Л9.Дифференциальные реле (3). Лекция 9 дифференциальные реле
 Скачать 185.33 Kb.
|
|
ЛЕКЦИЯ №9 ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ РЕЛЕ ВРЕМЯ – 2 часа. ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ: Изучить назначение, схемы включения, принцип действия и виды дифференциальных реле. УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ: ВВЕДЕНИЕ – 10 мин 1. НАЗНАЧЕНИЕ, СХЕМА ВКЛЮЧЕНИЯ, КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ РЕЛЕ – 10 мин. 2. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ РЕЛЕ СЕРИИ РНТ – 35 мин. 3. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ РЕЛЕ СЕРИИ ДЗТ – 35 мин. ЗАКЛЮЧЕНИЕ – 10 мин. ВВЕДЕНИЕ Проверка усвоения материала по контрольным вопросам к лекции №7 8. 1. НАЗНАЧЕНИЕ И СХЕМА ВКЛЮЧЕНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ РЕЛЕ 1.1 Назначение и краткая характеристика дифференциальных реле Дифференциальные реле предназначены для использования в схемах дифференциальных защит ( ДЗ ) основного оборудования электрических станций и подстанций генераторов, синхронных компенсаторов, силовых трансформаторов и автотрансформаторов, блоков «генератор – трансформатор» и «генератор – автотрансформатор», электродвигателей, реакторов, сборных шин. Дифференциальные реле выполняются двух серий серии РНТ и серии ДЗТ Реле РНТ565, РНТ566, РНТ566/2, ДЗТ11, ДЗТ11/2, ДЗТ11/3, ДЗТ11/4 предназначены для использования в схемах дифференциальных защит с номинальными токами трансформаторов тока 1 и 5 А от одной группы измерительных трансформаторов тока ( ТТ ). Реле ДЗT13 и Д3Т14 предназначены для использования в схемах дифференциальных защит с номинальными токами трансформаторов тока от трех и четырех групп ТТ соответственно. Реле РНТ567 и РНТ567/2 предназначены для дифференциальной защиты шин. Реле РНТ567 используется в схемах с номинальным вторичным током 5 А , а реле РНТ567/2 используются в схемах с номинальным вторичным током 1 А Реле Д3T11/5 используется в схемах дифференциальных защит генераторов. Дифференциальные защиты с реле серий РНТ и ДЗТ10 выполняются по схеме с циркулирующими токами (рисунок 1). Токи срабатывания дифференциальных реле должны быть отстроены от токов небаланса переходных режимов при внешних КЗ , а также от бросков намагничивающего тока трансформаторов и автотрансформаторов. Указанные токи небаланса имеют несинусоидальную форму и содержат значительную апериодическую составляющую. Отстройка от них при требуемой чувствительности в рассматриваемых дифференциальных защитах осуществляется с помощью насыщающихся трансформаторов тока ( НТТ ) реле РНТ и ДЗТ . Апериодическая составляющая тока небаланса насыщает сердечник НТТ и тем самым ухудшает условия трансформации между его первичной и вторичной обмотками, автоматически увеличивая первичный ток срабатывания. Рисунок 1 Принципиальная схема продольной дифференциальной зашиты с циркулирующими токами: а) Распределение токов при внешнем КЗ ; б) Распределение токов при КЗ в зоне действия защиты: 1 – защищаемый объект; 2 – дифференциальное реле; ТТ1 – измерительный трансформатор тока на входе в защищаемую зону; ТТ2 – измерительный трансформатор тока на выходе из защищаемой зоны; I 11 – ток на входе защищаемой цепи; I 12 ток на выходе защищаемой цепи: I 21 ток во вторичной цепи ТТ1 ; I 22 ток во вторичной цепи ТТ2 Реле РНТ имеют отстройку от токов небаланса с апериодической составляющей, что оказывается необходимым в случаях, когда апериодическая составляющая частично поглощается трансформаторами тока изза значительной нагрузки на них. Указанная отстройка осуществляется с помощью короткозамкнутого контура НТТ , частично ослабляющего действие периодической составляющей тока. Отстройка реле РНТ от значительной при внешних КЗ периодической составляющей токов небаланса достигается увеличением тока срабатывания, что приводит к снижению чувствительности защиты. Более эффективно в таких случаях применение реле ДЗТ10 с магнитным торможением от токов внешних КЗ . В этом реле тормозной ток подмагничивает крайние стержни НТТ и тем самым ухудшает условия трансформации между первичной и вторичной обмотками, автоматически увеличивая ток срабатывания. Реле серии ДЗТ10 применяются в тех случаях, когда отстройка от периодической составляющей токов небаланса при внешних КЗ приводит к недопустимому загрублению дифференциальной защиты при выполнении ее на реле серий РНТ 2. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ РЕЛЕ СЕРИИ РНТ 2.1 Структура условного обозначения реле серии РНТ РНТ ХХХ Х4 РНТ – реле с насыщающим трансформатором; ХХХ условный номер разработки (565, 566, 566/2, 567, 567/2) Х4 климатическое исполнение ( УХЛ, О ) и категория размещения 4 по ГОСТ 1515069 2.2 Основные технические данные реле серии РНТ Основные технические данные реле серии РНТ представлены в таблице 1. Таблица 1. Основные технические данные реле серии РНТ 2.3 Условия эксплуатации реле серии Р НТ 565 Климатическое исполнение УХЛ или О , категория размещения «4» по ГОСТ 1515069. Диапазон рабочих температур окружающего воздуха от минус 20 до плюс 55 °С для исполнения УХЛ4 и от минус 10 до плюс 55 °С для исполнения О4 Группа механического исполнения М39 по ГОСТ 17516.190, при этом вибрационные нагрузки в диапазоне от 10 до 100 Hz с ускорением 0,25 g. Степень защиты оболочки реле IP40, а контактных зажимов для присоединения внешних проводников IP00 по ГОСТ 1425569. 2.3 Конструкция и работа реле серии РНТ Реле состоит из исполнительного органа реле тока РТ40 и промежуточного насыщающего трансформатора тока, смонтированных на общем основании и закрытых прозрачным кожухом. Электрическая схема реле серии РНТ представлена на рисунке 2. Магнитопровод насыщающего трансформатора тока ( НТТ ) выполнен трехстержневым. Сечение его среднего стержня в 2 раза больше сечения крайних стержней. Рисунок 2 Электрическая схема реле серии РНТ : НТТ магнитопровод насыщающего трансформатора тока; W i первичные обмотки НТТ ; W 1ур и W 2ур – уравнительные обмотки отстройки от переходных режимов с апериодической составляющей токов; R кз – резистор отстройки от переходных режимов с апериодической составляющей токов; W 2 – вторичная обмотка НТТ ; R ш – регулировочный резистор; КА – исполнительный орган (реле РТ 40 ) На среднем стержне магнитопровода НТТ размешены первичные обмотки W i , имеющие отводы, что позволяет выравнивать действия токов плеч дифференциальной защиты и осуществлять ступенчатое регулирование тока срабатывания. На среднем и правом стержнях магнитопровода НТТ расположены уравнительные обмотки W 1ур и W 2ур образующие с резистором R кз замкнутый контур, который усиливает отстройку от переходных режимов с апериодической составляющей токов. Числа витков уравнительных обмоток выбраны в соотношении W 1ур / W 2ур = 1/2. Степень отстройки от переходных режимов зависит от значения сопротивления резистора R кз . Наибольшая степень отстройки будет при R кз = 0. На левом стержне магнитопровода НТТ расположена вторичная обмотка W 2 , в цепь которой включается обмотка исполнительного органа и регулируемый резистор R ш Переключение ответвлений первичных обмоток осуществляется с помощью штепсельных винтов. Цифры у гнезд на колодках НТТ обозначают число витков. В левом стержне НТТ при срабатывании исполнительного органа (реле РТ40 ) индукция принята равной 1,2 Тл, а в среднем и правом стержнях индукция принята равной 0,4 Тл. Поведение реле РНТ (величина его тока срабатывания) при переходных режимах с апериодической составляющей косвенно оценивается по характеристикам относительного тока срабатывания, представленным на рисунке 3. Эти характеристики имеют вид: I ср.п /I ср. = f(k) , где I ср.п периодическая составляющая тока срабатывания реле при наличии апериодической составляющей; I ср. ток срабатывания реле при отсутствии апериодической составляющей; коэффициент смещения k = I а /I ср.п. , где I а — апериодическая составляющая тока реле. Рисунок 3 График зависимости относительного тока срабатывания реле от коэффициента смещения I ср.п /I ср. = f(k) : 1 R кз = 0 Ом; 2 R кз = 10 Ом. 3. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ РЕЛЕ СЕРИИ ДЗТ 3.1. Структура условного обозначения реле серии ДЗТ ДЗТ дифференциальная защита трансформаторов; ХХ условный номер разработки (11; 11/1; 11/3; 11/4; 11/5); Х4 климатическое исполнение ( УХЛ, 0 ) и категорию размещения 4 по ГОСТ 1515069. 3.2.Основные технические данные реле серии ДЗТ Основные технические данные реле серии ДЗТ представлены в таблице 2. Таблица 2. Основные технические данные реле серии ДЗТ Время срабатывания реле при трехкратном токе срабатывания: 0,04 с. Коэффициент надежности реле не менее 1,35 при пятикратном и не менее 1,2 при двукратном токе срабатывания. Коммутационная способность контактов в цепи постоянного тока с индуктивной нагрузки с постоянного времени 0,005 с 60 Вт при напряжении до 250 В или токе до 2 А. Габаритные размеры не более 179х218х190 мм. Масса 3,5 кг. 3.3 Конструкция и работа реле серии ДЗТ Реле состоит из исполнительного органа реле тока РТ40 и промежуточного насыщающего трансформатора тока, смонтированных на общем основании и закрытых прозрачным кожухом. Электрическая схема реле серии РНТ представлена на рисунке 4. Магнитопровод насыщающего трансформатора тока ( НТТ ) выполнен трехстержневым. Сечение его среднего стержня в 2 раза больше сечения крайних стержней. На среднем стержне магнитопровода НТТ размешены первичные обмотки W i , имеющие отводы, что позволяет выравнивать действия токов плеч дифференциальной защиты и осуществлять ступенчатое регулирование тока срабатывания. На крайних стержнях магнитопровода расположены катушки тормозной W т и вторичной обмоток W 2 , имеющие равное число витков. Обе катушки тормозной обмотки W т выполнены с ответвлениями, что позволяет ступенчато регулировать степень отстройки от периодической составляющей токов небаланса при внешних КЗ. Наибольшая степень отстройки будет при включении всех витков тормозной обмотки. Намотка тормозных обмоток W т выполнена таким образом, что при переключении ответвлений каждый стержень магнитопровода НТТ охватывается одинаковым числом витков тормозной обмотки. Рисунок 4 Электрическая схема реле серии ДЗТ : НТТ магнитопровод насыщающего трансформатора тока; W i первичные обмотки НТТ ; W т – тормозные обмотки отстройки от периодической составляющей токов небаланса при внешних КЗ ; W 2 – вторичные обмотки НТТ ; R ш – регулировочный резистор; КА – исполнительный орган (реле РТ40 ) Вторичная обмотка шунтируется регулировочным резистором R ш Исполнительный орган подключен к части витков вторичной обмотки. Соединение частей тормозной и вторичной обмоток НТТ выполнено таким образом, что взаимоиндукция между этими обмотками отсутствует, а есть трансформаторная связь только между первичной и вторичной обмотками. Переключение ответвлений первичных и тормозных обмоток осуществляется с помощью штепсельных винтов. Цифры у гнезд на колодках НТТ обозначают число витков. При внешнем КЗ одновременно с протеканием по первичной обмотке НТТ периодического тока небаланса тормозная обмотка обтекается полным током одного из плеч защиты. Ток первичной обмотки (рабочий ток) W 1 создает в сердечнике НТТ рабочий магнитный поток Фр , направляющийся из среднего в крайние стержни (рисунок 4). Этот магнитный поток наводит в обеих частях вторичной обмотки W2 равные по величине и по фазе ЭДС , которые складываются и вызывают ток в исполнительном органе. При протекании тока в тормозной обмотке W T создается тормозной магнитный поток Ф т , протекающий только по крайним стержням. Поток Фт наводит в частях вторичной обмотки W 2 ЭДС, равные по величине и противоположные по направлению. Поэтому результирующая ЭДС во вторичной обмотке от действия тормозного тока равна нулю. Тормозной ток, подмагничивая крайние стержни НТТ , увеличивает магнитное сопротивление рабочему потоку, ухудшая условия трансформации между первичной и вторичной обмотками, и тем самым увеличивает ток срабатывания тормозит срабатывание реле. Рисунок 5 Тормозные характеристики реле ДЗ10 : 1 зона срабатывания; 2 – зона срабатывания или торможения в зависимости от угла между векторами тормозного и рабочего токов; 3 – зона торможения Тормозные характеристики реле ДЗ10 приведены на рисунке 5. Они представляют собой зависимость МДС срабатывания реле F cp от тормозной МДС F т . Эти характеристики зависят от угла сдвиги фаз между тормозными и рабочими токами. Торможение наиболее эффективно при угле между векторами током рабочей и тормозной обмоток в диапазоне 0±30°, а наименее эффективно в диапазоне 90 ± 30°. 3.4 Показатели работы дифференциальных реле 1. Коэффициент торможения k i : k iт = W T /W 1i , где W T , W 1i числа витков тормозной и первичных (рабочих) обмоток. Выбранные соотношения чисел витков рабочих и тормозных обмоток должны обеспечивать при внутренних КЗ преобладание рабочей МДС и надежное срабатывание реле. 2. Коэффициент чувствительности k ч : kч = I КЗmin / I ср ., где I КЗmin – минимальный ток КЗ в защищаемой цепи; I ср. ток срабатывания реле. В соответствии с правилами устройства электроустановок этот коэффициент должен быть не менее k ч ≥ 2. 3. Коэффициент надежности k н У реле серий РНТ и Д3Т вследствие насыщения стали отсутствует пропорциональность между током первичной цепи НТТ и током в исполнительном органе. Поэтому надежность действия реле оценивается коэффициентом надежности k н : k н = I р / I ср. , где I р ток в исполнительном органе (ток реле); I ср. ток срабатывания реле при кратности входного тока реле по отношению к току его срабатывания, равной 2 и 5. По данным завода изготовителя k н ≥ 1,2 при 2кратном и k н ≥ 1,35 при 5 кратном токе срабатывания. Для реле ДЗТ10 коэффициент надежности k н определяется при коэффициенте торможения k iт = 0,35. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Контрольные вопросы: 1. Назначение дифференциальных реле? 2. Как осуществляется отстройка дифференциальных реле от токов небаланса и бросков тока? 3. В каких случаях применяются реле серии РНТ , а в каких реле серии ДЗТ ? 4. Структура условного обозначения реле серии РНТ ? 5. Назовите основные элементы конструкции дифференциального реле? 6. Что такое относительный ток срабатывания реле серии РНТ ? 7. Структура условного обозначения реле серии ДЗТ ? 8. В результате чего в реле ДЗТ возникает тормозной ток и к чему приводит его появление? 9. Что такое коэффициент торможения? 10. Что такое коэффициент чувствительности? 11. Что такое коэффициент надежности? БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Фигурнов Е.П. Релейная защита: Учебник. В 2 ч. 3е изд., перераб. и доп. – М.: ГОУ «Учебнометодический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2009. 4. Руководящие указания по релейной защите систем тягового электроснабжения. ОАО «РЖД». Департамент электрификации и электроснабжения. – М.: Трансиздат, 2005. – 216 с. |