Файл: Шаповалов, Б. Т. Электрооборудование насосных станций учебное пособие.pdf

зовите основные термины, относящиеся к плавким предохранителям, и поясните их. 5. Каковы назначение и принцип действия разъединителей? 6. Что представ­ ляют собой выключатели нагрузки и в каких случаях они применяются? 7. Для чего используются короткозамыкатели и отделители? Приведите пример схемы с их использованием. 8. Как устроен многообъемный масляный выключатель без

ройствах? 10. Как устроены и работают малообъемные выключатели, для какой цели в них используется масло? 11. Каковы преимущества малообъемных масля­ ных выключателей по сравнению с многообъемными? 12. Как действуют и когда применяются воздушные выключатели, работающие при напряжении 35 кВ

иболее? 13. По каким параметрам выбирают разъединители и выключатели и как их проверяют на устойчивость при коротких замыканиях? Составьте таблицы для их выбора. 14. Для какой цели используют приводы в разъединителях и вы­ ключателях, какие существуют типы приводов этих аппаратов? 15. Каково на­ значение, изоляторов различных типов и какие требования к ним предъявляются, как выбирают и проверяют изоляторы на устойчивость при коротких замыка­ ниях? 16. Рассмотрите несколько конструкций сборных шин и поясните принятые конструктивные решения. 17. Как выбирают силовые кабели и как проверяют их на устойчивость при коротких замыканиях? 18. Что представляют собой реакторы

идля какой цели их используют? 19. Каковы основные параметры трансформа­ торов тока, какие их конструкции Вам известны? Почему при протекании тока по первичной обмотке трансформатора тока нельзя размыкать цепь его вторичной обмотки? 20. Для чего используют измерительные трансформаторы напряжения, как они работают и по каким основным параметрам их выбирают? Назовите из­

вестные Вам конструкции этих трансформаторов.

Г Л А В А VI

РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА, БЛОКИРОВКА И СИГНАЛИЗАЦИЯ

§44. НАЗНАЧЕНИЕ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ

КНЕЙ ТРЕБОВАНИЯ

Влюбой электрической системе, например на шинах электриче­ ской станции, на линии электропередачи, в электродвигателе при­

вода насоса на насосной станции и во всевозможных электрических аппаратах могут возникать различного рода повреждения и нару­ шения режима работы. К повреждениям относятся короткие замы­ кания, при которых происходит аварийное соединение между фаза­ ми или между фазами и землей, являющиеся следствием нарушения изоляции или ошибочных действий персонала. Наиболее распро­ страненные нарушения режима — перегрузки, отклонения напря­ жения от его номинального значения в недопустимых пределах, снижение частоты, сверхтоки, вызванные внешними короткими замыканиями и т. п.

Повреждения и отклонения от установленного режима могут привести к выходу из строя отдельных частей или всего оборудова­ ния, нарушению электроснабжения не только аварийных, но и неповрежденных объектов, а тяжелые виды коротких замыканий — к нарушению устойчивости параллельной работы синхронных гене­

176

раторов станций и, как 'следствие, к нарушению работы всей сис­ темы.

Во избежание развития повреждения (аварии) или предотвра­ щения перехода ненормального режима в аварийный, все электро­ установки должны быть снабжены соответствующими средствами защиты и сигнализации. Задача защиты — обнаружение повреж­ дения или нарушения режима и отключение поврежденного элемен­ та в течение возможно короткого времени. Оборудование или эле­ менты установки, режим которых отклонился от нормального, должны быть либо отключены, либо должны быть приняты какието защитные меры предупреждающие о нарушении режима (на­ пример, подача сигнала), или способствующие ликвидации нарушения. Простейшее средство защиты — плавкие предохраните­ ли, однако их свойства не всегда удовлетворяют необходимым тре­ бованиям. Наиболее совершенной во многих случаях является так называемая релейная защита, основные элементы которой — реле, соединены между собой по определенной схеме. Реле защиты представляет собой вспомогательный аппарат автоматически ре­ агирующий (срабатывающий) при нарушениях режима работы защищаемого объекта. В результате срабатывания либо изменяет­ ся положение контактов реле, что вызывает появление импульса на необходимые переключения в рабочей и сигнальной цепях, либо отключается выключатель.

К современной релейной защите предъявляются следующие ос­ новные требования:

1.Избирательность (селективность) действия, т. е. способность защиты, действующей на отключение, выбрать поврежденный объ­ ект и отключить только его. Например, при повреждении одной из линий, отходящих от сборных шин понизительной трансформатор­ ной подстанции, отключается именно эта линия, а не сборные шины,

врезультате чего продолжается нормальное электроснабжение потребителей, получающих энергию по остальным неповрежденным линиям.

2.Быстрота действия. Чем быстрее будет отключена поврежден­

ная линия, тем меньше будет вредное воздействие тока короткого замыкания. Время, необходимое на отключение повреждения, скла­ дывается из двух слагаемых: времени действия защиты (4 ащ) и времени действия выключателя (ДЫкл), т. е.

^откл.повр == ^выкл -f- ^защ.

Как известно, £выкл зависит от типа выключателя и составляет 0,1—0,2 с (масляные выключатели) и 0,04—0,10 с (воздушные быстродействующие выключатели). Для современных быстродей­ ствующих защит характерно 4 а щ = 0,02—0,1 с. Таким образом, дли­ тельность отключения повреждения при быстродействующих вы­ ключателях оказывается равной ^Откл.повр= 0,06—0,20 с. Добиться необходимой селективности при столь малой продолжительности действия защиты не всегда возможно или слишком дорого, поэтому

177

наряду с быстродействующими защитами до настоящего времени широко применяются защиты с выдержкой времени.

3. Чувствительность защиты, т. е. ее способность реагировать на все отклонения контролируемого ею параметра от допустимых значений в самый начальный момент их возникновения.

4. Надежность — безотказность ее действия в требуемый мо­ мент и отсутствие ложных (ненужных) срабатываний.

§45. КОНСТРУКЦИИ РЕЛЕ И ПРИНЦИПЫ ИХ ДЕЙСТВИЯ

Вобщем случае реле имеет три основных органа: воспринимаю­ щий, промежуточный и исполнительный. Воспринимающий орган

воспринимает изменение контролируемой реле (управляющей) величины, например, тока, напряжения, частоты.

Промежуточный орган сравнивает воспринятое значение конт­ ролируемой величины с заданным значением (уставкой). При дос­ тижении этого значения промежуточный орган передает воздейст­ вие на исполнительный орган, который при этом скачкообразно изменяет управляемую величину, изменяя, например, положение

воспринимаемой величины (токовые, напряжения, сопротивления и т. д .); 3) по способу включения воспринимающих органов; 4) по способу воздействия исполнительного органа на механизм привода выключателя.

Остановимся на двух последних признаках. По способу включе­ ния воспринимающих органов реле можно разделить на первичные и вторичные.

Первичные реле имеют воспринимающий орган, включаемый непосредственно в цепь защищаемого элемента, вторичные-— под­ ключаются с помощью измерительных трансформаторов.

По способу воздействия на исполнительный механизм привода выключателя различают реле прямого и косвенного действия. Ис­ полнительный орган реле прямого действия механически воздейст­ вует на отключающий механизм привода выключателя, а реле кос­ венного действия — на контакт, включенный в цепь оперативного тока, который управляет отключающим устройством выключателя.

На рис. 112, а показано первичное реле прямого действия, а на рис. 112, б вторичное реле косвенного действия. Из сравнения этих реле можно заключить следующее. Первичные реле прямого дейст­ вия отличаются простотой конструкции и не требуют специальных источников тока (оперативного) для воздействия на механизм при­ вода выключателя. Однако они имеют громоздкую подвижную систему, их исполнительный элемент при освобождении защелки выключателя совершает значительную механическую работу, на что затрачивается относительно большая мощность. Это снижает чувствительность и точность реле.

178

Недостаток первичных реле прямого действия заключается также в невозможности проверки или регулировки их без отключе­ ния напряжения с выключателя, так как их обмотки находятся под полным рабочим напряжением защищаемого элемента. Кроме то­ го, через обмотку первичных токовых реле проходит рабочий ток защищаемого элемента, обмотки подвергаются термическому и динамическому воздействию токов короткого замыкания установки. Поэтому их приходится выполнять массивными, из провода боль­ шого сечения и с соответствующей высоковольтной изоляцией.

Рис. 112. Реле:

а — первичное прямого действия, б — вторичное косвенного действия

Эти свойства реле прямого действия позволяют их использовать лишь в установках напряжением до 35 кВ (в основном вторичные реле) для несложных защит линий, если их выключатели имеют привод с ручным включением и автоматическим отключением. В этих случаях воспринимающие элементы реле встраивают в при­ вод выключателей.

Вторичные реле косвенного действия лишены недостатков, при­ сущих рассмотренной конструкции первичного реле прямого дей­ ствия. К преимуществам необходимо отнести: 1 ) возможность проверки и регулировки без отключения защищаемого объекта: 2 ) малую мощность срабатывания, высокую точность и чувстви­ тельность 3) малые габариты и массу.

Недостатками схем защит с использованием реле косвенного действия являются: 1 ) большая сложность, чем при использовании реле прямого действия; 2 ) необходимость наличия источника опе­ ративного тока (например, аккумуляторной батареи), что значи­ тельно повышает стоимость установки в целом.

Высокие качества вторичных реле косвенного действия опреде­ лили их широкое применение. В.установках напряжением 6 кВ и более в схемах релейной защиты используют, как правило, вторич­ ные реле косвенного действия.

179

Рассмотрим конструкции и назначение нескольких вторичных электромагнитных реле. Электромагнитными называются реле, основанные на взаимодействии магнитного поля, создаваемого то­ ком неподвижной обмотки реле с подвижным стальным якорем. При отсутствии насыщения магнитной системы мгновенное значе­ ние силы тяги, действующей на якорь, пропорционально квадрату

потока Ф; в воздушном зазоре реле, а следовательно, и тока в его обмотке:

•F r= K I% .

Таким образом, направление силы тяги не зависит от направле­ ния потока и силы тока, и реле электромагнитной системы можно применять как для постоянного, так и переменного тока.

сил: силы притяжения клапана, возникающей вследствие электромагнитного поля ярма, и силы, создаваемой пружиной 1 .(Епр). До тех пор пока ток I, протекаю­ щий по рабочей обмотке реле, меньше обусловленного (так назы­ ваемого тока трогания), сила пружины больше силы притяжения ярма, и клапан с закрепленными на нем подвижными контактами реле занимает положение, показанное на рисунке (реле не сраба­ тывает). Когда же ток возрастает и достигает значения 7 тр (тока трогания реле), сила, притягивающая клапан к ярму, оказывается больше противодействующей силы пружины. Клапан подтягивает­ ся к ярму, и подвижные контакты реле замыкаются с его непод­ вижными контактами (реле срабатывает).

Если ярмо намагничивалось бы переменным током, то притяги­ вающая сила могла бы, изменяясь во времени, достигать вместе с током нулевых значений и, следовательно, клапан под воздействи­ ем усилия пружины стремился бы отойти от ярма. Однако при от­ носительно большой стандартной частоте намагничивающего тока (50 Гц) и инерционности якоря клапан не может сколько-нибудь

180

значительно отдалиться от ярма, однако, это уменьшение притяги­ вающей силы может привести к вибрации якоря, сопровождаемой подгоранием контактов и нежелательным гудением.

Наиболее простой способ получения более постоянной во време­ ни притягивающей силы ярма — разделение его магнитного потока

Ф в воздушном зазоре между ярмом и клапаном на два потока ФА

и Фв, сдвинутых относительно друг друга пространственно и во времени. Для этого расщепляют полюс ярма на две части и на одну из них насаживают короткозамкнутый виток 3, выполненный в виде медного кольца. При этом на клапан реле будут действо­

вать две силы Fa и Fb (также сдвинутые пространственно' и во времени), созданные соответст­

венно потоками Фа и Ф в . По­ скольку потоки по величине примерно равны и взаимно сдви­ нуты на 90°, то результирующая сила будет изменяться незначи­ тельно, что устраняет вибрацию якоря, подгорание контактов и гудение.

На рис. 114 показано устрой­ ство соленоидного электромагнит­

ного реле. Такие реле выпускают преимущественно с магнитопроводом броневого типа. Это обеспечивает при той же силе тока в об­ мотке реле большие значения магнитной индукции в воздушном за­ зоре, а следовательно, большую силу притяжения соленоида и повышение чувствительности реле.

При увеличении тока, проходящего через обмотку этого реле, до значения тока трогания, создается магнитное поле, сила притя­ жения которого преодолевает силу тяжести сердечника из мягкой стали, а иногда и силу стальной пружины, противодействующую его втягиванию, и реле срабатывает. На таком же принципе действия построены реле времени и некоторые типы промежуточных реле.

Один из наиболее распространенных типов максимальных токо­

секции рабочей обмотки 1 . В воздушном зазоре между полюсами помещен смонтированный на оси поворотный z-образный якорь 2 из мягкой электротехнической стали. Силовые линии магнитной системы реле замыкаются следующим образом: верхний полюс ре­ ле — воздушный зазор — якорь — нижний полюс, затем по магнитопроводу — до верхнего полюса реле. Так как якорь расположен под углом к направлению магнитных силовых линий между полюсами, то линии, замыкаясь по якорю, искривляются, и создается вращаю­ щий момент, действующий на него и стремящийся повернуть его так, чтобы длина магнитных силовых линий была кратчайшей.

181