Релейная защита и автоматика электрических сетей

Разработала Государственный комитет Российской Федерации по рыболовству

МУРМАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Методические указания и контрольные задания для студентов специальности 101600 «Энергообеспечение предприятий»

заочной формы обучения

Мурманск 2005

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА изучения курса «Релейная защита и автоматика электрических

сетей»

Введение

Краткие сведения об основных системах электроснабжения промышленных предприятий, городов и сельского хозяйства. Требования к надежности их работы и бесперебойному электроснабжению потребителей. Роль релейной защиты и электроавтоматики в обеспечении безаварийной работы потребителей.

Виды повреждений и ненормальных режимов работы в системах электроснабжения и поведение синхронных и асинхронных машин при этих режимах. Основные требования, предъявляемые к устройствам релейной защиты и электроавтоматики. Учет экономических условий при выполнении устройств релейной защиты, электроавтоматики и телемеханики.

РАЗДЕЛ 1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ

1 .Элементы устройств защиты и автоматики в электроснабжении

Назначение предохранителей, автоматических выключателей (автоматов) и релейной защиты. Области применения предохранителей; автоматов и релейной защиты. Общая структурная схема устройства релейной защиты, звенья устройств релейной защиты.

Общие сведения о типах реле в устройствах релейной защиты и о принципах их работы, о технических свойствах отдельных аппаратов.

Источники оперативного тока для питания цепей релейной защиты и автоматики. Условия работы постоянного и переменного тока в оперативных цепях защиты и автоматики.

2. Трансформаторы тока и напряжения для релейной защиты

Трансформаторы тока в устройствах релейной защиты, условия их работы при разных режимах, требования к точности их работы. Схемы соединений вторичных обмоток трансформаторов тока и реле в устройствах релейной защиты. Векторные диаграммы токов и реле при разных видах повреждений сети.

Трансформаторы напряжения в устройствах релейной защиты. Схемы соединения вторичных обмоток в зависимости от назначения и

схемы релейной защиты. Емкостные делители напряжения. Фильтры напряжения обратной и нулевой последовательности.

3. Графическое выполнение схем релейной защиты и автоматики

Изображение соединения элементов в виде свернутых, развернутых и структурных схем. Изображение типов релейной защиты и автоматики.

РАЗДЕЛ II. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

4. Релейная защита одиночных линий в радиальной сети с одним
источником питания

Максимальная токовая защита - принцип действия. Основные органы защиты. Определение величин тока и выдержки времени срабатывания защиты. Чувствительность защиты. Резервирование при отказе в срабатывании защиты. Схемы выполнения защиты с независимой от тока характеристикой выдержки времени и с ограниченно-зависимой от тока характеристикой выдержки времени. Области применения защиты линий с независимой и ограниченно-независимой характеристикой. Принципиальные схемы защиты от междуфазовых коротких замыканий на постоянном и переменном оперативном токе. Заземление нулевой точки трансформатора на подстанциях. Принципы выполнения защиты в цепях с большими и малыми токами замыкания на землю от замыканий фазы на землю. Построение карты селективной защиты в сети при наличии на последовательных участках релейной защиты, а также релейной защиты и предохранителей. Повышение чувствительности защиты путем применения комбинированной защиты по току и напряжению. Ускорение отключения короткого замыкания путем применения токовых отсечек. Ускорение отключения короткого замыкания при использовании устройств автоматического повторного включения (АПВ) и автоматического включения резерва (АВР).

5. Релейная защита одиночных линий в кольцевой сети с одним
источником питания и в радиальной сети с двумя и более источниками
питания

Максимальная токовая направленная защита. Основные органы защиты. Определение величины тока и выдержек времени срабатывания защиты. Чувствительность защиты. Каскадное действие защиты. Способы повышения чувствительности защиты. Основные характеристики реле направления мощности. Схемы включения реле направления мощности в устройствах защиты от коротких замыканий

между фазами и фазы на землю. Определение мертвых зон максимальной направленной защиты. Выполнение схем максимальной направленной защиты от коротких замыканий между фазами. Токовые направленные и ненаправленные отсечки для ускорения отключения короткого замыкания.

6. Релейная защита параллельных линий

Дифференциальная (поперечная) направленная защита параллельных линий - принцип действия. Основные органы защиты. Выбор установок защиты. Определение чувствительности защит. Мертвая зона и зона каскадного действия защиты. Особенности выполнения схем дифференциальной направленной защиты.

7. Релейная защита линий с ответвлениями к подстанциям

Особенности защиты одиночных линий с ответвлениями при установке у трансформаторов на подстанциях короткозамыкателей или выключателей.

Особенности защиты параллельных линий с ответвлениями при установке у трансформаторов на подстанциях короткозамыкателей с отделителями или выключателей.

8. Релейная защита линий в сложных сетях с несколькими
источниками питания

Краткие сведения об области применения и принципах действия дистанционной, продольной дифференциальной и высокочастотной защиты линий.

РАЗДЕЛ III. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ЭЛЕКТРООБАРУДОВАНИЯ

9. Защита трансформаторов

Виды повреждений и ненормальных режимов работы трансформаторов, основные требования к защите. Защита предохранителями. Релейная защита от коротких замыканий между фазами, между витками одной фазы и фазы на землю трансформаторов малой мощности (до 1600 кВА). Защита от сверхтоков при внешних коротких замыканиях, защита от перегрузок. Особенности защиты трансформаторов с соединением обмоток «звезда-звезда», с выведенным нулем. Защиты трансформаторов мощностью от 1600 до 6300 кВА. Защита двух - и трехобмоточных трансформаторов мощностью более 6300 кВА. Особенности дифференциальной защиты трансформаторов. Методы расчета защиты.

10. Защита потребителей электрической энергии (приемников)

Виды повреждений и ненормальных режимов работы асинхронных электродвигателей, требования, предъявляемые к их защите. Защита от коротких замыканий между фазами в зависимости от мощности и напряжения. Защита от перегрузки. Защита от замыкания фазы на корпус (на землю). Защита при понижении напряжения.

Защита синхронных электродвигателей. Особенности защиты по
сравнению с защитой асинхронных электродвигателей. Защита ртутно-
выпрямительных и мощных полупроводников агрегатов
преобразовательных установок. Защита трансформаторов

электропечных установок. Защита батареи статических конденсаторов.

РАЗДЕЛ IV. ЭЛЕМЕНТЫ АВТОМАТИЗАЦИИ В СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

11. Автоматическое включение резервного питания и
оборудования (АВР)

Общие положения. Упрощенные схемы первичных соединений и релейной защиты при наличии устройства АВР. Принципы действия и схемы устройства АВР. Расчет настройки реле АВР, АВР линий, трансформаторов, электродвигателей. Частотный пуск устройства АВР. Примеры схемы АВР. Влияния продолжительности перерыва питания на самозапуск электродвигателей. Оценка эффективности АВР.

12. Автоматическое повторное включение (АПВ)

Общие положения о применении устройств трехфазного повторного включения. Трехфазное АПВ, одиночных линий с односторонним питанием - принцип действия и схемы устройств. Трехфазное АПВ линий с двухсторонним питанием. Особенности АПВ линий питающих подстанций без выключателей на стороне высшего напряжения. Упрощение релейной защиты при наличии АПВ. Согласование действия устройств АПВ и релейной защиты. АПВ трансформаторов. АПВ электродвигателей.

13. Автоматическая частотная разгрузка (АЧР)

Общие положения. Причины, вызывающие кратковременные понижение частоты в энергосистеме и их учет при установке устройств АЧР. Назначение устройств АЧР и схема их выполнения. Устройства АЧР в сочетании с АПВ. Дополнительная местная разгрузка после отключения трансформатора связи местной электростанции с системой.

14. Телемеханизация в системе электроснабжения промышленных предприятий

Организация управления системами энергоснабжения; централизация и структура управления; основные задачи диспетчерских служб. Объем телемеханизации-телесигнализации (ТС), телеизмерения (ТИ), телеуправления (ТУ). Сочетание телемеханики и электроавтоматики. Принципы действия устройств ТИ, ТС, ТУ. Аппаратура ТИ, ТС, ТУ на контактных и бесконтактных элементах. Блок-схемы устройств, диспетчерские пункты (ДП), диспетчерские щиты и пульты. Каналы связи для телемеханики и источники питания устройств. Технико-экономический эффект телемеханизации.

Рекомендуемая литература.

Основная:

1 .Чернобровов защита. М., «Энергия», 1974.

2. и Семенов автоматики
энергосистем, М, «Энергия», 1968.

3. , , Соскин и
телемеханизация энергоснабжения промышленных предприятий. М.,
«Энергия», 1969.

Дополнительная:

4. , , С,
Электроснабжение промышленных предприятий. М., «Энергия», 1966.

5. Правила устройств электроустановок, М., «Энергия», 1966.

6. Кукуевицкий, Крупицкий и др. Справочник реле защиты и автоматики, М., «Энергия», 1968.

7. Андреев защита, автоматика и телемеханика в системах электроснабжения. - М.: Высшая школа

8. Федосеев A. M. Релейная защита электроэнергетических систем. Релейная защита сетей. - М: Энергоатомиздат, 1984.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ.

Релейная защита и автоматика способствуют надежному электроснабжению приемников электрической энергии и повышению ее качества. Релейная защита ограничивает разрушения, возникающие при коротких замыканиях, и в сочетании с автоматикой устраняет нарушения нормальных режимов работы приемников. Вследствие быстрого протекания переходных процессов в электрических сетях

возникающие короткие замыкания должны отключаться в течение долей секунды, а на некоторых участках - в течение одной-двух секунд. Такое действие может быть выполнено только автоматически, релейной защитой. Этому виду автоматики уделяют много внимания. Дисциплина «Релейная защита и автоматика» знакомит с принципами работы устройств и с основными способами релейной защиты и автоматизации электроустановок в системе электроснабжения промышленных предприятий, городских сетей и сетей сельскохозяйственного назначения.

Следует сосредоточить внимание на физической сущности задач релейной защиты и автоматики. Для подробного решения отдельных вопросов релейной защиты и автоматики, а также для определения методов расчета и выбора этих устройств можно обратиться к спискам литературы, приведенным в конце рекомендуемых пособий.

В результате изучения курса студент должен хорошо представлять себе задачи, выполняемые релейной защитой и автоматикой в электрических установках, методы решения задач автоматики в зависимости от вида электрооборудования, его значения в системе электроснабжения, от условий его работы, схемы сети, требований к скорости отключения коротких замыканий на разных участках сети и от допустимой длительности перерыва подачи напряжения потребителям. Необходимо понимать принципы работы отдельных устройств релейной защиты и автоматики, области их применения, структурные схемы устройств, а в простых случаях - принципиальные схемы устройств релейной защиты и автоматики. Следует также знать методику расчетов для выбора релейной защиты и автоматики в несложных схемах устройств и определения качественных показателей работы этих устройств.

Контрольных работ две: одна по релейной защите и одна по автоматике.

К лабораторным работам допускают студентов, выполнивших контрольные работы. К экзаменам допускаются студенты, выполнившие лабораторные работы.

Задания на контрольные работы составлены в десяти вариантах. Студент выполняет вариант задания в соответствии с последней цифрой его шифра.

При выполнении заданий следует придерживаться ГОСТ и ЕСКД и применять типовую аппаратуру, выпускаемую советскими заводами. Технические данные приводятся в заводских каталогах и справочниках по релейной защите и автоматике.

Ввиду отсутствия единого учебника или учебного пособия, охватывающего все вопросы программы, в методических указаниях к отдельным темам приведены ссылки на главы и параграфы приведенной литературы.

Во время изучения отдельных тем курса рекомендуется отвечать на вопросы для самопроверки. При затруднениях в процессе изучения материала следует обратиться за консультацией на кафедру.

Приступая к работе, надо уяснить задачу курса, его практическую роль в производстве и распределении электрической энергии и в надежности электроснабжения. Надо представить себе, как изменяются напряжения и токи при разных видах повреждений и как ведут себя при этом синхронные и асинхронные машины. Надо уяснить себе важность сохранения устойчивой работы электродвигателей важнейших приводных механизмов и мероприятий для обеспечения их надежного питания. В соответствии с этим надо представить себе роль релейной защиты, системной автоматики и телемеханики; общие принципы работы каждого из устройств, основные требования к ним в зависимости от условий работы потребителей.

Следует также представить себе учет экономических условий при выполнении устройств релейной защиты и автоматики отдельных звеньев системы электроснабжения. Здесь важно учесть не только соотношение стоимости различных устройств релейной защиты и автоматики, но и влияние перерыва в электроснабжении предприятия, а также влияние изменения напряжения при коротких замыканиях на работу приемников на «здоровых» участках сети.

В большинстве случаев (кроме телемеханизации) удается определить только качественную сторону вопроса.

ВВЕДЕНИЕ

Надо уяснить, что понимают под системой электроснабжения, к чему может привести нарушение питания потребителей электроэнергией в зависимости от их назначения и технологии; какие виды повреждений бывают в электрических сетях и как влияют изменения напряжения и частоты на работу приемников; какова роль предохранителей, релейной защиты и автоматики в повышении надежности электропитания потребителей в общей системе электроснабжения. Необходимо хорошо представить себе, какие требования предъявляются к устройствам; релейной защиты и чем они обусловлены. [1], гл. первая, § 1.1-1.4; [3], гл. первая.

Вопросы для самопроверки.

Что понимают под системой электроснабжения?

Как изменяются величины токов и напряжения; (качественно) при трехфазных и однофазных коротких замыканиях в сети с заземленной и незаземленной нулевой точкой?

Как влияют понижения напряжений при разных видах электрических повреждений на работу асинхронных двигателей?

Почему требуется быстрое отключение короткого замыкания?

Чем обусловлено требование к чувствительности релейной защиты?

Как влияют понижения напряжения и кратковременные его перерывы на работу синхронных электродвигателей?

Что такое избирательность (селективность) защиты?

РАЗДЕЛ 1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И

АВТОМАТИКИ.

Элементы устройства защиты и автоматики в электроснабжении. В этой теме знакомятся с предохранителями, автоматами и областью их применения, со структурой устройства релейной защиты и автоматики и с отдельными элементами этой структуры. Надо понять, что входит в состав устройства релейной защиты, и как нарушение одного звена приводит к отказу в работе всего устройства. Надо обратить внимание на то, что этим устройствам приходится работать в режиме коротких замыканий разных видов; в каждом случае необходима правильная и надежная работа устройств релейной защиты. Отсюда вытекают требования к реле и источникам оперативного тока. Надо ознакомиться с принципами работы и техническими данными реле тока, напряжения, мощности, времени, промежуточных и сигнальных. Следует уделить внимание устройствам и схемам питания оперативных цепей релейной защиты и электромагнитов отключения постоянным, переменным и выпрямленным с помощью блоков питания током, а также схемам с использованием предварительно заряженных конденсаторов [1], гл. первая, § 1.5-1.9; гл. вторая (без выводов формул).

Вопросы для самопроверки.

Почему не удается всюду применять предохранители для защиты от коротких замыканиях?

Какие типы реле применяют в релейной защите и автоматике по принципу действия, назначению, времени действия?

Что такое коэффициент возврата реле и как его определить?

Что такое вторичное реле прямого и косвенного действия?

В чем достоинство применения оперативного переменного тока?

Какими способами можно осуществить действие релейной защиты на оперативном переменном токе?

Трансформаторы тока и напряжения для релейной защиты.

Релейная защита работает в аварийных режимах, в большинстве случаев это при коротких замыканиях в электрической сети и электрооборудовании, поэтому от трансформаторов тока требуется удовлетворительная трансформация токов при протекании больших первичных токов. На работу трансформаторов тока влияют схемы соединения их вторичных обмоток и реле, типы реле и приводов выключателей, а также виды аварийных режимов, так как от этого зависит величина нагрузки, приходящейся на трансформатор тока при работе реле.

Так, например, соединением вторичных цепей трансформаторов тока по схеме неполной звезды вместо соединения на разность токов двух фаз достигается уменьшение нагрузок на каждый из трансформаторов тока. В отличие от трансформаторов тока, питающих измерительные приборы, здесь допустима большая погрешность трансформаторов тока. Обычно считают допустимой погрешность во вторичном токе, не превышающую 10% и в угле 70. Надежность работы устройства защиты в большей мере зависит от работы трансформаторов тока, поэтому надо хорошо представить себе работу разных схем соединений вторичных обмоток и реле при вероятных видах повреждений.

Трансформаторы напряжения, питающие цепи релейной защиты, в нормальных условиях работают в режимах, близких к холостому ходу. В аварийных режимах нагрузка на них возрастает. Однако нет установившихся требований к погрешностям трансформаторов напряжения, хотя они и выходят их класса точности, требующегося при питании измерительных приборов. Здесь важно обратить внимание на схемы соединения вторичных обмоток трансформаторов напряжения в зависимости от назначения и на надежность цепей. В ряде случаев при отсутствии трансформаторов напряжения применяют емкостные делители напряжения. Надо ознакомиться с принципом их действия и со способами отбора напряжения. Поскольку в сетях широко применяются защиты, реагирующие на отдельные симметричные составляющие, необходимо рассмотреть схемы фильтров напряжения нулевой и обратной последовательностей и области их применения [1], гл. третья, § 3.1-3.7; гл. шестая, § 6.1, 6.3-6.6.

Вопросы для самопроверки.

1. Каким требованиям должны удовлетворять трансформаторы тока в устройствах релейной защиты?

2. Какие схемы соединения вторичных обмоток трансформаторов тока и реле применяют в релейной защите? Какие области применения этих схем?

3. Для какой цели вторичные обмотки трансформаторов тока соединяют последовательно?

4. Что такое емкостный делитель напряжения и какова его принципиальная схема?

5. Нарисуйте схему фильтра напряжения нулевой последовательности и укажите величину напряжения на выходе такого фильтра.

Графическое выполнение схем релейной защиты и автоматики.

При графическом выполнении схем релейной защиты и автоматики условные обозначения отдельных элементов устройства должны соответствовать ГОСТ 1624-62. Изображения контактов (замыкающий, размыкающий, двухстороннего действия) соответствуют обеспеченному состоянию воспринимающей системы реле или автомата. Некоторые условные обозначения типов релейной защиты и автоматики приведены в приложении.

РАЗДЕЛ II. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ.

Темы 4-8.

При решении задач релейной защиты и автоматики электрических сетей надо в первую очередь обратить внимание на конфигурацию сети (схему сети) и режим нулевой точки, так как это определяет тип защиты, который надо применить. Большое значение оказывает требование к скорости отключения короткого замыкания. Надо уяснить себе, как выбирают релейную защиту в радиальной сети на одиночных линиях в сетях с большими и малыми токами замыкания на землю, как настраивают эту защиту, чтобы было удовлетворено требование селективности и чувствительности, как ускоряют отключение короткого замыкания; в каких случаях применяют защиту с независимой, а в каких - с ограниченно зависимой характеристикой выдержки времени. Следует обратить внимание на построение принципиальных схем релейной защиты в сетях с изолированной и с заземленной нейтралью, а также на схемы оперативного тока. При питании оперативных цепей от трансформаторов тока надо выяснить, дадут ли последние при коротких замыканиях величину тока, необходимую для действия защиты.

Далее надо знать, какие устройства релейной защиты нужны для отключения короткого замыкания на линии и шинах в кольцевой сети с одним источником питания; на одной из параллельных линий при одностороннем и двухстороннем питании этих линий. В последнем случае надо учесть, имеются ли у понижающих подстанций на стороне высшего напряжения автоматические выключатели или короткозамыкатели с отделителями. При установке защиты, отсечки надо определить зону ее действия, а при применении реле мощности надо определить длину участка, называемого мертвой зоной.

Вопросы для самопроверки.

1. При каких видах повреждения должна действовать на отключение релейная защита в сетях с изолированной нейтралью и как это отражается на принципиальной схеме защиты?

2. Почему электрические сети напряжением 35 кВ в СССР работают с изолированной нейтралью и каковы достоинства этого?

3. Укажите на схеме область работы защиты в своей зоне и в зоне резервирования. Поясните, почему степень чувствительности защиты в резервной зоне меньше, чем в основной.

4. При каких видах повреждения должна действовать релейная защита в сетях с большими токами замыкания на землю и как это отражается на принципиальной схеме защиты?

5. Чем определяется величина ступени выдержки времени в релейной защите?

6. Как определить коэффициент чувствительности защиты на своем участке и на участке резервирования?

7. Как выполняется согласование время-токовых характеристик максимальной токовой защиты с ограниченно-зависимой от тока выдержкой времени?

8. Как выбирается ток срабатывания отсечки на линии с односторонним питанием и как определить зону ее действия?

9. Как выполняется токовая защита от замыкания на землю в кабельной сети с напряжением 6-10 кВ?

10. Почему надо учитывать коэффициент самозапуска в расчете величины тока срабатывания максимальной токовой защиты?

11. В каких случаях требуется ускорение отключения короткого замыкания между фазами и как оно осуществляется?

12. В каких случаях надо применять максимально направленную защиту и как определяют время действия такой защиты в кольцевой сети с одним источником питания?

13. Что такое мертвая зона реле направления мощности и как определить ее протяженность?

14. Что такое каскадное действие защиты и в чем его недостаток?

15. Чем обусловлены токи небаланса в реле дифференциальной защиты?

16. В чем принцип работы дифференциальной направленной защиты параллельных линий?

17. Как определяют ток срабатывания защит линий с напряжением 110 кВ при наличии подстанций, присоединенных ответвлениями с короткозамыкателями и отделителями? Укажите зоны действия защиты.

18. Какие устройства релейной защиты обеспечивают селективное отключение поврежденной линий в сетях сложной конфигурации с несколькими источниками питания?

19. Как отключается короткое замыкание на сборных шинах приемной подстанций, питаемой по двум параллельным линиям?

20. Как понимать чувствительность максимальной направленной
защиты?

21. Как согласовать релейную защиту питающей высоковольтной линии
с защитой предохранителями у трансформатора или отходящей линии?

РАЗДЕЛ III. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

9. Защита трансформаторов.

В этой теме надо уяснить, какие виды электрических повреждений и ненормальных режимов вероятны у силовых трансформаторов и какие виды защиты надо установить в зависимости от мощности трансформатора, схемы соединения его обмоток и схемы сети, от которой он питается. Следует обратить внимание на токораспределение при различных случаях коротких замыканий между фазами первичных и вторичных обмоток трансформаторов при разных схемах соединения этих обмоток. Это важно для определения схемы защиты и ее чувствительности. Защита коротких замыканий между фазами во всех случаях должна действовать без замедления. Надо выяснить, в каких случаях следует применить максимальную токовую защиту и в каких - дифференциальную защиту и как вести расчет защиты, чтобы обеспечить требуемую чувствительность и селективность. При изучении дифференциальной защиты трансформатора надо учесть особенности трансформатора, состоящие в различии по величине и по фазе токов в его обмотках разных напряжений, в большой величине броска тока намагничивания при подаче к трансформатору напряжения - все это приводит к большой величине тока небаланса. Следует уяснить способы устранения и уменьшения величины тока небаланса, способы подбора трансформаторов тока для защиты и выполнения схемы соединения их вторичных обмоток, роль насыщающегося промежуточного трансформатора тока и его работу при переходных процессах в цепях трансформаторов тока. Надо обратить внимание на схемы защиты трансформаторов малой мощности с соединением обмоток звезда-звезда с нулем, на методику расчета и выбора аппаратуры.

Вопросы для самопроверки

Почему токи небаланса в цепях дифференциальной защите трансформаторов больше, чем в дифференциальной защите обмотки статора генератора? Как определяют наибольшую расчетную величину этого тока небаланса?

При каких видах повреждения и ненормальных режимах работы трансформатора работает газовая защита?

Рассмотрите токораспределение и начертите векторные диаграммы токов при двухфазном коротком замыкании на вторичной стороне трансформатора со схемой соединения обмоток λ/∆-11 для случаев питания со стороны звезды и треугольника.

Как выравнивают по величине и фазе вторичные токи в дифференциальной защите двухобмоточного трансформатора со схемой соединения обмоток λ/∆-11?

В каких случаях можно применять для защиты трансформаторов от коротких замыканий токовые отсечки?

В чем достоинство дифференциальной отсечки и в каких случаях ее можно применять?

Как выполняют защиту от замыкания фазы на нуль у трансформаторов со схемой соединения обмоток λ/λ-12 с нулем?

Как учитывается в расчете дифференциальной защиты изменение коэффициента трансформации трансформатора при автоматическом регулировании напряжения под нагрузкой? [1],гл. 16, § 16.1-16.10, 16.12.

Защита потребителей электрической энергии (приемников)

При изучении этой темы надо ознакомиться с вероятными видами повреждений и ненормальных режимов работы асинхронных и синхронных электродвигателей, а также с характером изменения токов при самозапуске электродвигателей и восстановлении напряжения. Надо уяснить, какие типы релейной защиты следует устанавливать у электродвигателей разной мощности и как вести расчет этих защит. Надо представить себе роль защиты минимального напряжения и защиты от перегрузок у электродвигателей. Важно понять, какие изменения величины тока происходят при повреждении статических конденсаторов и какие применяют типы защиты; какие защиты от этих повреждений применяют у трансформаторов печных установок и преобразовательных установок и как вести расчет этих защит. [1], гл. восемнадцатая, § 18.1 №18.10; [5], гл. десятая, § 10.5; 10,6.

Вопросы для самопроверки

Как изменяется пусковой ток электродвигателя в процессе пуска и самозапуска и как это учитывается при выборе и настройке защиты от междуфазовых коротких замыканий?

В каких случаях и как выполняется релейная защита электродвигателей от перегрузки?

В каких случаях и как выполняется у электродвигателей защита минимального напряжения?

Какую защиту применяют у трансформаторов электропечной установки и как ее настраивают?

Какую защиту применяют для батареи статических конденсаторов и как определяют ток срабатывания этой защиты?

По какому принципу можно осуществить защиту синхронного электродвигателя от несинхронного режима?

Как осуществляют защиту электродвигателя с напряжением до 1000 В?

РАЗДЕЛ IV. ЭЛЕМНТЫ АВТОМАТИЗАЦИИ В СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Автоматическое включение резервного питания и оборудования

(АВР)

АВР – одно из простейших устройств автоматики, широко применяемое в системе электроснабжения. Применение его позволяет упростить первичную схему электроснабжения и релейную защиту в этой схеме. Надо уяснить себе сущность подобного упрощения, в чем эффективность применения этого устройства в зависимости от места его применения. Надо знать, на каком принципе строится схема этого устройства, как выбирается уставка реле, какова продолжительность перерыва подачи напряжения при работе устройства АВР в определенной схеме и как влияет эта продолжительность на самозапуск электродвигателей. При ознакомлении с принципиальной схемой этого устройства надо обратить внимание на то, осуществляется резервирование от того же источника питания или от другого. [1], гл. вторая, § 2.1-2.11.

Вопросы для самопроверки

1. Какие требования предъявляются к схеме устройства АВР
трансформаторов, питающих разные секции шин, а также работающих
параллельно, и как выполняются эти схемы?

2. Какие факторы надо учитывать при выборе уставок реле напряжения устройства АВР и выдержки времени?

3. Чем определяется необходимая длительность задержки в отпадении якоря реле "РОВ"?

4. Как влияет длительность перерыва в подаче напряжения на самозапуск электродвигателей?

5. Как осуществляется схема АВР линии, питаемой от другого источника?

6. Как осуществляется АВР ответственного по технологии
электродвигателя?

Автоматическое повторное включение (АПВ)

Рекомендуется ознакомиться со статическими данными повреждаемости линии и восстановления нарушенной изоляции после снятия напряжения. Эти данные служат доказательством эффективности обратного включения отключившейся линии или трансформатора. Следует уяснить себе условия работы выключателей разных типов при неуспешном повторном включении, а также работу устройств релейной защиты в сочетании с устройствами АПВ. Надо знать принципы работы устройства, допускающие однократное или двухкратное включение; необходимо уяснить схемы устройств при одностороннем питании от

одного или разных генерирующих источников. Следует уделить внимание устройствам несинхронного АВП, а также вопросам ускорения действия релейной защиты до и после АВП.

При изучении схем устройств АВП с контролем отсутствия напряжения или наличия синхронизма следует ознакомиться со способами отбора напряжения для питания этих реле. Надо понять, при каких условиях допускается обратное включение отключившегося трансформатора. [2], гл. первая, § ; 1.6-1.11; 1.14; 1.15.

Вопросы для самопроверки

Какие требования предъявляются к устройствам АВП?

Как достигается однократность действия устройства АВП?

Каковы условия допустимости несинхронного АВП?

В чём особенность схем устройства АВП с контролем наличия синхронизма?

Как влияет условие телемеханизации подстанции на схему АВП?

При каких условиях действует устройство АВП трансформаторов?

Какие известны способы отбора напряжения на линии для питания реле контроля отсутствия напряжения и контроля синхронизма?

Как определяют выдержку времени действия устройства АВП линии с двухсторонним питанием, но от одного генератора?

Как определяют установку времени устройства АВП линии, питающей подстанции на ответвлении, без выключателей с отделениями?

10. Как выполняют ускорение действия защиты до АВП?

13. Автоматическая частотная загрузка (АЧР)

Это устройство автоматики работает при дефиците генерирующей мощности в энергосистеме для предотвращения аварийного понижения частоты. Надо понимать, как ведут себя разные потребители при понижении частоты, как это отражается на технологии производства и для чего применяется это устройство автоматики; как осуществляется схема АЧР и как обеспечивается автоматическое обратное включение отключившихся приёмников (применение АВП и АЧР). В системе электроснабжения промышленных предприятий и сельского хозяйства может быть применена местная разгрузка. Надо понять, для чего это делается, по какой схеме и при каких отклонениях параметров электроэнергии. [2], гл. шестая, § 6.1-6.7.

Вопросы для самопроверки

1. Для чего автоматически отключают часть потребителей при понижении частоты?

2. По какому закону происходит изменение частоты в системе при дефиците мощности и от чего зависит скорость понижения частоты?

3. Что такое регулирующий эффект нагрузки и как его определяют?

4. Как определить величину мощности, отключаемой одной очередью устройства АЧР?

5. Для чего применяют местную разгрузку по частоте и в каких случаях?

6. Каковы примерные значения частоты, при которых
начинают работать устройства АЧР, и при каких условиях происходит
обратное включение отключившихся приёмников?

14. Телемеханизация в системе электроснабжения
промышленных предприятий

В системе электроснабжения телемеханика значительно расширяет возможность автоматизации. Надо изучить организацию управления в системах электроснабжения и роль автоматизации и телемеханизации в повышении эффективности управления. Надо знать объём телемеханизации, способы осуществления телеизмерения, телесигнализации и телеуправления и технические средства осуществления телемеханизации. Следует обратить внимание на устройство диспетчерских щитов и пультов и местоположение диспетчерских пунктов. [3], гл. вторая, § 2.1-2.4; гл. третья, § 3.8; гл. восьмая, § 8.1-8.4.

Вопросы для самопроверки

Перечислите устройства телемеханики по выполняемым ими функциям и расскажите о работе этих устройств.

Какие способы телеизмерения вы знаете, чем они характеризуются?

Объясните принцип действия время-импульсной системы телеизмерения.

Что такое кодоимпульсная система телеизмерения?

Нарисуйте блок-схему многоканальной телеизмерительной системы с частотным разделением.

Изложите требования к объёму телемеханизации (ТИ, ТУ, ТС).

От какого источника осуществляется питание устройств ТУ, ТС, ТИ?

Какие разновидности мнемонических схем применяют на диспетчерских щитах? В чём их достоинства и недостатки?

Из каких элементов состоит устройство ВРТ-Ф? Нарисуйте его структурную схему.

В чём состоит распределительный принцип избирания?

Нарисуйте блок-схему ТУ и ТС с частотным и временным разделением.

На каком принципе работают бесконтактные распределители?

Задание по последней цифре шифра

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

Контрольное задание 1

Задача. Для заданного участка сети выбрать принципы (типы) релейной защиты линий и трансформаторов с напряжением 37-10-6 кВ согласно требованиям устройств электроустановок [6]; выбрать установки этих защит, составить трёхлинейную схему защиты линии или трансформатора для схемы соответствующего варианта в таблице 1 и на рисунках 1-10; на схеме участка сети указать типы принятых защит и их уставки, а также трансформаторы тока и напряжения. Работу выполнить в указанном далее объёме.

Произвести расчёт токов при трёхфазных коротких замыканиях; выбрать необходимые трансформаторы тока и напряжения; выбрать тип устройств защиты и обосновать их чувствительность согласно [6], а в трёхлинейной схеме защиты линии или трансформатора выбрать типы реле и привести на схеме спецификацию требующейся аппаратуры. В пояснительной записке следует привести список использованной литературы: [1], [5], [6] и справочники.

Указания. Перед тем как приступить к расчётам, надо внимательно изучить схему участка сети, её конфигурацию и представить себе, какие могут быть ремонтные и аварийные схемы питания потребителей. Это поможет правильно наметить условные точки коротких замыканий и определить расчётные схемы, при которых ток, протекающий по защищаемому элементу, будет наибольшим, и схемы, при которых он будет иметь наименьшее значение. При расчёте токов короткого замыкания надо привести все сопротивления к базисным условиям, т. е. к базисной мощности и базисному напряжению. Целесообразно принять за базисную мощность короткого замыкания на шинах 37 кВ подстанции 1, но это не обязательно. Удобно все расчёты токов вести на том напряжении, на котором устанавливаются защиты; в большинстве предложенных здесь схем это будет 37 кВ. Так как нейтраль в сети напряжением до 37 кВ изолирована, то выбирают релейную защиту только от многофазных коротких замыканий, а при замыкании фазы на землю действует сигнализация об этом повреждении.

В связи с этим токи вычисляют для симметричного короткого замыкания (для t=0) и принимают их неизменяющимися во времени, а ток при двухфазном коротком замыкании вычисляют по формуле:

Результаты расчётов тока желательно свести в таблицу, как показано в [5], с обязательным указанием расчётной схемы и напряжения, к которому приведены токи.

Выбор типов защиты надо начинать с выяснения возможности применения простейших устройств, при этом учесть вид оперативного тока подстанции. На подстанциях с оперативным переменным током следует выяснить возможность применения реле с ограниченно-зависимой от тока выдержкой времени по простейшей схеме.

Рекомендуемые условные обозначения типов защит приведены в приложении. На схеме должна быть расшифровка принятых условных обозначений или указано, что условные обозначения приняты такие, как в приложении к методическому пособию. Пример размещения устройств релейной защиты участка электрической сети показан в [4].

Контрольное задание №2

ЗАДАЧА 1. Выбрать схему и определить уставки реле устройства автоматического включения резервного питания (АВР) секций шин, трансформатора или линии соответственно одному из вариантов схемы рисунках 11-15 и исходным данным, приведены в таблице 2

УКАЗАНИЯ. При решении задачи следует составить принципиальную схему устройства АВР со спецификации требующей аппаратуры, выбрать уставки реле в схеме, указать основные условия действия устройства и определить мощность самозапускающихся (или количество) асинхронных короткозамкнутых электродвигателей, питаемых от секции шин трансформатора после включения резервного питания, из условия, что начальное значение восстанавливающегося напряжения на шинах, от которых питается нагрузка, не ниже величины указанной в таблице 2.

При расчёте принять, что источник энергии, питающий шины, к которым присоединены трансформаторы или реактированные линии, имеют не ограниченно большую мощность ().

Работу представить в виде пояснительной записки, которая содержит краткое описание работы устройства АВР с расчётом установок реле и самозапуска асинхроных электродвигателей.

ЛИТЕРАТУРА: [2], гл. вторая. Устройство АВР. [2], 189 с. Расчёт самозапуска электродвигателей.

21 Таблица 1 - Исходные данные по вариантам

23 Продолжение таблицы 1 - Исходные данные по вариантам

Таблица 3

Задача 2. Разработать схему автоматического повторного включения (АПВ) линии электропередачи для одного из вариантов схем риси данных, приведенных в таблице 3. Типы установленных релейных защит и их установки рассмотрены в контрольной работе №1. Выбрать тип устройства АПВ, составить принципиальную схему с указанием требующейся аппаратуры, выбрать уставку реле времени устройства и привести условия работы этого устройства, а так же краткое описание работы. [2], [3], гл. третья.

Оглавление.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА----................................. 3

Раздел 1. Общие вопросы релейной защиты и автоматики---- 3

Раздел 2. Релейная защита электрических сетей------- 4

Раздел 3. Релейная защита электрооборудования- 6

Раздел 4. Элементы автоматизации в системе электроснабжения------- 6

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ------ 9

Раздел 1. Общие вопросы релейной защиты и автоматики--- 12

Раздел 2. Релейная защита электрических сетей.................................. 14

Раздел 3. Релейная защита электрооборудования--- 17

Раздел 4. Элементы автоматизации в системе электроснабжения----- 19

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ------- 23