Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Измерительные трансформаторы тока представляют собой аппараты для преобразования токов первичных цепей в стандартные токи 5 или 1А для измерительных приборов, устройств релейной защиты и автоматики.
Нормально трансформаторы тока работают в режиме, близком к режиму короткого замыкания вторичной обмотки при наличии тока в первичной цепи, т.е. возникновение режима холостого хода недопустимо, так как при этом из-за возникающих перенапряжений может быть повреждена изоляция трансформатора с вытекающими отсюда последствиями.
Первичная обмотка ТТ включается последовательно в цепь измерительного тока и, следовательно, через нее проходит весь ток нагрузки или К.З. Этот ток является для ТТ принужденным и проходит по его первичной обмотке независимо от состояния вторичной обмотки, т.е. от того, замкнуто она и нагрузку, закорочена или разомкнута.
ТТ состоит из двух обмоток и сердечника. Часто изготовляют ТТ из двух сердечников, первичная обмотка является у них общей для всех сердечников. Ток проходящий по первичной обмотке ТТ, называется первичным и обозначается I1, а ток во вторичной обмотке называется вторичным и обозначается I2.
Ток I1 создает в сердечнике ТТ магнитный поток Ф1, который пересекая витки вторичной обмотки, индуцирует в ней вторичный ток I2, который также создает в сердечнике магнитный поток Ф2, но направленный противоположно магнитному потоку Ф1. Результирующий поток в сердечнике равен разности:
Фо=Ф1-Ф2 (3.1)
Величина магнитного потока зависит не только от величины создающего его тока, но и от количества витков обмотки, по которой этот ток проходит. Произведение тока на число витков F=I*w называется намагничивающей силой и выражается в ампер*витках (Ав), поэтому выражение (3.1) можно заменить выражением:
Fo=Fл-F2 (3.2.)
или
(3.3)
где Io или Iнам – ток намагничивания, являющийся частью первичного тока, обеспечивающий результирующий магнитный поток в сердечнике;
w1, w2 – число витков первичной и вторичной обмоток.
Разделив все члены выражения (3.3) на w2 получим:
или (3.4)
Отношение w2/w1 называется коэффициентом трансформации ТТ.
Поскольку при величинах первичного тока близких к номинальному, Iнам не превышает 0,5-3% номинального тока, то в этих условиях можно с некоторым приближением считать Iнам=0. Тогда:
(3.5)
Согласно действующему стандарту отношение номинального первичного тока к номинальному вторичному току называется номинальным коэффициентом трансформации ( 600/5, 1000/1 и т.п.).
Все пересчеты с первичного тока на вторичный и со вторичного на первичный производится по этим номинальным коэффициентам трансформации:
(3.6)
2 Измерительные преобразователи напряжения.
Назначение ТН
Трансформаторы напряжения (ТН) предназначены для измерения напряжения, питания цепей автоматики, сигнализации и релейной защиты линий электропередачи. Для первых трех случаев могут применяться двухобмоточные ТН.
Классификация ТН
ТН различаются:
Особенностью ТН является их малая мощность при высоком напряжении первичной обмотки, т.е. ТН является маломощными понижающими трансформаторами, имеющими почти всегда большой коэффициент трансформации. Кроме того, ТН должен обладать малым падением напряжения в первичной и вторичной обмотках, чтобы иметь возможно меньшие погрешности коэффициента трансформации и угла сдвига между векторами первичного и вторичного напряжений.
Маркировка обмоток ТН
При маркировке выводов вторичных обмоток ТН за начало а принимают тот вывод, из которого ток выходит, в то время когда в первичной обмотке ток проходит от начала А к концу Х. Иными словами если на первичной стороне ток входит в начало А, то однополярным выводом, т.е. началом вторичной обмотки а, будет тот ее вывод, из которого в этот момент ток выходит. При маркировке и включении обмоток по такому правилу направление тока в реле, при включении реле через ТН останется таким же, как и при включении реле непосредственно в сети.
3Электромеханическое реле
В схемах РЗА применяются электромеханические реле, полупроводниковые, на микроэлектронной базе, реле с использованием насыщающейся магнитных систем.
Наличие недостатков (большие размеры, большое потребление мощности, трудности с обеспечением надежной работы контактов) ведет к новым принципам исполнения реле, что позволяет улучшить параметры и характеристики схем защит, а также применять бесконтактные схемы. Кроме реле, реагирующие на электрические величины применяются также реле реагирующие на неэлектрические величины (газовое реле, повышение температура трансформаторов).
Реле, реагирующие на электрические величины делятся на следующие группы:
Кроме того, электромеханические реле подразделяются на реле электромагнитные, индукционные, электродинамические, индукционно-динамические, магнитоэлектрические.
Основными требованиями предъявляемые к реле являются:
|
Электромагнитные реле. Принцип действия Iр-> Iрωр-> Ф. Электромагнитная сила Fэ равна Fэ=кФ2, где магнитный поток Ф равен . Таким образом , а магнитный момент , где lр – плечо силы Fэ. Для срабатывания реле необходимо создать силу Fэ= Fэср=Fn+ Fт , где Fn- сила пружины, Fт- сила трения. Наименьший ток, при котором реле срабатывает равен . Для регулирования применяется ступенчатое изменение числа витков, плавное изменение Мn(Fn) пружины. Возврат якоря происходит под действием пружины, для возврата необходимо, чтобы Мп>М'э+Мт . Для уменьшения Мэ нужно снизить IР до определенной величины. так чтобы Мп=М'э+Мт. Таким образом током возврата Iвоз называется наибольший ток реле при котором якорь реле возвращается в начальное положение. Коэффициент возврата равен . Если реле минимального действия, то ток срабатывания Iср – наибольший ток, при котором отпадает якорь реле, а ток возврата Iвоз – наименьший ток, при котором притягивается якорь реле. Коэффициент возврата в этом случае больше единицы квоз>1. |
4) Релейная защита является основным видом электрической автоматики, без которой невозможна нормальная и надежная работа современных энергетических систем. Она осуществляет непрерывный контроль за состоянием и режимом работы всех элементов энергосистемы и реагирует на возникновение повреждений и ненормальных режимов.
При возникновении повреждений защита выявляет и отключает от системы поврежденный участок, воздействуя на специальные силовые выключатели, предназначенные для размыкания токов повреждения.
При возникновении ненормальных режимов защита выявляет их и в зависимости от характера нарушения производит операции, необходимые для восстановления нормального режима, или подает сигнал дежурному персоналу.
Требования к защите от К.З.
а) Селективность
б) Быстрота действия
в) Чувствительность.
г) Надежность
5) Повреждение и ненормальные режимы
А)трёхфазное
е
Б)Двухфазное
В) Двухфазное короткое замыкание на землю в сети с заземленной нейтралью
Этот вид повреждения для сетей с изолированной нейтралью практически не отличается от двухфазного короткого замыкания. Токи, проходящие в месте к. з. и в ветвях рассматриваемой схемы, а также междуфазные напряжения в разных точках сети имеют те же самые значения, что и при двухфазном к. з.
Г) Однофазное короткое замыкание в сети с заземленной нейтралью
Однофазное короткое замыкание может иметь место только в сетях с заземленной нейтралью (в Советском Союзе, как правило, с заземленной нейтралью работают сети напряжением 110 кВ и выше). Векторные диаграммы токов и напряжений в месте однофазного к. з. фазы А приведены на рис. 1-21, а формулы, определяющие их основные соотношения:
6) Оперативный ток на объектах электроэнергетики
Назначение и общие требования
Оперативным током называется ток, питающий цепи дистанционного управления выключателями, оперативные цепи релейной защиты, автоматики, телемеханики и различные виды сигнализации.
Питание оперативных цепей и особенно тех ее элементов, от которых зависит отключение поврежденных линий и оборудования, должно отличаться особой надежностью. Поэтому главное требование, которому должен отвечать источник оперативного тока, состоит в том, чтобы во время к.з. и при ненормальных режимах в сети напряжение источника оперативного тока и его мощность имели достаточную величину как для действия вспомогательных реле защиты и автоматики, так и для надежного отключения и включения соответствующих выключателей.
Для питания оперативных цепей применяются источники постоян ного и переменного тока.
Постоянный оперативный ток
В качестве источника постоянного тока используются аккумуляторные батареи с напряжением 110—220 В, а на небольших подстанциях 24—48 В, от которых осуществляется централизованное питание оперативных цепей всех присоединений (рис. 1-11). Для повышения надежности сеть постоянного тока секционируется на несколько участков, имеющих самостоятельное питание от сборных шин батареи.
Исправность предохранителей контролируется реле РС (рис. 1-11). Целость цепи отключения КО и блок-контактов БК обычно контролируется реле РК, дающим сигнал при обрыве цепи (рис. 1-12, а).
В сетях постоянного тока возможны замыкания па землю. В случае замыканий на землю в точках Кх и К2 (рис. 1-12, б) контакты реле РЗ шунтируются и в катушке отключения КО появляется ток, под действием которого выключатель может отключиться.
Чтобы предупредить подобные отключения, применяется контроль за появлением «земли» на постоянном токе. Контроль осуществляется при помощи вольтметров Vх и V2 и сигнального реле Рк, как показано на рис. 1-11.
Аккумуляторные батареи обеспечивают питание оперативных цепей в любой момент времени с необходимым уровнем напряжения и мощности независимо от состояния основной сети и поэтому являются самым надежным источником питания.
В то же время аккумуляторные батареи значительно дороже других источников оперативного тока, для них требуются зарядные агрегаты, специальное помещение и квалифицированный уход.
Переменный оперативный ток
Для питания оперативных цепей переменным током используется ток или напряжение сети. В соответствии с этим в качестве источников переменного оперативного тока служат трансформаторы тока, трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных нужд.
Трансформаторы тока являются весьма надежным источником питания оперативных цепей для защит от к. з. При к. з. ток и напряжение на зажимах трансформаторов тока увеличиваются, поэтому в момент срабатывания защиты мощность трансформаторов тока возрастает, что и обеспечивает надежное питание оперативных цепей.
Однако трансформаторы тока не обеспечивают необходимой мощности при повреждениях и ненормальных режимах, не сопровождающихся увеличением тока на защищаемом присоединении.
Трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных нужд непригодны для питания оперативных цепей защит от к. з., так как при к. з. напряжение в сети резко снижается и может в неблагоприятных случаях становиться равным нулю. В то же время при повреждениях и ненормальных режимах, не сопровождающихся глубокими понижениями напряжения в сети, трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных нужд могут использоваться для питания таких защит, как, например, защиты от перегрузки, от замыканий на землю, повышения напряжения и т. д.
Схема с питанием от заряженного конденсатора. На рис. 1-16 дана упрощенная схема питания оперативных цепей от заряженного конденсатора. Конденсатор 1 питается от трансформатора напряжения через выпрямитель 2. В нормальном режиме конденсатор заряжен. При действии защиты он замыкается на катушку отключения, питая ее током разряда.
7)
СПОСОБЫ ИЗОБРАЖЕНИЯ РЕЛЕ И СХЕМ ЗАЩИТЫ НА ЧЕРТЕЖАХ
Применяются два принципиально различных способа изображения схем защит и реле на чертежах.
По первому способу реле показываются в совмещенном виде (рис. 1-7, б) и изображаются в виде прямоугольника с полукругом наверху. Обмотки реле подразумеваются расположенными в нижней части (прямоугольнике) и обычно не показываются, контакты реле рисуют в верхней части изображения (таким образом, контакты и обмотки реле совмещаются в одном изображении). Тип реле обозначается начальной буквой наименования реле в нижней части изображения. Например: токовое реле обозначается буквой Т, реле напряжения — Н, промежуточное — П, мощности — М и т. д.
По второму способу реле показываются в развернутом виде (рис. 1-7, в). Обмотки реле и их контакты обозначают соответствующей буквой и рисуют раздельно на двух разных схемах (измерительных цепей и логических), исходя из соображений большей наглядности схем (см. рис. 4-20, б, в, г).
В развернутых схемах цепи, питающиеся током сети, напряжением сети и источником оперативного тока, показываются раздельно, что облегчает рассмотрение («чтение») схем с большим числом реле и сложной связью между ними.
В 1964 г. в СССР введен стандарт (ГОСТ 7624-62) [Л. 7] на графические изображения электрических схем. В дальнейшем изложении все схемы изображаются в соответствии с этим стандартом. Положение контактов реле на схемах условились изображать в состоянии, соответствующем отсутствию тока в обмотках реле. В книге, в отдельных случаях (для облегчения понимания схемы) контакты реле показываются в положении готовности устройства к действию (т. е. для нормального состояния защищаемого объекта). Такие случаи оговариваются в подписях под рисунками.
В последнее время в связи с применением защит с полупроводниковыми приборами получили распространение блок-схемы или структурные схемы. Такие схемы (рис. 1-7, г) дают взаимосвязь между отдельными элементами (блоками) схемы. Каждый блок изображается прямоугольником с надписью или условным обозначением внутри прямоугольника. Блок-схемы должны дополняться схемой соединения каждого блока в отдельности.
Селективностью, или избирательностью, называется действие защиты, обеспечивающее отключение только поврежденного элемента системы посредством его выключателей.
Таким образом, требование селективности является основным условием для обеспечения надежного питания потребителей.
Селективное действие защит при наличии резервного питания потребителей дает возможность исключить перерывы в их электроснабжении.
При отсутствии резервирования даже при селективном действии защит возможна потеря питания.
Т.к. повреждение на ВЛ носят в основном проходящий характер наиболее эффективности в этом случае будет применение АПВ. АПВ обеспечивает 70-90% успешных включений.
Требование селективности не должно исключать возможность действия защит как резервных в случаях отказа защит или выключателей смежных элементов. Пример: отказ защит 8 при К.З.в К3.
Защиты с относительной селективностью могут срабатывать при внешних КЗ в режиме резервирования, но требуют для обеспечения согласования с защитами смежных элементов выдержки времени на срабатывание.
В целом селективность подразделяется по функциям защиты:
1. Селективность срабатывания при внутренних КЗ:
- защитоспособность;
- быстрота срабатывания:
- повышает устойчивость работы параллельных генераторов и увеличивает пропускную способность линий;
- уменьшает влияние снижения напряжения на работу потребителей;
- уменьшает размеры разрушения элементов токами КЗ;
- повышает эффективность АПВ;
2.Селективность срабатывания при внешних КЗ;
3.Селективность несрабатывания без КЗ.
9) ТОКОВАЯ ТРЕХСТУПЕНЧАТАЯ ЗАЩИТА
Сочетая максимальную защиту 1 с мгновенной отсечкой 3 и отсечкой с выдержкой времени 2, можно получить трехступенчатую защиту, обеспечивающую быстрое отключение повреждений на защищаемой линии Л1 и резервирующую защиту 4 и 5 следующего участка. Характеристика времени действия трехступенчатой токовой защиты показана на рис. 5-9. Протяженность зон меняется в зависимости от режима работы системы.
Обычно токовые ступенчатые защиты выполняются в виде трех ступеней:
Первая ступень - отсечка мгновенного действия, защищает начальный участок линии.
Вторая ступень - отсечка с выдержкой времени, предназначена для надежной защиты оставшегося участка линии.
Третья ступень - МТЗ, выполняет функции ближнего и дальнего резервирования.
Принцип действия токовой ступенчатой защиты рассмотрим на примере участка сети. На линии AБ установлена трехступенчатая токовая защита, на линии БB - двухступенчатая.
Расчет параметров.
Токи срабатывания первых ступеней защит А и Б, соответственно и отстраиваются от токов трехфазных КЗ на шинах противоположных подстанций:
где - коэффициент надежности; - для п/п реле; - для электромагнитных реле; - для индукционных реле.
Вторая ступень защиты А должна надежно охватывать защищаемую линию. Ее ток срабатывания согласуется с 1 ступенью защиты B: .
Выдержка времени принимается равной 0.5сек.
Ток срабатывания третьей ступени отстраивается от нагрузочных режимов, выдержка времени согласуется с защитами отходящих присоединений:
где - коэффициент возврата реле; - ток возврата реле; - ток срабатывания реле; - коэффициент самозапуска ().
Чувствительность 3 ступени оценивается для двухфазных режимов:
10)
13.Продольная дифференциальная токовая защита линий
Защита основана на принципе сравнения значений и фаз токов в начале и конце линии. Для сравнения вторичные обмотки трансформаторов тока с обеих сторон линии соединяются между собой проводами, как показано на рис. 7.17. По этим проводам постоянно циркулируют вторичные токи I1 и I2. Для выполнения дифференциальной защиты параллельно трансформаторам тока (дифференциально) включают измерительный орган тока ОТ.
Ток в обмотке этого органа всегда будет равен геометрической сумме токов, приходящих от обоих трансформаторов тока: IР=I1+I2 Если коэффициенты трансформации трансформаторов тока ТА1 и ТА2 одинаковы, то при нормальной работе, а также внешнем КЗ (точка K1 на рис. 7.17, а) вторичные токи равны по значению I1=I2 и направлены в ОТ встречно. Ток в обмотке ОТ IР=I1+I2=0, и ОТ не приходит в действие. При КЗ в защищаемой зоне (точка К2 на рис. 7.17, б) вторичные токи в обмотке ОТ совпадут по фазе и, следовательно, будут суммироваться: IР=I1+I2. ЕслиIР>Iсз, орган тока сработает и через выходной орган ВО подействует на отключение выключателей линии.
Таким образом, дифференциальная продольная защита с постоянно циркулирующими токами в обмотке органа тока реагирует на полный ток КЗ в защищаемой зоне (участок линии, заключенный между трансформаторами тока ТА1 и ТА2), обеспечивая при этом мгновенное отключение поврежденной линии.
Практическое использование схем дифференциальных защит потребовало внесения ряда конструктивных элементов, обусловленных особенностями работы этих защит на линиях энергосистем.
Во-первых, для отключения протяженных линий с двух сторон оказалось необходимым подключение по дифференциальной схеме двух органов тока: одного на подстанции 1, другого на подстанции 2 (рис. 7.18). Подключение двух органов тока привело к неравномерному распределению вторичных токов между ними (токи распределялись обратно пропорционально сопротивлениям цепей), появлению тока небаланса и понижению чувствительности защиты. Заметим также, что этот ток небаланса суммируется в ТО с током небаланса, вызванным несовпадением характеристик намагничивания и некоторой разницей в коэффициентах трансформации трансформаторов тока. Для отстройки от токов небаланса в защите были применены не простые дифференциальные реле, а дифференциальные реле тока с торможением KAW, обладающие большей чувствительностью.
Во-вторых, соединительные провода при их значительной длине обладают сопротивлением, во много раз превышающим допустимое для трансформаторов тока сопротивление нагрузки. Для понижения нагрузки были применены специальные трансформаторы тока с коэффициентом трансформации n, с помощью которых был уменьшен в п раз ток, циркулирующий по проводам, и тем самым снижена в n2 раз нагрузка от соединительных проводов (значение нагрузки пропорционально квадрату тока). В защите эту функцию выполняют промежуточные трансформаторы тока TALT и изолирующие TAL. В схеме защиты изолирующие трансформаторы TAL служат еще и для отделения соединительных проводов от цепей реле и защиты цепей реле от высокого напряжения, наводимого в соединительных проводах во время прохождения по линии тока КЗ.
Рис. 7.17. Принцип выполнения продольной дифференциальной защиты линии и прохождение тока в органе тока при внешнем КЗ (а) и при КЗ в защищаемой зоне (б)
Рис. 7.18. Принципиальная схема продольной дифференциальной защиты линии:
ZA - фильтр токов прямой и обратной последовательностей; TALT - промежуточный трансформатор тока; TAL - изолирующий трансформатор; KAW - дифференциальное реле с торможением; Р - рабочая и T - тормозная обмотки реле
14 поперечная дифференциальная токовая защита линий
На приемном конце двух параллельных линий с односторонним питанием, как правило, используетсяпоперечная дифференциальная направленная защита.
При этом в режиме работы одной линии, а также в качестве резервной при работе двух линий используется ступенчатая защита. Допускается включение этой защиты или отдельных ее ступеней на сумму токов обеих линий (например, резервной ступени в целях увеличения ее чувствительности к повреждениям на смежных элементах). Допускается также использование поперечной дифференциальной направленной защиты в дополнение к ступенчатым токовым защитам для уменьшения времени отключения повреждения на защищаемых линиях, если по условию быстродействия ее установка не обязательна. Таким образом, защита применяется на параллельных линиях с одинаковым сопротивлением, включенных на одну систему шин или на разные системы шин при включенном шиносоединительном выключателе. В схемах поперечной токовой направленной защиты двух параллельных линий вторичные обмотки ТТ соединяются между собой разноименными зажимами. Параллельно вторичным обмоткам ТТ включаются токовый орган и токовые обмотки органа направления мощности. Токовый орган выполняет функцию пускового органа, а орган направления мощности служит для определения поврежденной линии.В зависимости от того, какая линия повреждена, орган направления мощности замыкает соответствующий контакт и подает импульс на отключение соответствующего выключателя. Напряжение к органу направления мощности подводится от ТН той системы шин, на которую включены параллельные линии.Для двухстороннего отключения поврежденной линии с обеих сторон защищаемых цепей устанавливаются одинаковые комплекты защит.Недостатком защиты является наличие «мертвой» зоны по напряжению, когда при КЗ на линии у шин ПС напряжение, подводимое к органу направления мощности, близко к нулю и защита не работает. Протяженность мертвой зоны мала, а отказы в действии защит по этой причине редки.На практике имеют место случаи излишнего срабатывания защиты, например, когда мощность КЗ направлена от шин, а в поврежденной линии ток отсутствовал.Когда одна из параллельных линий находится под нагрузкой, а другая опробуется под напряжением, накладки на защите должны находиться в положении «Отключено» — на линии, опробуемой под напряжением, и «Сигнал» — на линии, находящейся под нагрузкой. При таком положении накладок защита будет действовать на отключение опробуемой под напряжением линии, если в момент подачи напряжения на ней возникнет КЗ.При обслуживании защит необходимо проверять исправность цепей напряжения, подключенных к органу направления мощности, поскольку в случае их обрыва к зажимам органа подводится искаженное по фазе и значению напряжение, вследствие чего он может неправильно сработать при КЗ.
15 Направленная поперечная зищита двух параллельных линий
Принцип действия. Направленная поперечная дифференциальная РЗ применяется на параллельных ЛЭП с самостоятельными выключателями на каждой ЛЭП (рис.10.19). К РЗ таких ЛЭП предъявляется требование отключать только ту из двух ЛЭП, которая повредилась. Для выполнения этого требования токовая поперечная дифференциальная РЗ дополняется РНМ двустороннего действия (рис.10.19) или двумя РНМ одностороннего действия, каждое из которых предназначено для отключения одной ЛЭП. Принципиальная схема одной фазы дана на рис.10.19. Токовые цепи РЗ выполняются так же, как и у токовой поперечной дифференциальной РЗ. Токовые обмотки РНМ KWи токового реле КА соединяются последовательно и включаются параллельно вторичным обмоткам ТТ на разность токов параллельных ЛЭП: Iр = II – III. Токовые реле выполняют функции пусковых органов, реагирующих на КЗ и разрешающих РЗ действовать. РНМ служит для определения поврежденной ЛЭП по знаку мощности. Напряжение к реле подводится от ТН шин подстанции. Оперативный ток к РЗ подается через вспомогательные контакты выключателей.
При срабатывании КА плюс постоянного тока подводится к контактам KW,которое замыкает верхний или нижний контакт, в зависимости от того, какая из двух ЛЭП повреждена. Для отключения поврежденной ЛЭП РЗ устанавливается с обеих сторон параллельных ЛЭП.
Внешние КЗ. При внешних КЗ, нагрузке и качаниях первичные токи II иIII равны по значению и совпадают по направлению на обоих концах ЛЭП. При равенстве КI Iи КI II и идеальной работе ТТ Ip= IIb –IIIв = 0. При внешних КЗ, нагрузке и качаниях РЗ не действует. Вследствие погрешности ТТ и неравенства сопротивлений параллельных ЛЭП IIb и IIIв различаются по значению и фазе, в результате чего в реле появляется ток небаланса Ip = Iнб. Для исключения работы РЗ при внешних КЗ ее ток срабатывания должен удовлетворять условию: Iс.з > Iнб.
16 Защита линий от замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью
ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЗАЩИТЕ
Поскольку замыкания на землю не вызывают появления сверхтоков и не искажают значения междуфазных напряжений, то они не отражаются на питании потребителей и не сопровождаются перегрузкой оборудования опасными токами. Поэтому в отличие от КЗ замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью не требуют немедленной ликвидации.
Однако отключение замыканий на землю является все же необходимым, так как в результате теплового воздействия тока замыкания на землю и электрической дуги в месте повреждения возможно повреждение изоляции между фазами на кабельных ЛЭП и переход однофазного замыкания в междуфазное КЗ. Помимо этого, из-за перенапряжений, вызываемых замыканием на землю, возможен пробой или перекрытие изоляции на неповрежденных фазах, что приводит к образованию двойных замыканий на землю в разных точках сети.
В России принято выполнять РЗ от замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью с действием на сигнал [1]. Дежурный персонал принимает меры к переводу нагрузки поврежденной ЛЭП на другой источник питания, разгружая поврежденную ЛЭП, и затем отключает ее. В современных разветвленных городских сетях 6-10 кВ эти операции требуют значительных переключений, затягивающих ликвидацию повреждений. Поэтому в автоматизированных сетях целесообразно применять селективную защиту с действием на отключение повреждения.
Защиты от замыканий на землю независимо от режима компенсации должны быть селективными, иметь высокую чувствительность; последнее вызывается тем, что токи, на которые реагирует РЗ, очень малы.
Особые требования предъявляются к РЗ от замыканий на землю в сетях, питающих электродвигатели шахт, торфоразработок, карьеров и передвижных установок. Здесь представляет опасность "напряжение прикосновения" и переход замыкания на землю одной фазы в двойное замыкание. При двойном замыкании на землю "шаговое напряжение" и "напряжение прикосновения" достигают значений, опасных для людей, обслуживающих установки. Поэтому для безопасности персонала, ведущего добычу торфа, РЗ от замыкания на землю в таких сетях должна при появлении "земли" немедленно отключить поврежденный участок. Эти РЗ должны отличаться особенно высокой чувствительностью, так как емкостные токи в сетях, питающих торфоразработки, обычно не превышают 0,5-1 А. Замыкания на землю в воздушных сетях, особенно в населенных районах, также целесообразно отключать от РЗ для обеспечения безопасности населения. Защита должна надежно действовать как при металлическом, так и при неполном замыкании через переходное сопротивление Rп. Чувствительность РЗ считается достаточной [1], если она действует с kч более 1,25 для кабельных и 1,5 для воздушных ЛЭП.
9.3. ПРИНЦИПЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАЩИТЫ ОТ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ
Все виды РЗ от однофазных замыканий на землю реагируют на составляющие нулевой последовательности тока I0 и напряжения U0. Простейшим устройством является неселективная сигнализация о появлении замыкания на землю, реагирующая на 3U0. Такое устройство состоит из одного реле повышения напряжения KV0, которое питается напряжением 3U0 от обмоток ТН, соединенных по схеме разомкнутого треугольника (рис.9.5). Подобная неселективная сигнализация устанавливается на шинах РУ 6-35 кВ. Возможен и другой вариант ее исполнения, изображенный на том же рисунке. В этой схеме сигнал о появлении земли дает реле КА0, включенное в нулевой провод вольтметров контроля изоляции фаз сети, показания которых позволяют определить поврежденную фазу.
Селективная сигнализация должна дополняться РЗ, способной определять, на каком участке сети возникло замыкание на землю. В качестве селективных применяются токовые ненаправленные и направленные РЗ, реагирующие на составляющие НП.
Все применяемые РЗ можно подразделить на четыре группы защиты, реагирующие:
1) на естественный емкостный ток сети (такой способ РЗ
возможен только при отсутствии компенсации или при наличии перекомпенсации емкостного тока сети);
2) на токи НП, создаваемые искусственным путем;
3) на токи высших гармоник, возникающие в поврежденной ЛЭП при резонансной компенсации емкостных токов в установившемся режиме;
4) на токи переходного режима, возникающие в первый момент замыкания.
17 Виды повреждений и ненорм режимов
Виды повреждений. Основными видами повреждений в трансформаторах и автотрансформаторах являются: замыкания между фазами внутри кожуха трансформатора (трехфазного) и на наружных выводах обмоток; замыкания в обмотках между витками одной фазы (витковые замыкания); замыкания на землю обмоток или их наружных выводов; повреждения маг> нитопровода трансформатора, приводящие к появлению местного нагрева и "пожару стали". Опыт показывает, что КЗ на выводах и витковые замыкания в обмотках происходят наиболее часто. Междуфазные повреждения внутри трансформаторов возникают значительно реже. В трехфазных трансформаторах они хотя и не исключены, но маловероятны вследствие большой прочности междуфазной изоляции. В трансформаторных группах, составленных из трех однофазных трансформаторов, замыкания между обмотками фаз практически невозможны.
При витковых замыканиях (рис. 16.1) токи, идущие к месту повреждения от источников питания, могут быть небольшими. Чем меньше число замкнувшихся витков wa, тем меньше будет ток 7К, приходящий из сети.
Для ограничения размера разрушения РЗ от повреждений в трансформаторе должна действовать быстро (t = 0,05 + 0,1 с).
Защита от повреждений. В качестве таких РЗ применяются токовая отсечка, дифференциальная и газовая защиты.
На трансформаторах мощностью 200 MB • А и более предусматривается автоматическое пожаротушение водой.
Все изложенное далее в равной мере относится к трансформаторам и автотрансформаторам. Особенности РЗ автотрансформаторов будут оговариваться особо.
Виды ненормальных режимов. Наиболее частым ненормальным режимом работы трансформаторов является появление в них сверхтоков, т. е. токов, превышающих номинальный ток обмоток трансформатора. Сверхтоки в трансформаторе возникают при внешних КЗ, качаниях и перегрузках. Последние возникают вследствие самозапуска электродвигателей, увеличения нагрузки в результате отключения параллельно работающего трансформатора, автоматического подключения нагрузки при действии АВР и т. п.
Внешние КЗ. При внешнем КЗ, вызванном повреждением на шинах трансформатора или неотключившимся повреждением на отходящем от шин присоединении, по трансформатору проходят токи КЗ 1К > 1Ном, которые нагревают его обмотки сверх допустимого значения, что может привести к повреждению трансформатора. В связи с этим трансформаторы должны иметь РЗ от внешних КЗ, отключающую трансформатор.
Защита от внешних КЗ осуществляется при помощи МТЗ, МТЗ с блокировкой минимального напряжения, дистанционной РЗ, токовых РЗ нулевой и обратной последовательностей. В зону действия РЗ от внешних КЗ должны входить шины подстанций (I участок) и присоединения, отходящие от этих шин (II участок). Эти РЗ являются также резервными от повреждений в трансформаторе.
Перегрузка. Время действия РЗ от перегрузки определяется только нагревом изоляции обмоток. Масляные трансформаторы допускают длительную перегрузку на 5%. В аварийных режимах допускается кратковременная перегрузка в следующих пределах:
Кратность перегрузки 1,3 1,6 1,75 2 3
Допустимое время перегрузки, мин . . 120 45 20 10 1,5
Из этих данных видно, что перегрузку порядка (1,5-2) /ном можно допускать в течение значительного времени, измеряемого десятками минут. Наиболее часто возникают кратковременные, самоликвидирующиеся перегрузки, неопасные для трансформатора ввиду их непродолжительности, например перегрузки, вызванные самозапуском электродвигателей или толчкообразной нагрузкой (электропоезда, подъемники и т. п.). Отключения трансформатора при таких перегрузках не требуется. Более длительные перегрузки, вызванные, например, автоматическим подключением нагрузки от АВР, отключением параллельно работающего трансформатора и др., могут быть ликвидированы обслуживающим персоналом, который располагает для этого достаточным временем. На подстанциях без дежурного персонала ликвидация длительной перегрузки должна производиться автоматически от РЗ отключением менее ответственных потребителей или перегрузившегося трансформатора.
Таким образом, РЗ трансформатора от перегрузки должна действовать на откючение только в том случае, когда перегрузка не может быть устранена персоналом или автоматически.
Повышение напряжения. Опасное для трансформаторов повышение напряжения возникает в сетях 500-1150 кВ при одностороннем отключении длинных ЛЭП с большой емкостной проводимостью. Повышение напряжения вызывает увеличение магнитной индукции в магнитопроводе трансформатора, вследствие чего нарастают ток намагничивания и вихревые токи. Эти токи нагревают обмотки и сердечник трансформатора, что может привести к повреждению изоляции обмоток и "пожару железа" сердечника. Чем больше уровень напряжения, тем меньше время, в течение которого оно допускается.
Неполнофазный режим. На автотрансформаторах (AT) предусматриваются РЗ от неполнофазного режима, возникающего при отключении (или включении) не всеми фазами сторон высшего (ВН) или среднего (СН) напряжений. Эта РЗ должна действовать на отключение AT. Необходимость установки такой РЗ обусловлена возможностью отключения в указанном режиме второго, параллельно работающего AT той же подстанции.
Понижение уровня масла в баке трансформатора ниже уровня обмоток, что возможно при течи в баке или резком понижении температурь! наружного воздуха, может привести к повреждению обмотки.
18 Газовая защита
азовая защита (ГЗ) устанавливается на трансформаторах (автотрансформаторах) и реакторах с масляным охлаждением, имеющих расширители. Применение ГЗ является обязательным на трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью 6300кВА и более, а также на трансформаторах мощностью 1000-4000кВА, не имеющих диф.защиты или ТО, и если МТЗ имеет выдержку времени 1сек. и более. На трансформаторах мощностью 1000-4000кВА применение ГЗ при наличии другой быстродействующей защиты допускается, но не является обязательным. Применение ГЗ является обязательным также для внутрицеховых трансформаторов мощностью 630кВА и выше, независимо от наличия других быстродействующих защит.
Действие ГЗ основано на том, что всякие, даже незначительные повреждения, а также повышение нагрева внутри бака трансформатора вызывают разложение масла и органической изоляции, что сопровождается выделением газа. Интенсивность газообразования и химический состав газа зависят от характера и размеров повреждения. Поэтому защита выполняется так, чтобы при медленном газообразовании подавался предупредительный сигнал, а при бурном – ГЗ действовала на отключение. Бурным газообразованием обычно сопровождается К.З. внутри бака трансформатора. Кроме тог ГЗ действует на сигнал на отключение или только на сигнал при опасном понижении уровня масла в баке трансформатора или автотрансформатора. ГЗ является универсальной и наиболее чувствительной защитой трансформаторов и автотрансформаторов от внутренних повреждений. Она реагирует на такие опасные повреждения как замыкания между витками обмоток, на которые не реагируют другие виды защит из-за недостаточной величины тока при этом повреждении.
ГЗ осуществляется с помощью специальных газовых реле, которые подразделяются на поплавковые, лопастные и чашечные. Газовое реле представляет собой металлический кожух, врезанный в маслопровод между баком трансформатора и расширителем. Реле заполнено маслом. Кожух имеет смотровое стекло со шкалой, с помощью которой определяется объем скопившегося в реле газа. На крышке газового реле имеется краник для выпуска воздуха и взятия пробы газа для его анализа, а также расположены контакты для подключения кабеля.
Поплавковые реле
У поплавковых реле внутри кожуха укреплены на шарнирах два поплавка, представляющие собой полые металлические цилиндры. На поплавках укреплены ртутные контакты, соединенные гибкими проводами с выводными зажимами на крышке реле. Ртутный контакт представляет собой стеклянную колбочку с впаянными в ее вертикальную часть двумя контактами. Колбочки содержат небольшое количество ртути, которая в определенном положении колбочки замыкает между собой контакты, чем создается цепь через реле.
При скорости движении потоков газа и масла порядка 0,5м/с нижний поплавок, находящийся на пути потока опрокидывается и происходит замыкание его ртутных контактов в цепи отключения. Благодаря тому, что при К.З. в трансформаторе сразу возникает бурное газообразование, ГЗ производит отключение с небольшим временем 0,1-0,3сек. Отключающий элемент работает также при большом понижении уровня масла в корпусе реле. ПГ-22 – поплавковое реле.
Лопастное реле
У лопастных реле сигнальный элемент выполнен также, как у поплавковых, а отключающий состоит из поплавка и поворотной лопасти, механически связанных с общим ртутным контактом, действующем на отключение.
Чашечные реле
У чашечных реле вместо поплавков используется открытые металлические чашки и вместо ртутных контактов обычно открытые контакты, работающие непосредственно в масле
Нормально, когда корпус реле полностью заполнен маслом, при этом верхняя и нижняя чашки тоже заполнены маслом и удерживаются в исходном состоянии пружинами.
19 Токовая отсечка трансф
Токовой отсечкой называется быстродействующая максимальная токовая защита с ограниченной зоной действия. Применительно к понижающим трансформаторам в зону действия отсечки входит только часть обмотки трансформатора со стороны ВН, где включены реле отсечки (рис. 5-1). При к.з. за трансформатором (точка К\) отсечка ни в коем случае не должна
приходить в действие. Это условие обеспечивается тем, что ток срабатывания отсечки выбирается большим, чем максимальный ток к. з. в точке К\. Благодаря этому токовая отсечка трансформатора не может сработать и при к. з. на отходящих линиях НН (точка /Сг) и, следовательно, может быть выполнена без выдержки времени.
Из рассмотрения принципа действия токовой отсечки видно, что селективность (избирательность) ее работы обеспечивается только выбором тока срабатывания по условию
(5-1)
где /к3)Макс. вн—максимальное значение тока трехфазного к. з. за трансформатором, т. е. вне зоны действия отсечки, приведенного к стороне ВН, где установлена отсечка A; kH — коэффициент надежности, значения которого зависят от типа применяемых токовых реле: 1,3—1,4 —для реле типа РТ-40 и примерно 1,6 — для реле РТ-80 (ИТ-80) и РТМ [5].
Ток /к. макс. вн определяется при максимальном режиме питающей системы (когда сопротивление системы имеет минимально возможное значение), а для трансформаторов РПН дополнительно следует принимать и минимально возможное значение сопротивления защищаемого трансформатора при крайнем положении его регулятора напряжения (§ 2-5).
Ток срабатывания токовых реле отсечки (уставка) определяется по выражению, общему для всех вторичных токовых реле, т. е. реле, включенных через трансформаторы тока:
(5-2)
где /с. о — первичный ток срабатывания отсечки, выбранный по условию (5-1); пт — коэффициент трансформации трансформаторов тока ТТ на стороне ВН трансформатора; коэффициент схемы при симметричном режиме, показывающий, во сколько раз ток в реле защиты (отсечки) больше, чем вторичный ток трансформаторов тока.
Для схемы соединения трансформаторов тока в звезду &Сх=1 для всех видов к. з. (рис. 5-2, а). Для схемы соединения трансформаторов тока на разность токов двух фаз (рис. 5-2, б) при симметричном нагрузочном режиме и при трехфазном к. з.
= л/з; но для двухфазных к. з. А — В и В — С значение kcx = 1. Из сравнения этих схем, применяемых для выполнения отсечки трансформаторов 6—35 кВ, видно, что при одинаковых значениях /с. о и пт ток срабатывания (уставка) токовых реле в схеме рис. 5-2, б, по условию (5-2), получится в раз большим, чем для схемы рис. 5-2v а. Это имеет очень большое значение при оценке чувствительности, которая осуществляется с помощью так называемого коэффициента чувствительности
(5-3)
где /р. мин — минимальное значение тока в реле при металлическом двухфазном к. з. на выводах ВН защищаемого трансформатора (точка К на рис. 5-2), А; /с. р — ток срабатывания реле (уставка), вычисленный по условию (5-2).
Значение kч по Правилам [1] должно быть равно примерно 2.
Для схемы на рис. 5-2, а при всех вариантах двухфазного к. з. и для схемы на рис. 5-2, б при к. з. между фазами А и В, В и С kcx = 1 и, следовательно,
(5-4)
где /^мин — минимальное значение первичного тока при трехфазном к. з. на выводах ВН защищаемого трансформатора, вычисленное при наибольшем сопротивлении питающей системы.
20 Защита от перегрузки
Перегрузка трансформаторов (автотрансформаторов) обычно бывает симметричной. Поэтому защита от перегрузки выполняется с помощью МТЗ, включенной на ток одной фазы. Защита действует с выдержкой времени на сигнал, а на необслуживаемых подстанциях – на разгрузку или отключение трансформатора. На двухобмоточных трансформаторах защита о перегрузки устанавливается со стороны основного питания. На трехобмоточных трансформаторах при двухстороннем питании – со стороны основного питания и со стороны обмоток, где питание отсутствует, а при трехстороннем питании – со всех трех сторон. На автотрансформаторах с трехсторонним питанием защита от перегрузки устанавливается со стороны основного питания КА1, со стороны высшего напряжения КА2 и со стороны выводов обмотки автотрансформатора к нулевой точке (нейтрали) КА3 для контроля за перегрузкой общей части обмотки. Кроме того, на повышающих автотрансформаторах с трехстороннем питанием устанавливается защита от перегрузки стороны среднего напряжения КА4 в режиме когда в обмотке НН нет тока. Необходимость этой защиты вызвано тем, что в таком режиме пропускная мощность автотрансформатора снижается. Защита КА4 вводится в действие контактом реле КА5, который замыкается при исчезновении тока в обмотке НН.
21.Максимальная токовая защита с пуском по напряжению
Структурная схема максимальной токовой защиты с пусковым органом напряжения (Н <) показана на рис. 8-10, а. При к.з. на шинах НН напряжение на пусковом органе //< резко снижается, что приводит к его срабатыванию. В это же время через трансформатор проходит ток к. з., вызывающий срабатывание токового измерительного органа (выполненного двумя или тремя реле, как показано на рис. 8-1). Одновременное срабатывание органов //< и Г>, включенных по логической схеме И, приводит к запуску органа выдержки времени В и к отключению трансформатора. В других случаях увеличения тока через трансформатор (самозапуск электродвигателей нагрузки или подключение дополнительной нагрузки) напряжение на шинах НН снижается не столь значительно, как при к.з., пусковой орган НС при правильной его настройке не срабатывает и защита не может действовать на отключение даже при условии срабатывания токового органа 7'>.
Рис. 8-10. Структурная схема максимальной токовой защиты с пуском по напряжению (а) и схема комбинированного пускового органа
напряжения (б)
Очевидно, что применение пускового органа напряжения позволяет не отстраивать ток срабатывания максимальной защиты от токов самозапуска и перегрузки, т. е. не учитывать коэффициент kc*n в выражении (8-1), а условие (8-2) вообще не использовать. Для современных максимальных токовых защит с электромеханическими реле, имеющих пуск по напряжению, ток срабатывания может приниматься без специального расчета равным 1,5 /ном 7> Это примерно в 2—3 раза меньше, чем для максимальных защит без пуска по напряжению, установленных на трансформаторах, питающих двигательную нагрузку. Таким образом, пуск по напряжению делает максимальную токовую защиту значительно более чувствительной к к. з. на шинах НН (СН) и к к. з. в сети, т.- е. в основной зоне и в зоне резервирования. Поэтому пусковой орган напряжения устанавливается практически на всех понижающих трансформаторах 110—220 кВ, а также на трансформаторах 35 кВ, питающих двигательную нагрузку. В последние годы пуск по напряжению применяется и для защит трансформаторов 6 (10) кВ, питающих нагрузку, в основном состоящую из асинхронных электродвигателей, участвующих в самозапуске [29].
Пуск по напряжению осуществляется, главным образом, с помощью комбинированного пускового органа (рис. 8*10,6), выполненного с одним минимальным реле напряжения / (типа РН-50), включенным на междуфазное напряжение, и одним фильтром-реле напряжения обратной последовательности 2 (типа РНФ-1М), разрывающим своим контактом цепь обмотки минимального реле 1 [1]. Реле / может использоваться с размыкающим или замыкающим контактом в зависимости от построения схемы защиты.
Комбинированный пусковой орган работает следующим образом. В нормальном режиме размыкающий контакт реле 2 замкнут и через него подано напряжение на обмотку реле 1. При несимметричном к. з. появляется напряжение обратной последовательности, срабатывает реле 2 и размыкает свой контакт в цепи реле /, в результате чего реле / теряет питание, возвращается и переключает свои контакты в положение «на складе». Этим осуществляется пуск максимальной токовой защиты. При симметричжж (трехфазном) к. з. реле 2 не срабатывает, но напряжение снижается на всех фазах, в том числе и на тех, на которые включено реле /, поэтому оно возвратится, если напряжение снизится ниже его напряжения возврата (обычно 0,5—0,6 номинального). Комбинированный пусковой орган напряжения показан в полной схеме защиты трансформатора на переменном оперативном токе на рис. 10-1.
В ряде случаев вместо комбинированного пускового органа напряжения применяется пусковой орган, состоящий из трех минимальных реле напряжения, включенных на три междуфазные напряжения, размыкающие контакты которых включены параллельно, т. е. по схеме ИЛИ (рис. 4-4). Три реле необходимы для того, чтобы пусковой орган надежно действовал при всех сочетаниях двухфазного к. з.: А—В, В—С, С—А, поскольку лишь напряжение между замкнувшимися фазами снижается до нуля
23. Схема дифференциальной токовой отсечки, выполненной на максимальных реле тока типа РТ-40 (без специальных устройств для выравнивания вторичных токов). Схема приведена на рис. 40,а. Выбор тока срабатывания производится по выражениям (41)-(46).
Рис. 40. Схема дифференциальной токовой отсечки трансформатора со схемой соединения обмоток Y/∆-11, выполненная на реле типа РТ-40 (а) и расчетная схема к примеру выбора тока срабатывания дифференциальной отсечки (б\
Для примера рассчитывается дифференциальная токовая отсечка трансформатора ТМ-4000/10, напряжением 10/6,3 кВ, мощностью 4 MB -А; напряжение КЗ Uk = 7,5%. Максимальное и минимальное значения тока при трехфазном КЗ за трансформатором одинаковы: 2600 А, отнесенных к напряжению 10 кВ. Номинальные токи трансформатора, определенные по выражениям (2) и (3), равны 231 А — для стороны ВН и 367 А — для стороны НН.
Выбираются ТТ с коэффициентом nт.т. = 400/5 для обеих сторон, но с учетом схемы соединения ТТ на стороне ВН в треугольник, вторичный номинальный ток в этом плече защиты I2ном.вн. = 5 А (231*5*1,73/400), в другом — I2ном.нн = 4,59 А (367*5/400). Значения этих токов указаны на расчетной схеме (рис. 40,6).
Ток небаланса определяется по выражениям (44) — (46):
Ток срабатывания защиты по условию отстройки от тока небаланса по выражению (41) будет Iс.з. = 1,3*863= 1122 А или 486% номинального тока трансформатора. При таком токе срабатывания также обеспечивается отстройка (несрабатывание) этой защиты при БТН в момент включения трансформатора под напряжение.
Ток срабатывания реле по выражению (22)
Коэффициент чувствительности по выражению (42)
где Iр.= 1,5*2600/ (400/5) = 48,7 А — ток в реле ТДА или ТДС (рис. 40, а) при двухфазном КЗ за трансформатором со схемой соединения обмоток Y/∆-11 (см, векторную диаграмму рис, 2, д). Коэффициент чувствительности для этой схемы может быть вычислен и по первичным токам:
Несмотря на то, что значение коэффициента чувствительности соответствует требуемому [1], дифференциальная защита, имеющая, как правило, ток срабатывания, в 4—5 раз превышающий номинальный ток трансформатора, не может считаться эффективной. Более чувствительную дифференциальную защиту можно выполнить на реле серии РНТ-560
24. Принципиальные схемы дифференциальной защиты с реле РНТ-565 (см. гл. 3) приведены на рис. 9-7 и 9-8.
Быстронасыщающийся трансформатор реле РНТ-565 является одновременно и промежуточным трансформатором для компенсации неравенства вторичных токов в плечах дифференциальной защиты и имеет для этой цели специальные уравнительные обмотки. Ток во вторичной обмотке БНТ, к которой подключено реле, определяется суммарным магнитным потоком в сердечнике, который создается как рабочей, так и уравнительными обмотками. Для того чтобы при прохождении через трансформатор сквозного тока нагрузки или к. з. ток во вторичной обмотке был равен нулю, необходимо правильно включить рабочую и уравнительные обмотки в дифференциальную схему и так подобрать число витков обмоток, чтобы компенсировать неравенство вторичных токов трансформаторов тока и установить необходимый ток срабатывания.
При выполнении дифференциальной защиты двухобмо-точного трансформатора (рис. 9-7) цепи от трансформаторов тока с обеих его сторон присоединяются к уравнительным обмоткам У1 и У2 так, чтобы при прохождении через трансформатор сквозного тока токи в уравнительных обмотках были направлены встречно. В принципе для компенсации неравенства вторичных токов трансформаторов тока можно было бы использовать только одну уравнительную обмотку БНТ. Однако при использовании обеих обмоток обеспечивается более точная компенсация неравенства вторичных токов.
Расчет дифференциальной защиты производится в следующей последовательности:
1) Определяется ток срабатывания защиты по первому условию по формуле (9-3), при коэффициенте надежности отстройки,
Определяется расчетный ток небаланса по формуле (9-11) и ток срабатывания по второму условию по формуле (9-5). Принимается большее значение тока срабатывания защиты Iс з.
2) Определяются первичные токи для всех обмоток защищаемого трансформатора (автотрансформатора), соответствующие номинальной мощности наиболее мощной обмотки трансформатора или проходной мощности автотрансформатора при среднем положении устройства регулирования напряжения, и вторичные токи в плечах дифференциальной защиты.
3) Определяется вторичный ток срабатывания, отнесенный к стороне с большим вторичным током:
где nT1— коэффициент трансформации трансформаторов тока с большим вторичным током.
4) Определяется расчетное число витков обмоток БНТ со стороны с большим вторичным током, которая называется основной:
где —суммарное число витков рабочей и первой уравнительной обмоток с основной стороны; 100 — намагничивающая сила срабатывания реле РНТ-565, А.
В соответствии с имеющимися на обмотках отпайками для регулирования числа витков принимается ближайшее меньшее к значение, которое может быть установлено на рабочей и первой уравнительной обмотках в сумме или на одной из этих обмоток полностью. Таким образом, установленное число витков с основной стороны в общем случае равно:
5) Определяется расчетное число витков со стороны с меньшим вторичным током, которая называется неосновной, из условия, чтобы при прохождении через трансформатор сквозного тока ток во вторичной обмотке В был равен нулю. Это условие выполняется, когда равен нулю суммарный магнитный поток в сердечнике БНТ, что имеет место при равенстве нулю магнитодвижущих сил, создаваемых его обмотками, т. е. при условии
В соответствии с имеющимися отпайками для регулирования числа витков второй уравнительной обмотки принимается ближайшее меньшее или большее значение, которое может быть установлено на этой обмотке,
6) После расчета чисел витков обмоток БНТ и подбора отпаек вычисляется по формуле (9-9) ток небаланса, вызванный неточной компенсацией вторичных токов, и суммарный расчетный ток небаланса по формуле (9-10). Затем по формуле (9-5) вновь определяется ток срабатывания дифференциальной защиты, и если он получился больше определенного в п. 1, то необходимо вновь пересчитать числа витков обмоток БНТ. Расчет повторяется до тех пор, пока ток срабатывания, определенный с учетом Iз.нб.расч станет равным или меньше тока срабатывания, определенного предыдущим расчетом.
7) Определяется коэффициент чувствительности при к. з. в зоне дифференциальной защиты при условиях, когда ток к. з. Iк.з.мин имеет наименьшее значение. В соответствии с рекомендациями [Л. 76] коэффициент чувствительности можно определять (упрощенно) по полному току к. з., отнесенному к основной стороне по формуле:
где Iср1 — вторичный ток срабатывания, отнесенный к основной стороне и определяемый по формуле (9-13);
Здесь Iк.з.мин — полный ток в месте к. з. в минимальном режиме.
Коэффициент чувствительности должен быть не менее двух.
При выполнении дифференциальной защиты трехобмо-точного трансформатора или автотрансформатора вначале аналогично предыдущему определяются первичные токи со всех сторон, соответствующие номинальной мощности наиболее мощной обмотки трансформатора или проходной мощности автотрансформатора, определяются вторичные токи в соответствующих плечах дифференциальной защиты и выявляется сторона с большим током.
Трансформаторы тока стороны с большим вторичным током, которая также называется основной (например, обмотка III на рис. 9-8), присоединяются непосредственно к рабочей обмотке Р, а трансформаторы тока двух других неосновных сторон присоединяются к уравнительным обмоткам У1 и У2.
Расчет дифференциальной защиты трехобмоточного трансформатора (автотрансформатора) производится в следующей последовательности:
1) Определяются токи срабатывания защиты по первому и второму условиям по формулам (9-3) и (9-5) соответственно. При этом расчетный ток небаланса определяется по формуле (9-11). По результатам расчетов принимается большее значение тока срабатывания I с.з.
2) Определяется вторичный ток срабатывания, отнесенный к основной стороне по формуле (9-13).
3) Определяется расчетное число витков рабочей обмотки по формуле (9-14). В соответствии с имеющимися отпайками для регулирования числа витков рабочей обмотки принимается ближайшее меньшее к значение
4) Определяются числа витков уравнительных обмоток исходя из условия равенства нулю суммарного магнитного потока в сердечнике БНТ аналогично двухобмоточному трансформатору.
Так, если отключена обмотка II, то указанному условию удовлетворяет равенство
откуда расчетное число витков первой уравнительной обмотки равно:
Аналогично, считая отключенной обмотку I, получаем формулу для определения расчетного числа витков второй уравнительной обмотки:
В соответствии с имеющимися отпайками для регулирования чисел витков уравнительных обмоток принимаются ближайшие меньшие или большие значения, которые могут быть установлены на этих обмотках
5) Вычисляется по формуле (9-9) расчетный ток небаланса, вызванный неточной компенсацией вторичных токов, и суммарный расчетный ток небаланса по формуле (9-10). Затем аналогично расчету двухобмоточного трансформатора производится пересчет тока срабатывания и определяется коэффициент чувствительности по формуле (9-16).
25. Упрощенная схема дифференциальной защиты с реле ДЗТ-11 (для одной фазы) приведена на рис. 6-8. На трехстержневом магнитопроводе НТТ, аналогичном тому, который применен в реле серии РНТ, помимо первичной обмотки разделенной на секции wyPi и Wyp2t и вторичной обмотки w2y расположенной на двух крайних стержнях, имеется еще тормозная обмотка кут, расположенная на тех же крайних стержнях. Тормозная обмотка включается в одно из плеч защиты и при внешнем к.з. по ней проходит вторичный ток к.з. Эта обмотка осуществляет «магнитное» торможение, т. е. автоматическое увеличение тока срабатывания защиты (загрубление) по мере увеличения тормозного тока /т, равного вторичному току к. з. Загрубление реле вызывается тем, что ток /т дополнительно насыщает магнитопровод НТТ реле ДЗТ, при этом ухудшается трансформация первичного тока НТТ в его вторичную обмотку w2 и, следовательно, уменьшается ток в исполнительном органе НО.
Зависимость тока срабатывания реле от тормозного тока называется тормозной характеристикой. Для реле с магнитным торможением тормозная характеристика представляется в виде зависимости магнитодвижущей силы, создаваемой рабочей обмоткой НТТ (wр на рис. 6-9, а) при прохождении по ней рабочего тока /Р (FP = Wplp), от магнитодвижущей силы, создаваемой тормозной обмоткой wT при прохождении по ней тормозного ТОКа /т == /2 к. макс. вн (Ft — WtI% к. макс. вн) . Тормозные характеристики реле ДЗТ-11 представлены на рис. 6-9, б [19].
Рис. 6-8. Упрощенная схема дифференциальной защиты трансформатора на реле с НТТ и магнитным торможением серии ДЗТ-10 (для одной фазы) о>р и о>т — первичные рабочая и тормозная обмотки; w% — вторичная обмотка; ИО — исполнительный орган (реле РТ-40)
Из принципиальной схемы (рис. 6-9, а) видно, что при внешнем к. з. по тормозной обмотке проходит вторичный ток к. з., а по рабочей— ток небаланса, который намного меньше, что следует из выражений (6-4) — (6-7). Для обеспечения надежного несрабатывания защиты при внешнем к. з. число витков тормозной обмотки [5, 22, 23]
(6-9)
где /к. макс. вн — периодическая составляющая максимального тока к. з. на той стороне трансформатора, где включена тормозная обмотка, А; /нб — ток небаланса (первичный), определенный по выражениям (6-4) — (6-7), А; Дор — расчетное число витков рабочей обмотки реле на той стороне, где включена тормозная обмотка; kн — коэффициент надежности, принимаемый равным 1,5; tg а = FP/FT — тангенс угла наклона к горизонтальной оси (абсцисс) касательной, проведенной из начала координат к тормозной характеристике, соответствующей минимальному торможению (кривая 2 на рис. 6-9, б), для реле ДЗТ-11 принимается в пределах 0,75— 0,8 [19].
На рис. 6-9, б область, расположенная ниже характеристики 2, является областью надежного несрабатывания защиты (показан разомкнутый контакт реле). Область, расположенная на 10% выше характеристики 1, является областью надежного срабатывания защиты (показан замкнутый контакт реле).
В реле серии ДЗТ-10 (как и в ранее выпускавшемся аналогичном реле ДЗТ-1) отсутствует короткозамкнутая обмотка, имеющаяся в реле серии РНТ. Поэтому реле серии ДЗТ-10 несколько хуже отстроены от броска тока намагничивания при включении трансформатора под напряжение. И по условию надежной отстройки от броска этого тока необходимо устанавливать ток срабатывания дифференциальной защиты с реле серии ДЗТ-10 не менее чем 1,5/НОм тР [2, 22 и 23].
Для обеспечения надежности срабатывания дифференциальной защиты при к. з. в зоне действия на понижающих трансформаторах тормозная обмотка реле ДЗТ-11 (и ДЗТ-1) должна всегда включаться со стороны, противоположной питающей, т. е.
Рис. 6-9. Гокораспределение в дифференциальной защите с торможением (для одной фазы) при внешнем к. з. (а) и тормозные характеристики реле ДЗТ-11 (б)
на стороне НН и СН. Тогда при к.з. в зоне действия защиты торможения не будет.
Условия и примеры расчета уставок дифференциальной защиты с реле ДЗТ-11 (ДЗТ-1) приведены в работах [5 и 23].
Полные схемы дифференциальной защиты трансформаторов с реле ДЗТ-11. Типовые схемы дифференциальных защит понижающих трансформаторов с реле этой серии разработаны в Руководящих указаниях [23]. В дополнение к ним в работе [22] была предложена схема включения тормозной обмотки реле ДЗТ-11 (ДЗТ-1) на сумму токов сторон НН и СН трехобмоточных трансформаторов (рис. 6-10). В этой широко применяемой сейчас схеме тормозная обмотка обтекается током как при внешнем к.з. на стороне ННУ так и при внешнем к.з. на стороне СН. При к. з. в зоне торможение отсутствует.
Для тех случаев когда тормозная обмотка вынужденно включается на сторону, где есть питающий источник, необходимо, кроме расчетного определения чувствительности защиты с учетом торможения [23], произвести проверку надежности
срабатывания реле ДЗТ-11 при к.з. в зоне действия [22 или 5].
Схема включения трех реле типа ДЗТ-11 дифференциальной защиты трехобмоточного трансформатора приведена на рис. 6-11.
Рис. 6-10. Принципиальная схема включения рабочей (шр), уравнительных (a>ypi и Wyp2) и тормозной (дот) обмоток реле ДЗТ-11 на трехобмоточном трансформаторе (для одной фазы)
Тормозная обмотка у всех реле ДЗТ-11 включена в соответствии с рис. 6-10. При этом не предполагается питания трансфор-
Рис. 6-11. Принципиальная схема включения трех реле ДЗТ-11 (ТДТА, ТДТВ, ГДГС) дифференциальной защиты трехобмоточного трансформатора
26 Дифференциальная защита трехобмоточного трансформатора.
27 Дифференциально-фазная высокочастотная защита линий.
28 Направленная защита линий с высокочастотной блокировкой.
29 Особенности, учитываемые при выполнении дифференциальной защиты трансформаторов
30 Реле ДЗТ-11 , его конструкция и назначение отдельных элементов.
Назначение
Реле серии ДЗТ-11, ДЗТ-11/2, ДЗТ-11/3, ДЗТ-11/4 предназначены для дифференциальной защиты одной фазы силовых трансформаторов. Реле ДЗТ-11/5 предназначены для дифференциальной защиты генераторов переменного тока. Реле обеспечивают торможение от одной группы измерительных трансформаторов тока (т.е. имеют по одной тормозной обмотке).
Конструкция
Реле состоит из исполнительного органа РТ-40, промежуточного насыщающего трансформатора тока, смонтированных на общем основании и закрытых прозрачным кожухом.
Обозначение согласно условной структуре
ДЗТ – ХX - Х4
1 2 3
1 - защита трансформаторов дифференциальная;
2 - разработка согласно условному номеру: 11, 11/2, 11/3, 11/4, 11/5;
3 - один из видов исполнения по климату, либо «УХЛ», либо «О».
Рис. 1. Упрощенные схемы реле а — РНТ; б — ДЗТ
31. РНТ-565
Реле дифференциальной защиты серий РНТ и ДЗТ содержат в комплекте на фазу исполнительный орган в виде электромагнитного токового реле серии ЭТ-520 или РТ-40 (для модернизированных реле) и один (реле РНТ, ДЗТ-1, ДЗТ-11) или несколько (ДЗТ-3, ДЗТ-13, ДЗТ-4, ДЗТ-14 и т. п.) насыщающихся трансформаторов тока (HTT) . Конструктивно исполнительный орган и НТТ одной фазы встроены в общий кожух. Магнитопровод НТТ выполнен трехстержневым, сечение его среднего стержня в 2 раза больше сечения крайних стержней.
У реле РНТ на средних стержнях трансформатора (рис. 1,а) размещаются первичные обмотки ω1, включаемые в дифференциальную цепь. Все первичные обмотки выполнены секционированными, с отводами, что позволяет осуществить на реле выравнивание действия токов плеч дифференциальной защиты и выполнить ступенчатую регулировку тока срабатывания. На среднем γ и правом β стержнях размещена короткозамкнутая обмотка. Соединение частей короткозамкнутой обмотки выполнено таким образом, что внутри окна сердечника, расположенного между стержнями γ и β, ток в витках обеих частей направлен в одну сторону. У реле РНТ-562, РНТ-563, РНТ-563/2 и РНТ-564 обе части короткозамкнутой обмотки ωκγ и ωκ3 выполнены с отводами, что позволяет ступенчато регулировать степень отстройки реле от переходных токов с апериодической слагающей. У реле PHT-565, PHT-566, РНТ-566/2 и РНТ-567 короткозамкнутая обмотка выполнена без отводов, а регулировка степени отстройки от переходных режимов производится изменением активного сопротивления, включенного в цепь этой обмотки. На левом стержне НТT (a) размещается вторичная обмотка ω2 , питающая исполнительный орган, причем у модернизированных реле для увеличения м. д. с. срабатывания параллельно исполнительному органу (реле РТ-40) включается регулируемое активное сопротивление. Изменение чисел витков первичных и короткозамкнутых обмоток производится перестановкой штепсельных винтов на коммутаторе НТТ. Цифры, стоящие у гнезд первичных обмоток, обозначают числа витков, которые включаются штепсельными винтами при установке последних в эти гнезда. У реле РНТ-562 — РНТ-564 гнезда коммутатора короткозамкнутой обмотки имеют буквенные обозначения Л, Б, В, Г, и штепсельные винты должны включаться в гнезда с одноименными буквами. Наименьшее число витков короткозамкнутой обмотки включается при установке штепсельных винтов в гнезда А — А, наибольшее — при установке винтов в гнезда Г — Г (последнее дает наибольшую отстройку реле от переходных токов с апериодической слагающей). При установке штепсельных винтов в одноименные гнезда (А — А, Б — Б, В — В, Г — Г) отношение витков частей короткозамкнутой обмотки остается неизменным (ωкβ/ωκγ = 2), благодаря чему м. д. с. срабатывания реле также не меняется. При установке штепсельных винтов в разноименные гнезда существенно меняются параметры реле (см. здесь). У реле РНТ-565 — РНТ-567 наибольшая степень отстройки от переходных режимов будет при rк = 0. Все реле серии РНТ различаются в основном исполнением первичных обмоток (числом обмоток, количеством витков, отводов и сечением проводов) и имеют, как было описано выше, некоторое различие в исполнении короткозамкнутых и вторичных обмоток.
30 ДНТ-11, его конструкция.
У реле ДЗТ средние стержни трансформатора охватываются первичными (рабочими) обмотками (рис. 1,б), которые выполняются аналогично первичным обмоткам реле РНТ, причем у реле типов ДЗТ-З, ДЗТ-3/2, ДЗТ-4 и ДЗТ-13, ДЗТ-13/2, ДЗТ-14 первичные обмотки выполнены общими, охватывающими средние стержни соответственно трех и четырех НТТ. У каждого трансформатора реле ДЗТ на крайних стержнях a и b размещены катушки тормозной обмотки ωτ включаемой в плечо дифференциальной защиты. Обе катушки тормозной обмотки выполнены с отпайками, что позволяет ступенчато регулировать степень отстройки реле от периодических токов небаланса при внешних коротких замыканиях. Наибольшая степень отстройки (коэффициент торможения) будет при включении всех витков тормозной обмотки. Намотка тормозных катушек выполнена таким образом, что при всех переключениях (изменениях) чисел тормозных витков каждый стержень охватывается одинаковым числом витков тормозной обмотки. Например, при установке штепсельных винтов в гнезда коммутатора тормозной обмотки с цифрами 2 и 6 на каждом крайнем стержне НТТ включается по 8 витков тормозной обмотки. Вторичные обмотки ω2 каждого НТТ также поровну размещены па крайних стержнях. Все вторичные обмотки одного реле соединяются параллельно и подключаются к исполнительному органу, причем у модернизированных реле ДЗТ для увеличения м. д. с. срабатывания параллельно каждой вторичной обмотке включается регулируемое активное сопротивление. Соединение частей тормозной и вторичной обмоток НТЧ выполнено таким образом, что взаимоиндукция между этими обмотками отсутствует, а есть трансформаторная связь только между первичной и вторичной обмотками. Все реле серии ДЗТ различаются числом НТТ, исполнением первичных и тормозных обмоток, а также есть некоторое различие в исполнении вторичных обмоток.
32 Защита тупиковой линии.
Схема защиты тупиковой линии
Краткое описание работы схемы:
- при срабатывании ТО замыкаются контакты КА1 и КА2, реле времени с выдержкой времени замыкает свои контакты КТ1, подавая сигнал на отключение Q1. действие фиксирует КН1
- при срабатывании МТЗ, замык. КА3, КА4 и с выдержкой времени КТ3 подает сигнал на откл.
- при срабатывании дистанционной защиты, реле KZ2, KZ2, KZ3 замык. И с выдержкой времени подает сигнал на KL2, которое замык. цепь откл. Q1.
- при действии направленной токовой защиты НП срабатывают KW и КА6 и с выдержкой времени КТ5 подает сигнал на отключение Q1.
|
33 .Виды повреждений и ненормальные режимы работы генераторов |
|
К электрическим повреждениям относятся однофазные и многофазные замыкания в обмотках статора и замыкания на землю. Опасность для генератора при повреждениях в обмотке статора – это дуга. Дуга, перекинувшись на корпус статора, вызывает оплавление активной стали корпуса. Может потребоваться серьезный ремонт. Замыкание на землю в одном месте цепи возбуждения непосредственной опасности не представляет, однако возникновение пробоя в втором месте приводит к тяжелому повреждению. В этом случае необходима быстрая ликвидация аварии. Основные ненормальные режимы работы: сверхтоки при внешних К.З., перегрузка, потеря возбуждения, недопустимое увеличение напряжения (для гидрогенераторов). Особенно опасны для генераторов внешние несимметричные К.З. и несимметричные перегрузки. Повреждение обмотки статора Многофазные К.З. относятся к наиболее тяжелым повреждениям генератора. Они сопровождаются большими токами, в несколько раз превышающие номинальный ток. Для защиты от м.ф.К.З. на всех генераторах мощностью выше 1000кВт при наличии выводов отдельных фаз со стороны нейтрали устанавливается продольная дифференциальная защита, действующая на отключение генератора. На генераторах малой мощности устанавливаются более простые защиты: МТЗ, токовая отсечка, устанавливаемые со стороны выводов генератора, а также автоматы и плавкие предохранители. Однофазные замыкания на землю (корпус генератора) в крупных генераторах напряжением 2кВ и выше, работающих с изолированной нейтралью, сопровождаются в месте повреждения прохождением небольших токов по сравнению с токами многофазных К.З. Однако длительное протекание тока и горение дуги в месте замыкания на корпус генератора могут привести к выгоранию изоляции и значительному оплавлению стали статора, после чего придется проводить продолжительные ремонты. На основании опыта эксплуатации и специальных испытаний установлено, что при повреждениях в обмотке статора ток замыкания на землю до 5А не приводит к значительному повреждению стали. Поэтому при токах меньше 5А защита от о.ф.К.З. ан землю действует, как правило, на сигнал, а при токах превышающих 5А – на отключение. Генераторы мощностью 150МВт и более при замыканиях на землю должны немедленно автоматически отключаться. Работа генераторов мощностью меньше 150МВт допускается при наличии замыкания на землю обмотке статора до 2 часов, а в исключительных случаях до 6 часов (когда К.З. не в обмотке статора). На генераторах малой мощности напряжением 500В, работающих с заземленной нулевой точкой, защита от о.ф.К.З. действует на отключение. витковые замыкания, как правило, сопровождаются однофазными или многофазными К.З. обмотки статора. Повреждение обмотки ротора Замыкания на землю в одной точке цепи возбуждения не оказывает влияния на нормальную работу генератора, ток в месте повреждения не проходит и симметрия магнитного поля не нарушается. Однако наличие одного замыкания на землю уже представляет некоторую опасность для генератора, т.к. в случае замыкания на землю во второй точке цепи возбуждения часть обмотки окажется замкнутой накоротко. Замыкание на землю в двух точках цепи возбуждения сопровождается сильной вибрацией из-за несимметрии магнитного потока. Дуга в месте замыкания может привести к значительному повреждению обмотки ротора и стали ротора. Из-за сильной вибрации замыкание в двух точках цепи возбуждения особенно опасно для синхронных машин с выступающими полюсами, какими являются гидрогенераторы и синхронные компенсаторы. Вследствие этого на генераторах с выступающими полюсами и на синхронных компенсаторах устанавливается защита от замыканий в одной точке цепи ротора, а от замыканий в двух точках такие генераторы и СК должны быть выведены из работы. Синхронные машины без выступающих полюсов (турбогенераторы) с косвенным охлаждением обмоток ротора в большинстве случаев могут работать некоторое время при наличии двойного замыкания на землю в цепи возбуждения без существенных повреждений. Поэтому турбогенератор остается в работе при наличии на нем замыкания в цепи возбуждения водной точке и на нем устанавливается защита от двойного замыкания в цепи ротора, которая у большинства машин с косвенным охлаждением обмоток включается с действием на сигнал. Ненормальные режимы Перегрузка статора током больше номинального влечет за собой перегрев и разрушение изоляции обмотки, что может, в конечном счете, привести к м.ф.К.З. и замыканию на землю. В эксплуатацию все больше внедряются мощные турбогенераторы с непосредственным или как говорят, с фразированным охлаждением обмоток, в которых охлаждающая среда (водород или вода) циркулирует внутри токоведущих стержней, благодаря чему обеспечивается лучше охлаждение и более высокие плотности тока. Эти генераторы допускают значительную меньшую перегрузку, чем генераторы с косвенным охлаждением. Для того, чтобы дежурный персонал своевременно принял меры к разгрузке генератора, устанавливается токовая защита от перегрузки, действующая на сигнал. Для предотвращения повреждения генератора в случае, если К.З. не будет отключено защитами линий или трансформаторов, служит МТЗ с пуском или без пуска по напряжению, действующая на отключение генератора. Наиболее тяжелые последствия для генератора могут иметь место при внешних несимметричных К.З. В этом случае неравенство токов в фазах статора вызывает повышенный нагрев ротора и вибрацию генератора, что может привести к его повреждению. Защита генератора от внешних несимметричных К.З. и несимметричных режимов (несимметричное включение выключателя) осуществляется токовой защитой обратной последовательности, действующей на сигнал и на отключение. |
34 Продольная защита генератора
Основной защитой генератора от м.ф.К.З. в обмотки статора является продольная диф.защита. В настоящее время на генераторах, работающих на шины генераторного напряжения, применяются, главным образом, две схемы продольной диф.защиты. В первой из них, которая применяется на генераторах мощностью меньше 30 МВт, используются два токовых реле и 4 ТТ.
Недостатком этой схемы защиты является то, что она не будет срабатывать при двойном замыкании на землю (одно в сети, другое в обмотке статора) на фазе, не имеющей ТТ. Для отключения генератора в этом случае предусматривается дополнительное токовое реле в схеме защиты от замыканий на землю, действующее без выдержки времени на отключение. Поэтому продольная диф.защита может быть выполнена в двух фазах только на генераторах, имеющих защиту от замыканий на землю, действующую на отключение и обеспечивающую отключение генератора без выдержки времени при двойных замыканий на землю.
Если генератор не имеет защиты от замыканий на землю, действующей на отключение, продольная диф.защита должна устанавливаться в трех фазах.
Для повышения надежности защиты генераторов мощностью выше 30МВт продольна диф.защита на них выполняется, как правило, в 3-х фазном исполнении независимо от того имеется защита от замыканий на землю или нет.
Расчет уставок продольной диф.защиты.
Ток срабатывания продольной диф.защиты выбирается по условию отстройки от тока небаланса, проходящего в реле при внешних К.З.:
где кн – коэффициент надежности равный 1,2-1,3;
Iнб.расч. – наибольшее значение тока небаланса при внешнем К.З. или асинхронном ходе. Определяется согласно следующему выражению:
кап – коэффициент апериодичности, учитывающий дополнительную погрешность ТТ в переходном процессе и принимается равный 1 при использовании реле РНТ-565 и 1,5-2 для защит с реле РТ-40 или с реле прямого действия РТМ;
кодн – коэффициент однозначности, принимаемый равный 0,5;
fi – относительная величина погрешности ТТ равная 0,1;
IК.З.max – периодическая составляющая тока К.З. (при t=0), которая проходит по ТТ при внешнем металлическом К.З. на шинах генераторного напряжения.
Для уменьшения тока небаланса подбирают ТТ с одинаковыми характеристиками намагничивания. С этой же целью рекомендуется выравнивать сопротивления диф.защиты подбором соответствующих сечений жил соединительных кабелей и включать последовательно с токовыми реле добавочные сопротивления 5-10 Ом. Для уменьшения тока небаланса и повышения чувствительности диф.защиты наиболее целесообразно использовать реле с БНТ.
Для сигнализации обрыва токовых цепей диф.защиты в нулевой провод включается токовое реле КА1, ток срабатывания которого устанавливается равным (0,2-0,3)Iном.
Продольная диф.защита генератора во всех случаях должна обеспечивать кч>2 при К.З. на выводах генератора:
Расчетный ток К.З. определяется для двух режимов: повреждение при обычно работающем генераторе (ток только от генератора) и повреждение генератора включаемого методом самосинхронизации, когда ток к месту К.З. подходит только от сети. По наименьшему определяется кч.
35. Поперечная диф. защита. Схема, расчет.
Для защиты генераторов, имеющих две параллельные ветви и более, применяется специальная поперечная дифференциальная защита, которая реагирует на разность токов, проходящих в параллельных ветвях обмотки статора. Принцип действия защиты такой же, как у поперечной дифференциальной (восьмерочной) защиты параллельных линий. В нормальном режиме в параллельных ветвях проходят равные токи и в реле попадает только ток небаланса. При замыкании между витками одной из параллельных ветвей равенство токов нарушается и реле срабатывает.
Рис. 3.2. Схема поперечной дифференциальной защиты: а — цепи защиты; б — фильтр гармоник, кратных трем.
На рис. 3.2 показана схема однорелейной поперечной дифференциальной защиты. В этой схеме токовое реле подключено к ТТ, установленному в цепи между двумя нулевыми точками соединенных в звезду параллельных ветвей обмотки статора. В нормальном режиме, когда токи в обеих параллельных ветвях равны, а сумма токов в каждой звезде равна нулю, ток в реле не проходит. При возникновении виткового замыкания в одной из ветвей равенство токов нарушается и в реле проходит ток, под действием которого оно срабатывает. С целью повышения чувствительности токовое реле включается через фильтр ZF для отстройки от воздействия гармоник, кратных трем, наличие которых обусловлено искажением формы кривой ЭДС генератора. В результате ток срабатывания реле при частоте 150 Гц (третья гармоника) примерно в 10 раз превышает ток срабатывания при частоте 50 Гц.
Защита выполняется без выдержки времени. Поперечная дифференциальная защита так же, как и продольная, должна действовать на отключение всех выключателей генератора, на гашение поля, а также на останов турбины. Кроме своего основного назначения — защиты от витковых замыканий, поперечная дифференциальная защита может также в некоторых случаях срабатывать и при многофазных КЗ, резервируя продольную дифференциальную защиту. Ток срабатывания поперечной дифференциальной защиты отстраивается от максимального тока небаланса, который может проходить в реле при внешних КЗ, и принимается равным:
Рекомендуется при наладке и в условиях эксплуатации производить уточненный расчет с учетом действительных токов небаланса.
36.Защита от замыканий на землю обмотки статора. Схема, расчет уставок. ТНШП - конструкция, принцип действия.
Назначение защиты. Для уменьшения тока замыкания на землю в сети генераторного напряжения, что существенно повышает надежность эксплуатации генераторов и кабельных сетей, генераторы напряжением 3 кВ и выше, как правило, работают с изолированной нейтралью.
При однофазном замыкании на землю на выводах генератора ток в месте замыкания равен:
Если замыкание на землю возникнет не на выводах статора, а на расстоянии w витков от нулевой точки генератора, ток в месте замыкания будет равен.
где w ¤ w S отношение числа замкнувшихся витков к общему числу витков обмотки статора. Таким образом, при замыкании на землю фазы статора ток в месте повреждения пропорционален числу замкнувшихся витков и значению емкости присоединенной сети.
|
37.Токовые защиты генераторов от внешних КЗ и перегрузки |
МТЗ с блокировкой по напряжениюМТЗ с блокировкой по напряжению выполняется аналогично линейной защите этого типа. Реле KV1 – это реле минимального действия типа РН-50 (работает при 3-х ф.К.З.). Вместо одного реле KV1 может быть три, включенные на Uл. Реле KV2 – это реле максимального действия типа РНФ-1 (работает при 2-х ф.К.З.). Реле KT2- реле термического действия. В зону действия защит от внешних К.З. должно входить: генератор, сборки шин и отходящие от них присоединения. Защита действует на отключение генератора и АГП. Защита не должна работать при перегрузках и качаниях. Расчет уставок. Ток срабатывания: где кн – коэффициент надежности равный (1,1-1,2); кв – коэффициент возврата. Напряжение срабатывания реле KV1: Напряжение срабатывания реле KV2 принимается минимально возможным (обычно порядка 6В). Выдержка времени у МТЗ устанавливается на одну-две ступени выше выдержки времени защит трансформаторов и линий, отходящих от шин генератора напряжения. МТЗ от перегрузкиЗащита от перегрузки выполняется на одном токовом реле, т.к. перегрузка имеет место во всех трех фазах. Для того, чтобы защита не сработает при кратковременных перегрузках, в схему введено реле времени KT2 (см. рис.12.6). Расчет уставок. Ток срабатывания: где кн – коэффициент надежности равный 1,05. Выдержка времени устанавливается больше выдержки времени МТЗ генератора. На гидростанциях без постоянного дежурного персонала защита от перегрузки выполняется с двумя выдержками времени: с меньшей на снижение тока возбуждения для уменьшения тока статора и с большей – на отключение генератора.
38.Защита от замыканий на землю в одной точкеДля периодического контроля состояния изоляции цепей возбуждения используется вольтметр, один зажим которого связан с землей, а второй поочередно подключается к полюсам ротора. Если изоляция хорошая, то замеры в обоих случаях близки к нулю. На генераторах и синхронных компенсаторах рекомендуется устанавливать специальную защиту, действующую на сигнал. Защита такого типа может применяться на гидрогенераторах при емкости цепи возбуждения относительно земли не более 0,5 мкФ. К цепи возбуждения через конденсатор С подключается вторичная обмотка промежуточного трансформатора Тр, в цепь которой включено токовое реле КА, имеющее специальные обмоточные данные. |
На станциях обычно имеется один общий комплект защиты, который и подключается к генератору, имеющему замыкание на землю в одной точке.
Рассмотрим работу защиты типа КЗР-2.
Подключение производится вручную рубильником Р при появлении одного замыкания на землю в цепи ротора. Движки R1 и R2 устанавливают ток так, чтобы на вольтметре V было минимальное напряжение. Реле KV1 и KV2 – это поляризованное реле (необходимо два реле , т.к. реле такого типа работают только при определенной полярности). Из-за неравномерности воздушного зазора генератора в обмотке ротора циркулирует переменный ток, который может проходить по обмоткам реле KV1 и KV2. Для снижения влияния переменного тока на работу реле в схему защиты введены дроссель Д и конденсатор С. Защита работает с выдержкой времени. После срабатывания выходное реле защиты KL самоудерживается и подает импульс либо на отключение, либо на сигнал. Недостатком рассмотренной схемы является наличие у нее “мертвой зоны”, т.к. чем ближе второе замыкание к первому, тем меньший ток протекает по реле. При первом замыкании на кольцах защита вообще работать не будет.
|
40.Защита ротора генератора от перегрузки |
|
Перегрузка обмотки ротора мощных турбогенераторов с непосредственным охлаждением не допускается. для предотвращения перегрузки предусматривается специальная защита, а также выполняется ограничение длительности форсировки возбуждения. Наиболее полноценная защита ротора от перегрузки может быть осуществлена с помощью реле, имеющего характеристику, зависимую от тока ротора. На генераторах мощностью 160МВт и более применяется устройство защиты типа РЗР-1М с двумя ступенями действия – первая, действующая на развозбуждение генератора, и вторая – на отключение его от сети и на гашение поля. Реле KV – типа РН-53/400, у которого демонтирован выпрямительный мост. |