ЛР. Лабораторная работа 2. Лабораторная работа 2 Типы защиты электрооборудования
 Скачать 288.1 Kb.
|
|
Лабораторная работа №2 Типы защиты электрооборудования. Цель: Ознакомиться с устройствами и видами защит электрооборудования, научиться различать их. Теоретическая часть. Виды и типы защит электрооборудования Защиты делятся на основные и резервные. Основные защиты работают без выдержки времени, то есть мгновенно и защищают строго определенный участок (зону). Резервные защиты имеют выдержку времени и работают (защищают оборудование) в случаях отказа основных защит своего оборудования (ближнее резервирование), а также при отказе защит или выключателей смежного оборудования (дальнее резервирование). По принципу действия защиты разделяются на междуфазные, земляные и дифференциальные В сетях с изолированной нейтралью применяются только междуфазные защиты (т.е. защиты от КЗ между фаз) типа МТЗ и ТО, в виду отсутствия больших токов замыкания на землю и в связи с этим со сложностью выполнения защиты от замыкания на землю (и отсутствием острой необходимости в такой защите). Защиты от замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью устанавливаются только на генераторах с величиной тока замыкания 5А и более. В распределительных сетях с изолированной нейтралью выполнена сигнализация появления в сети замыкания на землю. Эта сигнализация выполнена с помощью реле, установленного в цепи разомкнутого треугольника вторичной обмотки трансформаторов напряжения, на котором появляется напряжение из-за возникновения не симметрии в треугольнике при замыканиях на землю. В сетях с заземленной нейтралью в связи с более сложной конфигурацией (схемой) этих сетей и обилием линий с двухсторонним питанием, а значит и со сложностью обеспечения селективности работы защит, применяют более разнообразный набор различных видов защит. Междуфазные защиты реагируют только на междуфазные КЗ и нечувствительны к КЗ на землю по той простой причине, что ток срабатывания (уставка по току) у них значительно выше нежели ток КЗ на землю в данной сети. Одна из наиболее сложных междуфазных защит – это дистанционная защита. Сложность ее заключается в том, что она имеет несколько защищаемых зон (до четырех). Каждая зона имеет свою уставку по времени и току. Зоны отсчитываются от места установки защиты в сторону направления их действия. 1-я зона имеет самую большую уставку по току и самую маленькую по времени. 4-я зона наоборот самую маленькую по току и самую большую по времени, потому что чем дальше место КЗ, тем меньше ток. Каждая зона защищает свой отрезок дистанции от места установки защиты до места КЗ, обеспечивая тем самым селективность работы основных защит и резервируя их в случае отказа. Чувствительность зон осуществляется с помощью реле сопротивлений. Так как до каждой зоны линия имеет определенное сопротивление, то реле сопротивлений настроены так, что первые зоны никогда не сработают на КЗ в последующих зонах. Земляные защиты, то есть защиты от замыкания на землю, не реагируют на междуфазные КЗ, а реагируют только на токи нулевой последовательности, которые возникают в реле земляной защиты только при КЗ на землю. Сразу опять возникает вопрос (у нормальных людей), зачем такие сложности с разделениями защит на междуфазные и земляные? Неужели нельзя сделать одну защиту, ведь токи в сети с заземленной нейтралью возрастают сверх допустимых, как при междуфазных КЗ, так и при однофазных КЗ на землю, а значит их может улавливать обыкновенная МТЗ? Без такого разделения в сложной сети невозможно добиться селективности работы защит. Земляные защиты в силу того, что реагируют только при появлении замыкания на землю, можно делать любой чувствительности, что удобно при осуществлении дальнего резервирования, а 90% КЗ в сети относятся именно к КЗ на землю. Поэтому земляные защиты делают многоступенчатыми (до 4-х ступеней). Каждая ступень имеет свою уставку по току и по времени (1-я ступень имеет самую большую уставку по току и самую маленькую по времени, а последняя наоборот). Это означает, что чем ближе КЗ, тем больше ток и тем быстрее его надо отключать. А междуфазные защиты нельзя сделать высоко чувствительными, т.к. они могут отработать на токи нагрузки при набросе нагрузки на линию или на КЗ вне защищаемой зоны. Междуфазные и земляные защиты могут быть направленного и ненаправленного действия. Ненаправленные защиты проще по исполнению и реагируют только на факт увеличения тока не учитывая его направление. Они устанавливаются на тупиковых линиях, где ток течет всегда в одном направлении – от питания к потребителю. На линиях с двусторонним питанием уже требуется учитывать направление тока КЗ, дабы зря не отключить линию, когда КЗ находится не в зоне этой линии. Для этого защиты дополняются реле направления мощности, которое устроено так, что в нем с помощью взаимодействия двух обмоток, напряжения (питается от трансформатора напряжения) и токовой (питается от трансформатора тока), создается вращающий момент, поворачивающий диск то в одну, то в другую сторону в зависимости от направления тока в обмотке и тем самым либо разрешает действовать защите либо нет. Дифференциальные защиты применяются там, где нужно иметь четкие границы защищаемого участка. Они устроены по принципу сравнения направления тока на границах защищаемого участка. Как известно, при КЗ все токи текут по направлению к точке КЗ, поэтому дифференциальная защита при КЗ сравнивает направления токов на границах защищаемого участка и если токи текут во внутрь защищаемого участка, что свидетельствует о наличии КЗ на нем, отключает оборудование. Границы действия дифференциальных защит обусловлены местами установки трансформатора тока, от которых берутся контролируемые токи. Виды защитного оборудования Электрическая защита и распределение энергии между приемниками электрической энергии осуществляются с помощью электрических аппаратов. Защита осуществляется автоматическим отключением поврежденного участка системы или подачей сигнала о нарушении нормального режима. Каждый элемент системы кроме основной защиты реагирующей на нарушения режима элемента системы может снабжаться резервной защитой, которая должна реагировать при отказах основной. К защите предъявляются следующие требования: быстродействие; селективность; надежность; чувствительность. Быстродействие определяется временем срабатывания tc. Различают защиты: мгновенного действия tc < 0,05с,быстродействующие 0,05 Для общепромышленного электрооборудования предусматриваются: максимально токовая защита (для быстрого отключения при коротком замыкании), защита от перегрузок для отключения цепи при длительном превышении номинального; защита минимального напряжения для отключения двигателей при опасном для них снижении напряжения; нулевая защита, предохраняющая от самозапуска двигателя, остановившегося после случайного перерыв в электроснабжении. По назначению электрические аппараты делятся на четыре группы: коммутирующие, производящие отключение и включение силовых электрических цепей в системах, генерирующих, передающих и распределяющих электрическую энергию; аппараты управления (контакторы, пускатели, контроллеры, командоаппараты), управляющие работой электротехнического устройства; реле и регуляторы, осуществляющие защиту и управление работой устройств с использованием логических задач; датчики, создающие электрические сигналы (ток, напряжение), соответствующие определенным параметрам технологических процессов. Коммутирующие аппараты можно разделить на три группы: 1.Автоматические выключатели. 2.Плавкие предохранители, выполняющие только разовое отключение при недопустимых нарушениях режима работы электротехнического устройства. 3.Неавтоматические выключатели (рубильники, пакетные выключатели и переключатели) выполняющие только ручное включение и отключение. Коммутирующие аппараты классифицируются: по роду тока (переменный и постоянный) и уровням тока и напряжения (слаботочные до 5А, сильноточные выше 5А, низкого напряжения - до 1000В и высокого выше 1000В. 1000В); по числу разрываемых контактов - одно-, двух- и трехполюсные   Рисунок 1- Автоматический выключатель Автоматические выключатели классифицируются по выполняемым функциям защиты: минимального и максимального тока; минимального напряжения. Средством защиты в автоматах является электромагнитный (соленоид) и (или) тепловой (биметаллический элемент)-расцепитель. Электромагнитный расцепитель защищает от токов короткого замыкания, а электромагнитный - от токов перегрузки. Предохранители состоит из плавкого металлического элемента - вставки в виде тонкой проволоки или пластины и корпуса с контактным устройством. Плавкая вставка допускает длительное протекание тока, а при перегрузках или коротких замыканиях нагревается до температуры плавления металла и, расплавляясь, разрывает электрическую цепь. При токах выше 10А корпус предохранителя заполняется дугогасящим средством (фибра, кварцевый песок и др.) Защитные свойства определяются типом предохранителя и номинальным током плавкой вставки. Время срабатывания - время плавления плавкой вставки. Полное время отключения цепи T отк = tc + tд tд- время гашения дуги, обычно от 1мс до 10 мс. По конструкции предохранители делятся на трубчатые и пробочные.     Рисунок 2- Предохранители Реле защиты и управления осуществляют прерывистое управление при достижении какой - либо величины заданного значения. Различают реле : тока, напряжения, тепловое, временное, положения, давления и т.д. Реле состоят из трех функциональных органов : чувствительного, воспринимающего входную величину и преобразующего ее в электрическую; сравнения преобразованной величины с эталоном и передачи воздействия на исполнительный механизм; исполнительного, который воздействует на управляемую электрическую цепь. Реле содержит цепь, воспринимающую действие, и цепь, исполняющую действие, т.е. цепи оперативного тока. Цепь воспринимающая действие получает сигнал в виде повышения или падения сигнала. После чего реле срабатывает и замыкает цепь оперативного тока. Так тепловое реле предназначено для защиты двигателя от перегрузки. При прохождении по нагревательному элементу (биметаллическая пластина, состоящая из двух пластин с различным температурным коэффициентом линейного расширения) большого тока происходят его нагрев и изгибание, что приводит в действие защелку, разрывающую контакты оперативного тока. Тепловые реле имеют значительную тепловую инерцию и не могут мгновенно отключать электрическую цепь при коротких замыканиях. Поэтому последовательно с ними включают плавкие предохранители или реле максимального тока. Кроме защиты от перегрузок, возникающих в симметричных режимах, реле максимального тока используется при защите от коротких замыканий.     Рисунок 3- Реле защиты и управления. Бесконтактные электрические аппараты:   Рисунок 4- Бесконтактные электрические аппараты. В качестве защитных аппаратов в настоящее время широкое распространение получили бесконтактные электрические аппараты. Бесконтактные электрические аппараты воздействуют на электрическую цепь без физического разрыва. Основными их преимуществами являются: быстродействие, высокая скорость переключения; долговечность, срок службы определяется в основном старением компонентов, из которых они состоят; отсутствие контактов подвижных частей. Принцип действия бесконтактных электрических аппаратов управления основан на использовании элементов с нелинейной вольт-амперной характеристикой: ферримагнитные сердечники с обмотками (нелинейные индуктивности); активные нелинейные сопротивления, которыми обладают полупроводниковые приборы при сравнительно невысоких частотах электрического тока. Нелинейные элементы включаются между источником питания и нагрузкой (управляемой цепью). Управление осуществляется изменением сопротивления нелинейных элементов электрическому току от минимального до максимального значения. Управляемая мощность в цепи нагрузки достигает при этом больших значений. Указанное свойство, т.е. возможность с помощью сравнительно небольшой мощности в цепи управления управлять большой мощностью в управляемой цепи (нагрузке), характеризует бесконтактные аппараты как усилители. Вопросы для самоконтроля. 1.Какие требования предъявляются к защите электрооборудования? 2.На какие группы по назначению делятся электрические аппараты? 3.Какие группы коммутирующих аппаратов ты знаешь? 4.Из чего состоит предохранитель? 5.Из каких функциональных органов состоит реле? 6.Как воздействуют на электрическую цепь бесконтактные электрические аппараты? 7.От чего защищает тепловое реле двигатель? 8.Что является средством защиты в автоматах? |