитных реле тока, напряжения, промежуточных ,времени и индукционных реле тока.
Рис. 9.28. Схема, поясняющая устройство электромагнитного реле
На вход большого числа реле подается только одна электрическая величина—напряжение или ток. Эта величина сравнивается, как правило, с некоторым эталоном, например, механическим моментом пружины или стабилизированным напряжением. Для этого подводимая электрическая величина должна быть предварительно преобразована в величину, однородную эталону, в данном случае — в механический момент или напряжение постоянного тока. реле, реле времени). Они имеют разомкнутый магнитопровод (рис. 9.28), на котором размещена обмотка 2 с числом витков w и подвижной стальной якорь 3, удерживаемый в крайнем положении противодействующей пружиной 4.
На якоре имеется изоляционная колодка 5. На ней установлены подвижные контакты 6, которые при перемещении якоря замыкаются с неподвижными контактами 7. Ток в обмотке реле создает намагничивающую силу w , под действием которой в магнитопроводе возникает магнитный поток Ф. Этот магнитный поток создает в зазоре между якорем и магнитопроводом электромагнитную силу F0, которая стремится притянуть якорь к магнитопроводу.
Электромагнитная сила для равномерного поля в зазоре определяется формулой
, (9.50)
где В — магнитная индукция в зазоре, Тл; S — сечение полюсов, м2; ц0 — магнитная проницаемость воздушного зазора, Гн/м.
Учитывая, что магнитный поток Ф = BS, получим вместо выражения (9.50):
, (9.51)
где к — постоянная. Магнитный поток и ток / связаны соотношением Ф = w /RM, где RAl— магнитное сопротивление цепи, по которой замыкается магнитный поток.
Подставляя это соотношение в выражение (9.51), получаем:
, (9.52)
При изменении положения якоря изменяется зазор 8, а следовательно, и магнитное сопротивление R . Поэтому в процессе притяжения якоря электромагнитная сила Fэ увеличивается.
Вращающий момент, действующий на подвижной якорь от электромагнитной силы:
, (9.53)
где l— плечо силы F
Для срабатывания реле необходимо соблюдение условия:
(9.54)
или (9.55)
где Мт — тормозной момент от сил сопротивления пружины, трения в осях и веса якоря. Знак равенства в выражениях (9.54) и (9.55) соответствует граничному условию срабатывания, т. е. наименьшему моменту, а следовательно, и наименьшему значению тока I , при котором произойдет срабатывание. Ток срабатывания I найдем из выражения (9.52) при граничном условии срабатывания F0 — Мт/ I:
, (9.56)
Регулирование тока срабатывания осуществляют, изменяя момент Мт путем регулировки натяжения пружины и изменения числа витков w с помощью отпаек.
Реле тока. Наиболее распространенным видом электромагнитных реле тока являются реле серии РТ-40. Если такое реле выполняется в унифицированной оболочке, то ему присваивается шифр РТ-140.
На магнитопроводе 1 (рис. 3.5) серийных реле тока РТ-40 и реле напряжения РН-50 [69] размещены две полуобмотки 2. Стальной якорь 3 укреплен на осях 8 и 8'и может поворачиваться вокруг них. В крайнем положении он удерживается спиральной противодействующей пружиной 4. На якоре с помощью изоляционной
Рис. 9.29. Схема, поясняющая устройство реле тока РТ-40
колодки установлены подвижные контакты б, которые при повороте якоря замыкаются с неподвижными контактами 7. Уставку срабатывания регулируют, соединяя полуобмотки 2 последовательно или параллельно и изменяя натяжение пружины 4 при помощи поводка 5. Коэффициент возврата 0,8-0,85, время срабатывания при токе 3А равно 0,03 с, потребляемая мощность реле тока 0,5 ВА. Разрывная мощность контактов в цепи постоянного тока 60 Вт, в цепи переменного тока — 300 ВА (при напряжении до 220 В и токе не выше 2 А). Увеличение числа и разрывной способности контактов вызнало бы резкое ухудшение остальных показателей реле и их нельзя было бы использовать в качестве измерительных.
Обмотки реле тока рассчитаны на длительное протекание тока вторичных цепей трансформаторов тока; эти обмотки выполняют, в основном, изолированным проводом диаметром 2-3 мм со сравнительно небольшим числом витков (от единиц до нескольких десятков).
Рис. 9.30. Схемы внутренних соединений реле тока РТ-40
Для разных типов максимальный ток уставки имеет величину от 0,2 А до 200 А. Оно может эксплуатироваться при температурах окружающей среды от минус 10 (минус 20) до плюс 40 "С. Погрешность тока срабатывания по отношению к уставке не превышает 5%. Коэффициент возврата не ниже 0,85 на первой уставке и 0,8 на остальных за исключением реле РТ-40/50 и РТ-40/100, у которых коэффициент возврата не ниже 0,7. Время срабатывания реле не более 0,1 с при токе, равном 1,2 тока срабатывания и не более 0,03 с при токе в три раза большем тока срабатывания (уставки). Время возврата не более 0,035 с. Реле имеет один замыкающий и один размыкающий контакты, рассчитанные на ток до 2 А, способные коммутировать нагрузку переменного тока (250 В, cos φ = 0,5) мощностью до 300 ВА и постоянного тока (250 В) до 60 Вт. Коммутационная износостойкость 2000 циклов. На сердечнике реле расположены две катушки. Их концы выведены на зажимы цоколя реле. С помощью металлической перемычки катушки реле можно соединять параллельно или последовательно. Уставка при этом изменяется в 2 раза. Диапазон изменения уставок от минимальной до максимальной 1:4. Схема внутренних соединений показана на рис. 9.30.
Реле напряжения. Конструкции реле напряжения РН-50 и реле тока РТ-40 в основном аналогичны. Реле напряжения в унифицированной оболочке имеют марку РН-150. Катушки реле напряжения выполнены проводом диаметром 0,1-0,25 мм с числом витков от 2 до 14 тысяч и рассчитаны на длительное подключение к цепям, напряжение которых соответствует номинальному напряжению реле. Механический гаситель колебаний отсутствует. На рис. 9.31 приведена схема внутренних соединений реле максимального напряжения РН-51 для цепей постоянного тока. Реле РН-51 реагирует на появление или повышение напряжения. Уставки реле РН-51 для разных исполнений находятся в диапазоне от 0,7 до 320 В (коэффициент возврата не менее 0,5).
Рис. 9.31. Схемы внутренних соединений реле напряжения РН-50
Промежуточные реле. Если требуется коммутировать несколько цепей контактами с большой разрывной способностью, то применяют промежуточные реле, обмотка которых получает питание через маломощные контакты измерительных реле. В качестве примера рассмотрим конструкцию промежуточного реле РП-23 (рис. 9.31), выполняемого для работы на постоянном токе.
Рис. 9.31. Промежуточное реле РП-23
Обмотка реле 1 размещается на сердечнике магнитопровода2 с шарнирно закрепленным якорем 3. Хвостовик 4 якоря механически связан с подвижной контактной системой 7. Реле имеет неподвижные контакты б, возвратную пружину 8, упор 5, регулировочные пластины 10. Основанием служит цоколь 9, закрывается реле кожухом 11. При подаче на обмотку реле напряжения якорь опускается и хвостовиком 4 перемещает контактную систему.
Промежуточные реле должны надежно срабатывать при снижении напряжения питания до 0,7 номинального. У них низкий коэффициент возврата: 0,1 —0,4. Потребляемая мощность при номинальном напряжении 6—8 Вт, время срабатывания 0,06 с. Имеются и более быстродействующие промежуточные реле со временем действия до 0,01 с, например серии РП-220, а также реле с замедлением на срабатывание или возврат до 0,12 с, например серии РП-250.
Рис. 9.32. Схема соединений промежуточного реле РП-341
Рис. 9.33. Реле с герконом
Рис. 9.34. Схема соединений промежуточного реле РПГ-202-60
У промежуточных реле, например типа РП-25, РП-311, предназначенных для работы в цепях переменного оперативного тока, магнитопровод выполняется шихтованным. Однако более совершенными, с меньшим собственным потреблением, промежуточныереле переменного тока получаются при использовании электромагнитных реле постоянного тока, включенных через полупроводниковые выпрямители, например типа РП-321Т, РП-341. Схема внутренних соединений реле РП-341 приведена на рис. 9.32.
В устройствах релейной защиты и автоматики в качестве измерительных и, особенно, логических начинают применять реле с магнитоуправляемыми контактами (герконами). Геркон состоит из стеклянной колбочки 2 (рис. 9.33), внутрь которой впаяны контакты 3 из пружинящего ферромагнитного материала. В колбе создается разрежение. Геркон помещается в катушку 1. Если пропустить по ней ток, то под действием магнитного поля контакты 3 замкнутся. Герконы обладают высоким быстродействием (0,5-2 мс), малым собственным потреблением (20-100 мВт) и высокой надежностью (107-108 переключений). Коммутируемый ток 0,2-1А при 30-110В, коэффициент возврата 0,3-0,6.
Для цепей постоянного тока применяют промежуточные герконовые реле РПГ-4 с числом замыкающих контактов от 2 до 6 и РПГ-14, содержащем до трех замыкающих и трех переключающих контактов. Коммутационная способность на постоянном токе при напряжении 24 В — 1 А, при напряжении 220 В — 0,15 А. При переменном токе напряжением 110 В коммутируется ток 0,4 А, а при напряжении 220 В — 0,2 A (cos φ = 0,4). Промежуточные реле РПГ-16 имеют более мощные контакты и снабжены светодиодным указателем срабатывания. При напряжении 220 В контакты этих реле споcoбны коммутировать токи от 1•10-6 до 2,5 А, а при редких коммутациях и больше. На рис. 9.34 приведена схема внутренних соединений реле РИГ-16 для одной из модификаций.
Реле времени. Для создания регулируемой выдержки времени применяют реле времени. В электромагнитном реле времени ЭВ-100 или ЭВ-200 на катушку 1 (рис. 9.35) подается напряжение. При этом якорь 2 втягивается и сжимает возвратную пружину 3, освобождая палец 4, который упирался в верхнюю часть якоря 2. Под воздействием ведущей пружины 5 начинает вращаться зубчатый сектор 6, укрепленный на оси 7. Сектор 6 находится в зацеплении с шестерней 8. На одном валу с шестерней 8 расположена контактная траверса 9. Таким образом, вращение зубчатого сектора 6 вызывает вращение траверсы 9. Для того, чтобы она вращалась с постоянной угловой частотой, используется часовой механизм с храповой пружиной. При вращении шестерни 8 происходит сцепление ее вала с ведущей шестерней 10 с помощью фрикционного устройства 11, расположенного на оси 12. Часовой механизм (детали 13,14,15) связан с ведущей шестерней 10 через трубку 16 и промежуточные шестерни 17,18.
Поскольку движение траверсы 9 осуществляется с постоянной угловой частотой, то выдержка времени от момента подачи напряжения на катушку 1 до замыкания подвижного контакта 19 (находящегося на траверсе 9) с неподвижными контактами 20 или проскальзывающими контактами 21 зависит от пути, который проходит траверса 9. Изменение уставки осуществляют, перемещая траверсу по шкале реле. Реле имеет и контакты мгновенного действия 22, переключающиеся при втягивании якоря 2.
Рис. 9.35. Схема, поясняющая устройство электромагнитного реле времени
Реле времени ЭВ-100 выпускают для работы на постоянном оперативном токе, реле времени ЭВ-200 - на переменном. Различные модификации реле времени позволяют устанавливать выдержку времени от 0,1 до 20 с. Мощность, потребляемая обмотками реле времени, равна 15-30 Вт. Контакты реле имеют примерно такую же разрывную мощность, как у реле тока и напряжения.
Реле времени серии ЭВ-200, предназначенное для работы на переменном оперативном токе и выполненное аналогично реле ЭВ-100, имеет значительную потребляемую мощность и может отказать при глубоком снижении напряжения в цепях оперативного тока, получающих питание от трансформатора собственных нужд при внешних коротких замыканиях. В других модификациях часовой механизм заводится при наличии напряжения в цепи оперативного питания и приходите действие с замыканием соответствующих контактов при снижении или исчезновении этого напряжения. При колебаниях напряжения оперативной цепи возможен ложный пуск реле.
Более надежным для цепей с переменным оперативным током является реле времени серии РВМ с синхронным микродвигателем, схема и конструкция которого показаны на рис. 9.36. Реле содержит насыщающиеся трансформаторы ТЫ и TL2 (рис. 9.36, а), каждый из которых содержит по две секции первичной обмотки (клеммы 1-5,3-7 и 2-6,4-8 ). Эти секции могут включаться последовательно или параллельно для регулировки тока срабатывания. Первичные обмотки насыщающихся трансформаторов ТЫ и TL2 включаются в разные фазы вторичных цепей трансформаторов тока трехфазного защищаемого объекта. В широком диапазоне изменения тока в первичных обмотках на вторичных обмотках этих трансформаторов поддерживается примерно одинаковое действующее значение напряжения. Пики напряжения и высшие гармоники во вторичном напряжении подавляются RC-цепочками, включаемыми параллельно вторичным обмоткам трансформаторов ТЫ и TL2. Запуск реле времени осуществляется замыканием выводов 9-11 или 11-13, причем с помощью контактов пусковых реле обеспечивается замыкание только одной пары выводов. В этом случае обмотка статора w подключается ко вторичной обмотке трансформатора ТЫ или TL2 и по ней протекает ток. При этом ротор 2 (рис. 9.36, б) втягивается в межполосное расстояние статора микродвигателя и начинает вращаться с частотой, определяемой частотой тока. Трубка 3 на оси ротора входит в зацепление с трехступенчатым редуктором, ее вращение передается рамке 4, на которой закреплены подвижные контакты. Выдержка времени зависит оттого пути, который требуется пройти каждому из них до замыкания с проскальзывающими 5 и упорными (конечными) б неподвижными контактами.
Рис. 9.36. Схема и конструкция реле времени РВМ
При исчезновении тока в первичных обмотках ТЫ и TL2 вращение ротора прекращается и он выходит из межполосного пространства. Трубка 3 расцепляется с редуктором и пружина возвращает рамку 4 в первоначальное положение.
Указательные реле. Указательные реле служат для индикации о срабатывании, возврате или несрабатывании отдельных устройств релейной защиты и автоматики. Чаще всего применяются указательные реле, обмотки которых включаются последовательно с обмотками того аппарата, действие которого контролируется. При протекании тока по обмоткам этого аппарата, например, электромагнита отключения YAT высоковольтного выключателя, он протекает также и по обмотке указанного реле, которое при этом срабатывает.
В реле типа РУ-21 пластмассовый барабан с диском, на котором имеется три сектора светлого цвета, закрыт скобой черного цвета. При срабатывании реле втягивается якорь электромагнита, под действием груза на диске барабан вместе с диском поворачивается, а в вырезах скобы появляются светлые секторы диска, которые видны в специальном окне корпуса реле. В исходное положение реле возвращается вручную при надавливании на специальный рычаг.
Более новые конструкции указательных реле типа РЭУ 11 представляют собой реле блинкерного типа с электромагнитным приводом и ручным возвратом. Оно состоит из размещенных в пластмассовом корпусе двухобмоточного
П-образного электромагнита с поворотным якорем, узла индикации и контактного блока. При срабатывании реле в специальном окне корпуса появляется пластина красного цвета. Красный цвет является индикатором срабатывания. В реле имеются замыкающий и размыкающий контакты. При срабатывании реле замыкающие контакты замыкаются, а размыкающие —размыкаются. При снятии питания с обмотки реле указатель срабатывания (красная пластина) и контакты без самовозврата остаются в том же положении, как при срабатывании. Они возвращаются в исходное положение нажатием специальной кнопки. Дополнительный контакт реле— повторитель входного сигнала (с самовозвратом) —замыкается при наличии питания на обмотке управления и размыкается при его отсутствии.
Рис. 9.36. Схема, поясняющая устройство индукционного реле тока
Индукционные реле тока. К обмоткам такого реле подводится переменная электрическая величина (ток, напряжение). Конструкция индукционных реле не проще, а время действия существенно больше, чем у реле электромагнитных. Поэтому применение индукционных реле с одной подведенной величиной целесообразно только в том случае, если время срабатывания должно зависеть от кратности превышения током в Индукционное реле тока (рис. 9.36) состоит из электромагнита 1, на верхнем и нижнем полюсах которого имеются короткозамкнутые витки 3. На сердечнике электромагнита расположена обмотка 2 с ответвлениями для регулирования тока срабатывания. Алюминиевый диск 4 свободно входит в зазор между полюсами электромагнита 1. Ось этого диска укреплена в подшипниках. При токе в обмотке 2, равном 0,1-0,2 от тока срабатывания индукционного элемента, диск 4 приходит во вращение. Вращающий момент создается благодаря взаимодействию изменяющихся во времени магнитных потоков в зазоре между полюсами с токами в диске. Известно, что для получения вращающего момента на диске необходимо иметь по крайней мере два магнитных потока, смещенных в пространстве и сдвинутых по фазе. Эти условия создаются благодаря тому, что часть сечения верхнего и нижнего полюсов магнитопровода 7 охвачена короткозамкнутыми витками 3.
Рис. 9.37.Векторная диаграмма индукционного реле тока
Поэтому суммарный магнитный поток ФР розданный током IР в обмотке 2, делится в полюсах на два потока Ф , и Ф 2 , смещенных в пространстве. Поток ФР1 проходит через часть полюсов, охваченную короткозамкнутыми витками 3, поток ФР2 проходит через остальную часть полюсов. Под влиянием магнитного потока, пронизывающего короткозамкнутый виток, в нем возникает ток /К .Этот ток создает магнитный поток ФК1. Из-под сечения полюса, охваченного витком, выходит результирующий магнитный поток Ф1 = ФР1 + ФК1. Из-под остальной части полюса выходит поток ФII =ФP2 _ФК2. Оба потока пронизывают диск 4 и индуктируют в нем вихревые токи. Э. д. с. Ек, индуктированная в короткозамкнутом витке потоком ФII отстает от него на угол 90° (рис. 9.37). Ток Iк в витке отстает от Ек на небольшой угол, так как индуктивность витка невелика. Пренебрегая потерями на намагничивание, вектор магнитного потока ФK1 принимаем совпадающим с вектором тока IК. Вектор ФР1 находим из условия ФР1 = Ф1 -ФК1. Вектор ФII совпадает по направлению с вектором Ф , .Вектор ФP1 находится из условия ФII = ФР2 - Фк2. Из векторной диаграммы видно, что
магнитные потоки ФI и ФII , пронизывающие диск, сдвинуты на угол Ψ . Кроме того, эти потоки разнесены и в пространстве. Каждый из них наводит в диске вихревые токи. Взаимодействие между магнитным потоком Ф|I и вихревым током, наведенным в диске магнитным потоком ФII , а также взаимодействие между магнитным потоком ФI и вихревым током в диске, наведенным магнитным
(9.57)
потоком Ф{, создает электромагнитную силу Fv действующую на диск:
где/— частота; к' — постоянный коэффициент.
Электромагнитный момент, действующий на диск, равен произведению электромагнитной силы на расстояние от точки ее приложения до оси диска. Полагая это расстояние,
, (9.58)
а также частоту неизменными, получаем:
, (9.59)
На вращающий диск действует также тормозной момент М.,, который складывается из момента трения в подшипниках, противодействующего момента спиральной пружины 8 (см. рис. 9.37), тормозных моментов от э. д. с. резания и от успокоительного магнита 5, Момента инерции диска. Э. д. с. резания появляются в диске при его вращении, когда элементарные проводники пересекают магнитные поля ФI и ФII, и успокоительного магнита. Эти э. д. с. наводят в диске токи, взаимодействие которых с вызвавшими их магнитными потоками создает моменты резания, направленные против направления вращения диска.
Вращение диска происходит под влиянием избыточного вращающего момента МИЗ = М0 - МТ. На оси диска укреплен подвижный контакт 6. Поворачиваясь под воздействием МИЗ диск замыкает подвижной контакт 6 с неподвижным 7. Чем больше МИЗ, тем больше частота вращения диска и тем меньше время действия реле.
Регулирование тока срабатывания осуществляется изменением числа витков в обмотке с помощью отпаек. Укрепляя подвижной контакт 7 В различных точках неподвижной шкалы 9, при одном и том же токе срабатывания можно получить различное время действия реле.
Рис. 9.38. Характеристики срабатывания
Промышленность выпускает индукционные реле тока типа РТ-80 и РТ-90
(рис. 9.39). Такое реле является комбинированным, оно имеет индукционный и электромагнитный элементы с общей магнитной системой. Индукционный элемент состоит из магнитопровода 7, на верхнем и нижнем полюсах которого расположены короткозамкнутые витки 2 (рис. 9.39, а). На магнитопроводе находится обмотка 3 с ответвлениями для регулирования тока срабатывания. Эти ответвления подведены к штепсельному блоку 4 и переключаются с помощью винтов 5. Алюминиевый диск 16 свободно входит в зазор между полюсами магнитопровода 1. Ось этого диска укреплена в подшипниках подвижной рамки 13, а сама рамка может вращаться вокруг оси 14-17. Пружина 18 оттягивает рамку 13 в одно из крайних положений до упора. На оси диска 16 имеется червяк 11. При повороте рамки 13 против усилия пружины червяк входит в зацепление с зубчатым сегментом 12, который может свободно перемещаться вверх и вниз. Когда ток в катушке 3 достигнет 0,1-0,2 тока срабатывания реле, диск 16 начнет вращаться под действием силы FЭ Однако реле еще не срабатывает, так как сегмент 12 не входит в зацепление с червяком 11. Диск проходит в зазоре между полюсами постоянного магнита 15. Его магнитный поток наводит в диске вихревые токи и создает противодействующую силу FТ (рис. 9.39, б). Чем больше ток в обмотке реле, тем больше сила FЭ и выше частота вращения диска, тем больше и сила FТ Равенство сил FЭ и FT наступает при установившейся частоте вращения диска. Равнодействующая сил F3 и FT стремится повернуть диск с рамкой 13 вокруг оси. При определенном значении тока (токе срабатывания) эта равнодействующая преодолеет силу FТ пружины 18 и рамка 13 повернется вокруг своей оси. Сегмент 12 войдет в зацепление с червяком 11. Рычаг сегмента начнет подниматься, упрется в коромысло 10 и поднимет его. Коромысло жестко связано с якорем 6, поэтому последний повернется так, что воздушный зазор между его правым краем и магнитопроводом 1 уменьшится. Якорь притянется к электромагниту и коромыслом 10 замкнет контакты 9.
Рис. 9.39. Схема, поясняющая устройство РТ-80
Время между началом зацепления сегмента 12 с червяком 11 и замыканием контактов определяется скоростью подъема рычага сегмента и длиной пути, которую проходит последний. Скорость подъема зависит от частоты вращения диска, т. е. от тока I. Длина пути зависит от начального положения сегмента. Его можно регулировать перемещением движка 19 по винту 8. Поэтому при одном и том же токе срабатывания можно получить различные выдержки времени.
Если ток в катушке реле достигнет значения (2 - 8)IСР , то якорь 6 мгновенно повернется и замкнет контакты 9. В этом случае реле действует без выдержки времени. Уставку срабатывания индукционной системы регулируют изменением числа витков обмотки 3. При данном числе витков регулировку уставки электромагнитной системы осуществляют, изменяя воздушный зазор между правым краем якоря 6 и магнитопроводом 1 с помощью винта 7.
Контакты реле имеют два исполнения: нормальное и усиленное. Контакты нормального исполнения являются замыкающими. Однако, при необходимости простой перестановкой подвижного и неподвижного контактов можно их переделать на размыкающие. Усиленные контакты выполнены переключающими. Размыкающие и замыкающие контакты кинематически связаны таким образом, что сначала происходит замыкание замыкающего контакта и лишь после этого—размыкание размыкающего контакта. Замыкающий контакт реле предназначен для замыкания цепи катушки отключения YAТ высоковольтного выключателя, размыкающий—для дешунтирования этой катушки в схемах с питанием ее оперативным переменным током от трансформатора тока.
Использование индукционной и электромагнитной систем в реле РТ-80 и РТ-90 позволяет выполнить с помощью одного реле и токовую отсечку от коротких замыканий, и максимальную токовую защиту с выдержкой времени от перегрузки. Коэффициент возврата индукционного элемента 0,8. Недостатком реле является сложность конструкции и большое собственное потребление при срабатывании (10-30 ВА).
9.5.4 Принципы выполнения и действия максимальной токовой защиты. Схема защиты, назначение элементов схемы. Выбор уставок по току, времени, проверка чувствительности защиты . Максимальная токовая защита с пуском по напряжению.
Максимальная токовая защита реагирует на увеличение тока при к.з. или перегрузке. Если несколько последовательных участков сети оборудованы самостоятельными защитами этого типа, то селективность их действия обеспечивается с помощью выдержки времени.
Рисунок 9.40 Схема сети с односторонним питанием (а) , cтупенчатый график выдержки времени (б), и зависимости (в)
Принцип обеспечения селективности защиты последовательных участков поясним на примере сети с односторонним питанием (рис. 9.40,а). При коротком замыкании в точке К5 ток повреждения проходит от источника по всем участкам, вызывая срабатывание токовых реле защит АК1, АК2, АКЗ, выполненных по схеме рис. 9.41. Однако сработать должна только защита АКЗ. При к.з. в точке к2 должна сработать только защита АК2 и т. д. Такая селективность достигается специальным выбором уставки реле времени на каждой из защит АК1, АК2, АКЗ по ступенчатому принципу. Защита АКЗ имеет наименьшую выдержку времени, защита АК2 более длительную. Защита АК1 имеет наибольшую выдержку времени.
Рис.9.41Трёхфазная максимальная токовая защита линий
Рассмотрим график зависимости времени срабатывания t защит от места короткого замыкания (рис. 9.40,б). Защита АК1 имеет время действия t1,защита АК2—время t2, и т.д. Выдержка времени определяется реле времени, она не зависит от величины тока короткого замыкания. Поэтому такая защита называется защитой с независимой выдержкой времени. Как следует из
рис. 9.40, б:
t{=t2+ Δt, t2=t3+ Δt, (9.60)
где Δt — ступень селективности. Для защиты с независимой выдержкой времени ступень селективности принимают 0,4-0,6 с.
Ток срабатывания защиты
, (9.61)
где к3 —коэффициент запаса, равный 1,1-1,2; кВ — коэффициент возврата; IН,МАХ — максимальный рабочий ток нормального режима (с учетом самозапуска асинхронных электродвигателей из-за возможного кратковременного отключения напряжения с последующим его восстановлением).
Уже отмечалось, что при к.з., например, в точке кЗ (рис. 9.40, а) ток повреждения проходит через все защиты и они могут прийти в действие. После отключения защитой А КЗ своего выключателя Q3 все остальные защиты должны вернуться в исходное состояние при оставшемся в линии рабочем токе. Для обеспечения условий надежного возврата защит в выражение (9.61) и вводят коэффициент возврата КВ.
Ток срабатывания реле зависит от коэффициента трансформации трансформаторов тока К и схемы их включения:
, (9.62)
где к — коэффициент схемы для нормального режима работы сети.
Чувствительность защиты определяется по условию:
, (9.63)
Где I (m)K. min — минимальный ток к.з. при повреждении в конце защищаемой зоны; K(m)CX — коэффициент схемы для режима, при котором определяется минимальный ток к.з.; I р.min — ток в реле, соответствующий минимальному значению тока заданного вида к.з. в расчетной точке. Например, для защиты АК1 (рис. 9.40, а) расчетные точки к.з. принимаются на шинах подстанций Б к В. В этом случае защита АК1 для участка А-Б будет основной, а для участка Б-В — резервной. Для основной защиты необходимо выполнение условия КЧ ≥1,5, а для резервной КЧ ≥1,2. Поскольку ток IСЗ, вычисляемый по выражению (9.61), соответствует нормальному (симметричному) режиму, то в формулах (9.62) и (9.63) принимают КСХ = К(3)СХ. Значение K(m)CX зависит от вида к.з., для которого вычисляют ток IK min. Если рассматривается трехфазное к.з. (Ik min = I (3)K. min), то в формуле (4.9) принимают К(m)СХ = К(2)СХ. При двухфазном к.з. (Ik min = I (2)K. min) принимают К(m)СХ = К(2)СХ, величину которого находят по таблице.
Выбор вида к.з. (I (2)K. min или I (3)K. min) зависит оттого, какой ток меньше. Для удаленных от электрических станций к.з. I (3)K = I(3)K / 2 = 0,866 I(3)K. Поскольку в этом случае ток двухфазного к.з. меньше тока трехфазного к.з., то в качестве расчетного в формуле (9.63) принимают I(3)K. При к.з. вблизи источников питания I(2)K может быть больше I(3)K. В этом случаев качестве расчетного принимают I(3)K.
Изменения сопротивления энергосистемы существенно влияют на длину защищаемой зоны. Это можно иллюстрировать графиками рис. 9.40, в, на которых кривая 1 — это зависимость тока к.з. IК в месте установки защиты от расстояния до места к.з. в режиме максимума энергосистемы; кривая 2 — та же зависимость в режиме минимума энергосистемы. Параллельно оси абсцисс проведена прямая, соответствующая току срабатывания Та защиты, вычисленному на основании (9.61). Точки пересечения кривых 7 и 2 с линией тока срабатывания определяют длину защищаемой зоны: в режиме максимума энергосистемы эта длина равна режиме минимума энергосистемы она сокращается до
Кривые 3 и 4 получены из кривых 1 и 2 делением токов к.з. на коэффициент чувствительности KH. Их пересечение с линией тока срабатывания / определяет зону устойчивой и неустойчивой работы. Для режима максимума энергосистемы длина определяет зону устойчивой работы защиты с коэффициентом чувствительности, равным или большим нормативного значения, а длина соответствует зоне неустойчивой работы (с коэффициентом чувствительности меньше нормативного значения). Для режима минимума энергосистемы зона устойчивой работы равна а зона неустойчивой работы— .
Достоинством защиты является ее простота, недостатками — большие выдержки времени, увеличивающиеся по мере приближения к источнику питания, и нестабильность зоны защиты. Защита широко используется в радиальных линиях всех напряжений.