+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Конструкция вторичных реле релейной защиты промышленных и гражданских зданий | Справка

Основными частями электромагнитных реле, являются катушка, подвижный стальной сердечник и контакты.
Устройство электромагнитного реле максимального тока типа ЭТ показано на рис. 2. Магнитный поток, создаваемый катушками 7 в неподвижном магнитопроводе 4, пронизывает Z-образный поворотный стальной якорь 2. Под действием потока якорь стремится повернуться, но этому противодействует укрепленная на одной оси с якорем спиральная пружина 3.
При определенном токе сила, действующая на якорь, преодолевает противодействие пружины. Якорь поворачивается, и контактный мостик 7 замыкает неподвижные контакты 8, что обеспечивает подачу импульса на отключение выключателя. При уменьшении тока до определенного значения якорь под действием пружины 3 возвращается в исходное положение. Уставку реле на определенный ток срабатывания регулируют перестановкой по шкале 5 рычага 6, действующего на спиральную пружину 3. Аналогично устроены реле напряжения типа РН и реле тока типа РТ. Реле указанных типов различаются диапазоном уставок, числом и исполнением контактов.


Рис. 2. Электромагнитное реле типа ЭТ:
1 — катушка; 2 — стальной якорь; 3 — пружина; 4 — магнитопровод; 5 — шкала; 6 — рычаг; 7 — контактный мостик; 8 — неподвижные контакты

Индукционные реле используют в своей работе принцип взаимодействия переменных магнитных потоков с токами, которые индуцируются в подвижной части реле (обычно такой подвижной частью является диск). Поэтому индукционные реле работают только на переменном токе.

Рис. 3. Индукционное реле времени типа ИТ:
а — вид с лицевой стороны; б — вид сверху; 1 — постоянный магнит; 2— ось; 3 — алюминиевый диск; 4— короткозамкнутый виток; 5— обмотка; 6 — магнитопровод; 7— червяк; 8 — сегмент; 9 — пластина; 10— контакты; 11 — рычаг; 12 — ось; 13 — пружина

Основными элементами индукционного реле времени (рис. 3) являются неподвижный магнитопровод 6 с обмоткой 5, подвижный алюминиевый диск 3, укрепленный на осп 2, и механизм выдержки времени, состоящей из червяка 7 и сегмента 8. Необходимые для получения вращающего момента диска два магнитных потока, сдвинутых пространственно и по фазе, создаются благодаря расщепленным полюсам электромагнита, частично охваченным короткозамкнутыми витками 4 в виде медных колец. Взаимодействие магнитных потоков с токами, индуцируемыми в диске, создает момент, под действием которого диск вращается. При токе в обмотке реле, превосходящем ток срабатывания реле, происходит смещение оси 2 диска и сцепление зубчатого
сегмента 8 с червяком 7, укрепленным на той же оси. Под действием врашаюшегося червяка сегмент 8 перемещается, и в результате происходит замыкание контактов 10. Торможение диска осуществляется магнитным полем постоянного магнита 7, охватывающего диск. Контактная пластина 9 с контактами 10, укрепленная на рычаге 77, вращается вокруг оси 12. В исходное положение она возвращается под действием пружины

Чем больше ток в обмотке реле, тем быстрее вращается диск с червяком и тем скорее сегмент проходит путь, необходимый для срабатывания реле. Этим обеспечивается зависимость времени срабатывания реле от тока в обмотке реле.
Кроме индукционного элемента реле типа ИТ имеет и электромагнитный элемент (не показанный на рис. 3), который обеспечивает мгновенное срабатывание реле при больших токах.
Электродинамические и магнитоэлектрические реле получили в релейной защите незначительное распространение.

Вторичные реле максимального тока. Принцип действия и устройство

Из числа токовых реле, которые выпускает промышленность, наиболее простыми являются реле максимального тока прямого действия. Несмотря на различные конструкции данных реле, вся их работа основана на электромагнитном принципе.

На рисунке ниже показан принцип действия максимального токового реле, которое представляет собой электромагнит с сердечником.

Последовательно с вторичной обмоткой измерительного трансформатора тока 6 подключается катушка реле 3. Когда по питающей линии А протекает рабочий ток (нормальный режим работы электроприемника), электромагнитный сердечник 4 не будет втянут в катушку, поскольку электромагнитная сила F

э, которую создает обомотка реле, будет значительно меньше, чем противодействующая ей сила пружины Fп. В случае возниконевения на линии А короткого замыкания ток катушки реле значительно возрастет и станет больше установленного значения. В таком случае электромагнитная сила катушки Fэ превысит противодействующую ей силу пружины Fп, что приведет к втягиванию сердечника в катушку реле. После втягивания сердечника в катушку, подвижная система 2 отопрет защелку выключателя Б, удерживающую выключатель во включенном положении. Под действием отключающей пружины 1 выключатель разорвет цепь линии А.

Промышленность изготавливаются вторичные реле максимального тока типа РТВ (реле токовое с выдержкой времени) и РТМ (реле токовое мгновенного действия). У РТМ есть поворотный переключатель, с помощью которого можно изменять количество витков катушки, что, в свою очередь, будет менять значение уставки тока срабатывания.

Уставка тока – это настройка реле на заданный ток срабатывания. Стандартом предусмотрены следующие уставки: 5, 7, 9, 13 и 15 А.

Ток срабатывания реле – минимальное значение протекающего через обмотку тока, при котором происходит срабатывание реле (Iср).

В случае необходимости отключения участка электрической цепи с выдержкой времени применяют РТВ, которое, как правило, имеет ту же конструкцию, но дополнительно оборудовано механизмом выдержки времени (часовым механизмом). Данный механизм, прикрепленный к сердечнику, удерживает его от мгновенного втягивания в катушку, тем самым изменяя уставку его времени срабатывания. Скорость работы часового механизма напрямую зависит от тока, протекающего в катушке реле.

Уставка времени – это настройка механизма выдержки времени на определенное значение в секундах. Реле имеет уставки тока 5, 6, 7, 8, 9, 10 А. РТВ и РТМ называют встроенными, так как они встраиваются непосредственно в приводы выключателей. Для непосредственного отключения  выключателя эти реле должны развивать огромные усилия, что делает их конструкции громоздкими, а это влияет на точность.

Конструкция вторичных реле — Релейная защита и автоматика в системах электроснабжения предприятий строительной индустрии и строительно-монтажных работ

Основными частями реле, работающих на электромагнитном принципе, являются катушка, подвижной стальной сердечник и контакты.

Устройство электромагнитных реле максимального тока серии ЭТ-520 показано на рисунке ниже.


Эскиз электромагнитного реле ЭТ-520


Магнитный поток, создаваемый катушками 1 в неподвижном магнитопроводе, пронизывает Z-образный поворотный стальной якорь 3. Под действием потока якорь стремится повернуться, но этому противодействует укрепленная на той же осп, что и якорь, спиральная пружина 4. При определенном токе сила, действующая на якорь, преодолевает противодействие пружины. Якорь поворачивается, и контактный мостик 5 замыкает неподвижные контакты 6, чем обеспечивает подачу импульса на отключение выключателя.

При уменьшении тока до определенной величины якорь под действием пружины 4 возвращается в исходное положение. Установка реле на определенный ток срабатывания регулируется путем перестановки по шкале 8 рычага 7, действующего на спиральную пружину. Аналогично устроены реле последних выпусков (напряжения типа РН-50 и тока типа РТ-50).

Конструкция реле указанных типов отличается диапазоном установок, количеством и исполнением контактов. Выдержка времени, необходимая для обеспечения избирательной работы в схемах защиты, достигается при помощи различных реле времени.

Индукционное реле

Индукционными называются реле, работающие по принципу взаимодействия переменных магнитных потоков с токами, которые они индуцируют в подвижной части реле (обычно диск). Поэтому индукционные реле могут работать только на переменном токе. Схема устройства индукционного реле показана на рисунке ниже.


Схематическое устройство индукционного реле ИТ-80

а — вид реле с лицевой стороны; б — вид реле сверху.


Основными элементами этого реле являются неподвижная магнитная система 1 с обмоткой 2, подвижный алюминиевый диск 3, укрепленный на оси 5, и механизм выдержки времени (9, 10). Необходимые для получения вращающего момента диска два магнитных потока, сдвинутых пространственно и по фазе, создаются здесь благодаря расщепленным полюсам электромагнита, частично охваченных короткозамкнутыми витками 4 в виде медных колец. Взаимодействие магнитных потоков с токами, индуктируемыми в диске, создает момент, под действием которого диск вращается.

При токе в обмотке реле, превосходящем ток срабатывания реле, происходит смещение оси диска и сцепление зубчатого сегмента 10 с червяком 9, укрепленным на той же оси. Под действием вращающегося червяка сегмент 10 перемещается, и в результате происходит замыкание контактов 12. Торможение диска осуществляется магнитным полем постоянного магнита 13, охватывающим диск.


«Электроснабжение строительно-монтажных работ», Г.Н. Глушков

Реле тока. Виды и устройство. Работа и как выбрать. Применение

Реле тока — в электрических промышленных сетях часто возникают чрезмерные нагрузки и короткие замыкания. Все компоненты цепи, начиная от обычного проводника, и заканчивая потребителями нагрузки со сложной конструкцией, рассчитаны на допустимый максимальный нагрузочный ток. Превышение этой величины приводит к пробою изоляции, либо нарушению целостности проводов из-за расплавления жил, а также межвитковому замыканию обмотки двигателя, перегрузке трансформатора.

Все эти факторы являются аварийными режимами эксплуатации, ведущими к неисправностям и выходу из строя сети питания.

Для обеспечения надежной защиты агрегатов, трансформаторов, приводов электромоторов применяется релейная защита, включающая в себя один из основных элементов в виде реле тока, которое предотвращает эксплуатацию электрооборудования в аварийном режиме.

Виды
Реле тока классифицируются по двум основным признакам:
  • Первичные чаще всего встроены в конструкцию выключателя, и являются его частью. Они применяются в основном в электрических сетях напряжением до 1000 В.
  • Вторичные включаются в цепь посредством трансформатора тока, который подключается к питающей шине или кабелю. Трансформатор снижает ток до значения, которое подходит для функционирования реле. В качестве примера можно рассмотреть трансформатор тока, имеющий кратность 100 : 5. Он способен контролировать значение тока до 100 ампер, применяя для этого реле с допускаемой величиной наибольшего тока всего в 5 ампер.
Вторичные реле тока в свою очередь разделяются на виды:
  • Индукционные реле.
  • Электромагнитного действия.
  • Дифференциальные модели.
  • Реле на интегральных микросхемах.
Устройство и работа

Конструктивные особенности основных видов реле и их принцип действия.

Индукционные

Такой вид реле работает на основе взаимодействия между током, индуцированным в некотором проводнике, и переменным магнитным потоком. Вследствие этого они используются на переменном токе в качестве защитного реле косвенного действия.

Имеющиеся виды индукционных реле делятся на 3 группы:
  • С рамкой.
  • С диском.
  • Со стаканом.

В варианте с рамкой (рисунок «а») поток Ф2 создает ток в замкнутой обмотке, выполненной в виде рамки в магнитном поле второго потока Ф1, который сдвинут по фазе. Такие реле обладают повышенной чувствительностью и максимальной реакцией в отличие от других реле. В качестве недостатка можно отметить слабый момент вращения.

Образцы с диском имеют широкую популярность. Схема такого реле изображена на рисунке «б». Такие реле обладают большим моментом вращения диска, имеют простое устройство.

Реле со стаканом (рисунок «в») оснащены подвижным стаканом, который может вращаться в магнитном поле потоков магнитной системы, состоящей из четырех полюсов. Потоки расположены под прямым углом между собой в пространстве.

В стакане 5 находится стальной цилиндр 1, который предназначен для снижения магнитного сопротивления. Эта конструкция более сложная, в отличие от реле с диском. Это дает возможность получения короткого времени реакции на срабатывание (0,02 с), что является значительным преимуществом, и обеспечивает широкую популярность в использовании реле тока со стаканом.

4-полюсная магнитная система дает возможность получать без значительных доработок разные по назначению реле, и унифицировать их изготовление.

Электромагнитные

Нейтральные реле реагируют одинаково на постоянный ток, проходящий в обмотке, в любом направлении. По типу движения якоря реле делятся на два вида: с угловым перемещением якоря, и с втягивающим якорем.

  1. Сердечник.
  2. Ярмо.
  3. Якорь.
  4. Штифт.
  5. Контакты.

Если нет сигнала управления, то якорь удерживается на наибольшем расстоянии от сердечника с помощью воздействия пружины. При поступлении сигнала на обмотку образуется магнитная сила, прижимающая якорь к сердечнику. Тем самым одни контакты замыкаются, а другие размыкаются.

Поляризованные реле включают в себя аналогичные элементы, однако отличаются наличием двух обмоток, двух сердечников, постоянным магнитом и контактной тягой. Поляризованные реле срабатывают в зависимости от того, какой полярности пришел сигнал управления.

Сердечник изготавливается из листовой электротехнической стали. Это позволяет повысить скорость срабатывания устройства. При отсутствии тока на катушках, реле находится в исходном состоянии. При этом в реле уже есть магнитный поток, который образован постоянным магнитом. Силовые линии замыкаются на два контура.

Первый контур включает в себя магнит, левый сердечник, ярмо, якорь и другой магнит. А второй контур проходит по магниту и ярму к правому сердечнику и якорю. Далее он снова приходит в первоначальное положение.

Между левым сердечником и якорем нет воздушной прослойки. В этом случае правый сердечник и якорь разделены большим воздушным зазором. Воздух имеет большое сопротивление, поэтому величина магнитного потока в правом контуре будет намного меньше левого. Якорь притянется к левому сердечнику под действием более мощного магнитного потока.

Так функционирует поляризованное реле. Его работа происходит на основе магнитных свойств. Это дает возможность менять направление тока на обмотке, при разных полярностях.

Реле переменного тока имеет отличие от модели постоянного тока в том, что работает от переменного тока непосредственно от сети. При равных размерах конструкции, величина силы у реле переменного тока в два раза ниже, чем у реле, работающего на постоянном токе.

Достоинства
  • Низкая стоимость электромагнитных реле в отличие от полупроводниковых образцов.
  • Незначительное падение напряжения на контактах, низкое выделение теплоты, не требует охлаждения.
  • Качественная электрическая изоляция цепи управления катушки и группы контактов.
  • Невосприимчивость к импульсным нагрузкам и помехам, возникающим при ударах молнии, и при переключениях высоковольтных цепей.
  • Возможность подключения нагрузки до 4 киловатт при объемном размере реле ниже 10 куб. см.
Недостатки
  • Возникающие проблемы при подключении индуктивных потребителей и нагрузок постоянного тока высокого напряжения.
  • Возникновение радиопомех при работе силовых контактов.
  • Ограниченный механический и электрический ресурс.
  • Низкая скорость функционирования.
Дифференциальные

Такие реле действуют по принципу сравнивания значения тока до потребителя и после него. Таким потребителем обычно бывает силовой трансформатор. В обычном режиме эксплуатации ток до трансформатора и после него практически одинаков. Однако при появлении короткого замыкания на трансформаторе такой баланс нарушается. В этом случае реле замыкает контакты и подает команду на обесточивание неисправного участка цепи.

Дифференциальные реле широко используются в бытовых условиях, а также на производстве. Такие реле в виде защитных устройств предотвращают утечки тока в приборах и проводах.

Защищаемыми приборами обычно бывают:
  • Оргтехника.
  • Бойлеры.
  • Светильники.
  • Бытовые устройства.

Тем самым осуществляется защита человека от удара электрическим током при касании корпуса устройства.

Реле на микросхемах (интегральные электронные)

Такие типы изготавливают на основе полупроводниковых элементов. Основным их преимуществом является постоянная стабильная работа при повышенной вибрации.

Применение и подключение

В нормальном эксплуатационном режиме любое реле тока должно обладать достаточной чувствительностью к превышению номинального значения тока в цепи входа. При повышении тока больше допустимых значений, осуществляется переключение контактов выхода, которые обесточивают силовые устройства от сети питания.

Если ток дальше продолжает снижаться и подходит к номинальной величине, то при этом цепь снова замыкается под действием сигнала на выходе, и подается ток.

Реле для защиты применяют в жилых домах, а также на производственных объектах. Многие современные квартиры оснащены мощными бытовыми электрическими устройствами. Если включить сразу все такие устройства, то это вызовет значительные нагрузки в электрической сети питания.

Для предотвращения аналогичных случаев все устройства разделяют:
  • Приоритетные.
  • Второстепенные.

Приоритетными устройствами считаются те, отключение которых от сети создаст аварийную критическую обстановку. Такие внезапные отключения приводят к неисправностям и выходу из строя.

Второстепенными устройствами считаются те, которые можно отключить без всякого ущерба, не создавая аварийной ситуации или каких-либо неисправностей. Поэтому реле подключаются так, чтобы не допустить всевозможные перегрузки в сети питания.

Для примера реле максимального тока РМТ-101.

Это устройство дает возможность настроить определенное время отключения нагрузки при перегрузке сети, а потом снова подает питание.

Такой образец реле способен контролировать и измерять нагрузку по току. Также при необходимости реле может применяться вместо цифрового амперметра. При измерении тока нет необходимости разрывать цепь. В приборе установлен специальный датчик, расположенный в корпусе.

Защитное реле РМТ-101 можно присоединять к трансформаторам тока выносного типа. На передней панели реле находятся цифровые и светодиодные индикаторы, которые показывают величину тока в цепи. Реле оснащено двумя переключателями, которыми можно настраивать необходимый интервал измерений, режим индикации, точность показаний, наибольший и текущий ток.

Другой важной функцией реле является его использование вместо реле ограничения потребления тока. Также можно выбрать необходимую нагрузку. Реле может функционировать в двух режимах: наименьшего и наибольшего тока. Чтобы переключиться между режимами, необходимо воспользоваться специальным переключателем.

Реле тока РМТ-101 приобрело широкую популярность на производстве. Оно создает защиту мощных электродвигателей переменного и постоянного тока, а также другого оборудования от возникающих перегрузок.

Также широко используемым устройством в различных областях является реле РЭО-401.

 

Устройство этого реле тока защиты состоит из двух главных узлов:

  • Электромагнитная система.
  • Блок контакт.

Электромагнитная система включает в себя скобу сердечника с трубкой. На трубке размещена катушка, имеющая в качестве защиты изоляционный каркас. В трубке находится якорь, который может легко перемещаться вдоль трубки. Значение тока срабатывания зависит от расположения якоря.

Значение тока срабатывания регулируется с помощью изменения расположения скобы, которая после регулировки может фиксироваться специальным винтом. Когда реле сработает, то блок-контакты останутся разомкнутыми, пока не снизится ток до нормальной величины. Далее якорь переместится в нижнюю позицию, а контакты от воздействия пружины замкнутся. Проводники подключаются к реле на передней части корпуса.

Советы по выбору реле
Чтобы сделать правильный выбор реле наибольшего тока необходимо руководствоваться:
  • Поставленной задачей.
  • Значением тока.
  • Напряжением питания.
  • Условиями эксплуатации.
  • Наличием механизма задержки срабатывания.
  • Наибольшим допустимым током.
  • Характеристиками и параметрами регулировки.

После приобретения реле, его необходимо настроить. Это делается легко, при помощи встроенных уставок, плавно изменяя их. Все аналогичные реле имеют компактные размеры. Это дает возможность без особых проблем установить их в шкафы релейной защиты или распределительные щиты.

Такие реле имеют надежную и простую конструкцию, унифицированы между собой, что позволяет производить их легкую замену. Для контроля параметров применяются встроенные светодиодные дисплеи.

Похожие темы:

виды, принцип работы, устройство реле

Реле – одно из наиболее распространенных устройств, применяемых для автоматизации процессов в электротехнике. По факту, это автоматический выключатель, который соединяет или разъединяет электроцепи при достижении установленных значений или под внешним воздействием. Реле применяются в промышленности для автоматизации технологических процессов, в бытовой технике, которая есть в каждом доме, например в холодильниках и стиральных машинках, для защиты сети от слишком высоких или слишком низких параметров тока. Выбор нужного устройства упрощает классификация реле по различным признакам.

Содержание статьи

Общее описание конструкции

Понятие «реле» объединяет целое семейство устройств разной конструкции. Но в общем случае реле состоит из трех основных функциональных элементов:

  • Воспринимающий. Это первичный элемент, который воспринимает контролируемую величину и преобразует ее в другую физическую величину.
  • Промежуточный. Сравнивает полученное значение с заданным параметром. Если это значение выше или ниже заданного параметра, то на исполнительный элемент передается первичное воздействие.
  • Исполнительный. Этот элемент передает воздействие в цепи, управляемые реле. В результате такого воздействия может произойти: размыкание или соединение управляемой цепи, переключение параметров тока.

Исполнение и принцип действия первичного элемента зависят от того, какое назначение имеет реле и на какую физическую величину (сила тока, напряжение, свет, тепло и т.п.) оно настроено.

Основные характеристики реле

Независимо от вида и принципа действия реле, выделяют несколько параметров, на которые обращают внимание при выборе этого прибора:

  • Время срабатывания – промежуток времени между поступлением управляющего сигнала и воздействием на управляемые цепи.
  • Коммутируемая мощность – допустимая мощность электроцепи или электроустановки, которой будет управлять реле.
  • Уставка – обычно это регулируемый параметр, который определяет величину поступающего параметра (тока, напряжения, частоты, давления, температуры), при которой происходит срабатывание реле.

Виды реле: контактные и бесконтактные

По устройству исполнительного компонента реле делят на контактные и бесконтактные.

Контактные

Воздействуют на управляемую цепь с помощью электрических контактов. Их размыкание или замыкание полностью разъединяет или замыкает электроцепь. Для изготовления контактов используются: медь, серебро, вольфрам. Количество контактов – до 10 штук. Четырех- и пятиконтактные реле используются в электрических схемах автомобилей для включения и переключения цепей.

Бесконтактные

Такие реле воздействуют на управляемую цепь способом изменения электрических параметров выходных электроцепей – емкости, сопротивления, индуктивности, величины тока или напряжения.

Классификация реле по способу включения

Первичные

Эти устройства включаются непосредственно в цепь элемента, для защиты которого они предназначены. Их преимущества – не требуются измерительные трансформаторы, источники оперативного тока, контрольные кабели.

Вторичные

Подключаются в цепь с использованием вторичных трансформаторов. Это наиболее распространенный вид реле. Их преимущества – изоляция от высокого напряжения, возможность расположить устройство в месте, удобном для обслуживания. Вторичные реле выпускаются стандартными. Они рассчитаны на ток 5 (1) А и напряжение 100 В и могут устанавливаться в любые электроцепи, независимо от их тока и напряжения.

Виды реле по назначению

По назначению эти устройства бывают трех типов – управления, защиты, сигнализации.

Реле управления

Эти реле являются первичными. Монтируются непосредственно в электроцепь. Их роль – включение и выключение отдельных элементов схемы. Могут использоваться самостоятельно или в качестве комплектующих низковольтных комплектных устройств – ящиков, панелей, шкафов.

Реле защиты

Выполняют функции включения, отключения и защиты устройств, имеющих термические контакты – электродвигателей, вентиляторов. При превышении температуры термические контакты размыкаются. Оборудование может восстановить работу только после остывания термоконтактов до установленной температуры.

Сигнализации

Такие реле устанавливают в охранных системах автотранспорта, предприятий, придомовых территорий. Служат для формирования сигнала при достижении установленной величины параметра, который находится под контролем (ток, напряжение, частота, давление, температура, акустические параметры и другие).

Разновидности электромеханических реле

Наиболее распространенный вид электрических реле – электромеханические. К ним относятся: электромагнитные, индукционные, электротепловые устройства.

Электромагнитные

Один из видов электрических реле электромагнитное. В конструкции этого устройства имеются: обмотка со стальным сердечником, группа подвижных контактов, замыкающих и размыкающих управляемую электроцепь. Рассмотрим принцип их действия:

  • На катушку сердечника подается управляющий ток.
  • В сердечнике под воздействием электрического тока создается магнитное поле, притягивающее контактную группу.
  • В зависимости от типа реле, контакты замыкают или размыкают электрическую цепь.

Разновидность электромагнитных реле – поляризованные, которые отличаются от нейтральных способностью реагировать на полярность управляющего сигнала. Размыкание или замыкание контактов зависит от полярности подключения электромагнита. Обладают более высокой чувствительностью, по сравнению с нейтральными реле. Такие устройства могут использоваться только в цепях постоянного тока.

Электротепловые (термические)

Тепловые реле представляют собой комплекс биметаллических пластин, для изготовления которых используются металлы с разным коэффициентом расширения при нагреве. Такие реле могут использоваться в качестве защитных устройств: при превышении температуры, установленной регулятором, контакты разъединяются, и поступление тока на потребителя прекращается.

Обычно тепловые реле используются в бытовых одно- и трехфазных сетях при подключении электрических двигателей. При увеличении нагрузки на двигатель выше установленной величины происходит нагрев биметаллического реле, которое при достижении определенной температуры размыкает электрическую цепь. Двигатель прекращает работу. После остывания биметаллических пластин цепь замыкается и двигатель возобновляет работу. Термические устройства могут оснащаться колесиком, с помощью которого регулируется температура отключения двигателя, и кнопкой принудительного запуска.

Существует разновидность термических реле, в которых биметаллические пластины заменены легкоплавящимся сплавом. Они срабатывают практически мгновенно – при достижении определенной температуры металл расплавляется и цепь размыкается. Принцип действия таких устройств похож на принцип действия предохранителей. После срабатывания такое реле, установленное непосредственно на оборудовании в качестве последней защиты от перегорания, подлежит замене.

Индукционные

Принцип действия этих устройств основан на взаимодействии между переменными магнитными потоками и токами, которые формируют переменные магнитные потоки. Индукционные приборы рассчитаны только на использование в цепях переменного тока. Существуют три типа индукционных реле – с рамкой, диском, цилиндрическим ротором («стаканом»). Эти устройства широко востребованы в системах релейной защиты и автоматики.

Другие виды электрических реле

Твердотельные

Эти электронные устройства компактны и долговечны, благодаря отсутствию трущихся механических частей. Работу механики здесь выполняют полупроводниковые элементы – биполярные и МОП-транзисторы, тиристоры, симисторы. По сравнению с твердотельными, они имеют следующие преимущества:

  • Низкий уровень шума при работе.
  • Очень высокая наработка на отказ, которая в 100 раз и более превышает ресурс электромагнитных устройств.
  • Быстродействие, составляющее доли миллисекунд, у электромагнитных 50 мс – 1с.
  • Электропотребление ниже на 95 %.

Однако твердотельные реле имеют не только достоинства, но и недостатки. Одним из них является слабая устойчивость к импульсным перенапряжениям, которые электромагнитным реле практически не страшны. При использовании твердотельных реле необходимо предусмотреть схемотехническое решение, которое ограничивает эти импульсы. Есть и еще минусы – нагрев при работе, наличие токов утечки, приводящих к наличию напряжения на фазном проводе даже при отключенном реле.

Твердотельные реле применяют в системах регулирования температуры, в которых в качестве нагревателей используются ТЭНы, в промышленной автоматике, телеметрии, механизмах оборудования, используемого в металлургической и химической индустрии, в медоборудовании, военной электронике.

Герконовые

Реле этого типа представляют собой герконовую катушку. Это баллон, заполненный инертным газом, или внутри которого создан вакуум. Внутри баллона располагают соединительные элементы из пермаллоя – прецизионного сплава (сплава с точно заданным химическим составом), включающего железо и никель. Эти соединительные элементы имеют вид проволоки с контактами. Их покрывают серебряным или золотым напылением. Геркон размещают в середине электрического магнита или в пределах действия его поля. При подаче тока на обмотку электромагнита образуется магнитный поток, который запирает контакты. Герконовые реле могут выполнять функции: замыкающие, переключающие, размыкающие. Преимущества этих устройств – компактные габариты, доступная цена, отсутствие трущихся частей, что продлевает срок службы. Тот факт, что контактная группа располагается в инертном газе или вакууме и надежно защищена от влаги, повышает надежность реле.

При использовании герконовых реле следует избегать:

  • близкого присутствия источника ультразвука, который будет негативно влиять на работоспособность;
  • воздействия постороннего магнитного поля;
  • механических повреждений.

Колба изготавливается обычно из стекла, поэтому ее нужно всячески оберегать от механических воздействий. При разбитой колбе контактная группа срабатывать не будет. Герконовые реле можно использовать только в системах, в которых параметры электропитания находятся в пределах, установленных в технической документации. При подаче слишком высоких токов произойдет размыкание контактов. Нарушения в работе герконовых реле наблюдаются и в случаях подачи тока слишком низкой частоты.

Фотоэлектронные (фотореле)

Основой фотоэлектронного реле является полупроводниковый элемент – фоторезистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от изменения освещенности. Фотореле – прибор, широко применяемый коммунальными службами. Он надежен в работе и обеспечивает существенную экономию электроэнергии и безопасность на улицах. При повышении освещенности все осветительное оборудование отключается, а при наступлении темноты – включается. Большинство таких приборов оснащено регулятором порога срабатывания и механическим выключателем.

Виды реле по типу поступающего параметра

По этому параметру разделяют реле: тока, мощности, частоты, напряжения, давления, акустических величин, количества газа. Устройства могут быть максимальными и минимальными. Реле, которые срабатывают при превышении заданной величины, называют «максимальными», а при ее падении ниже заданного уровня – «минимальными».

Реле тока

Реле тока реагируют на резкие перепады тока и при необходимости отключают отдельную нагрузку или всю систему электроснабжения. Величина максимального тока, при которой необходимо отключить потребителей, устанавливается регулятором.

Реле напряжения

Реле напряжения реагируют на величину напряжения и включаются через трансформаторы напряжения. Используются для контроля фаз напряжения в электросетях и защиты электроприборов. Основой такого реле является контроллер быстрого реагирования, отслеживающий отклонения напряжения за установленные пределы. Общепринятый стандарт срабатывания таких реле – ниже 170 В и выше 250 В.

Реле частоты

Служат для контроля частоты переменного тока, которая должна быть равна 50 или 60 Гц в одно- и трехфазных сетях. Обычно имеют фиксированные задержки срабатывания. Пороги размыкания цепи, которая находится под контролем, можно регулировать. Режим работы этого устройства может предусматривать наличие «памяти» аварии.

Реле мощности

Устройство, ограничивающее мощность, действует аналогично ограничителю тока нагрузки. При превышении установленного порога мощности происходит отключение потребителя. Реле ограничения мощности часто оснащаются функцией автоматического повторного включения. То есть, после снижения нагрузки работа оборудования возобновляется автоматически.

Реле давления

Реле давления – важнейший прибор, используемый в насосном оборудовании для контроля перепадов давления воды, масла, нефти, воздуха. Различают два основных типа таких приборов – электромеханические и электронные.

Электромеханические реле имеют в конструкции особый элемент, реагирующий на изменение давления в системе, – гибкую мембрану, которая изгибается под напором жидкости (воздуха) в системе. Она соединяется с двумя пружинами, одна из которых настраивается на минимально допустимый напор, а вторая – на разницу между верхней и нижней границами давления в системе. При снижении давления в системе ниже минимального порога реле включает насосное оборудование, при превышении верхнего порога – отключает. Это простые и надежные устройства, но не очень удобные в эксплуатации. Оператору приходится регулярно проверять настройки и при необходимости их корректировать.

Электронные устройства имеют более сложную конструкцию. Пределы можно устанавливать очень точно и при эксплуатации контролировать их не требуется. Электронные приборы чувствительны к гидроударам, поэтому их оснащают небольшими гидробаками (объем – примерно 400 мл). Электронное реле давления устанавливается между насосным оборудованием и первой точкой водоразбора.

Реле акустические

Акустические реле реагируют на изменение акустических величин – частоты звуковой волны, ее давления или акустических характеристик материалов – коэффициентов поглощения и отражения. Принцип действия может быть механическим или электрическим. В акустических приборах механического действия предусмотрена мембрана, которая прогибается под давлением звуковых волн, и при достижении определенной величины давления происходит замыкание контакта. В состав электрических акустических приборов входят: воспринимающий орган (микрофон, фильтр), усилитель, выходное электрическое реле.

Устройства, срабатывающие на любой шум, часто используются совместно с системой освещения. Они реагируют на любой возникающий шум в помещении и дают сигнал на включение света. Обычно их устанавливают в коридорах и на лестничных площадках. Также акустические реле широко используются в охранных системах, «интеллектуальных» игрушках.

Газовые реле

Эти приборы применяются для обеспечения газовой защиты. Они представляют собой металлический корпус, врезанный в маслопровод. Реле в нормальном состоянии заполнено маслом, а его контакты находятся в разомкнутом состоянии. При повышении содержания газов они заполняют верхнюю часть реле с одновременным вытеснением масла. Поплавок, имеющийся в конструкции, с понижением уровня масла опускается, поворачивается вокруг своей оси и вызывает замыкание контактов в сигнальной цепи. Сформированный сигнал предупреждает о высокой загазованности среды.

Промежуточные реле

«Промежуточным» называют реле, которое играет в цепи не главную, а вспомогательную роль. Рассчитано на установку в автоматических схемах и цепях управления. Его функции – увеличение числа контактов основного реле, когда необходимо замкнуть или разомкнуть несколько цепей, замкнуть одну и одновременно разомкнуть другую цепь, выполнить другие задачи. Они используются в схемах усиления и преобразования электрических сигналов, запоминания информации и программирования, распределения электрической энергии с управлением работой отдельных элементов, сопряжения элементов радиоэлектронной аппаратуры с разными принципами действия.

Часто функции промежуточных выполняют электромагнитные реле, в которых в зависимости от конструкции и области применения имеются контакты следующих типов:

  • Нормально разомкнутые (замыкающие). При отсутствии электропитания находятся в разомкнутом состоянии. При подаче напряжения происходит их замыкание.
  • Нормально замкнутые (размыкающие). В нормальном состоянии такие контакты находятся в замкнутом состоянии, а при поступлении электропитания контакты размыкаются.
  • Перекидные. В таких реле при отсутствии напряжения имеется средний контакт, замкнутый с одним из неподвижных контактов. При подаче тока средний контакт разрывает связь с первым неподвижным контактом и замыкается со вторым неподвижным контактом.

Обозначение реле на схеме

Обозначение реле на принципиальной схеме

На электрических схемах реле обозначается прямоугольником, от наибольших сторон которого показаны выводы питания. Функциональное назначение реле указывается на схеме буквами:

  • KA – тока;
  • KV – напряжения;
  • KB – блокировки;
  • KBS – блокировки от многократного включения;
  • KH – указательное;
  • KL – промежуточное;
  • KQ – фиксации положения выключателя;
  • KSV – контроля цепи напряжения;
  • KSP – контроля давления;
  • KSH – контроля напора;
  • KSL – контроля уровня жидкости;
  • KSR – скорости;
  • KSQ – состава вещества;
  • KW – мощности;
  • KZ – сопротивления.

Была ли статья полезна?

Да

Нет

Оцените статью

Что вам не понравилось?


Другие материалы по теме


Анатолий Мельник

Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.


Разновидности и технические параметры реле тока

Виды реле тока и их устройство

Существует несколько видов реле тока, принцип действия которых отличается. Рассмотрим особенности каждого вида:

  1. Первичные обычно являются частью выключателя. Используются в электросетях с напряжением до 1000 В.
  2. Вторичные подключаются через трансформатор, который, в свою очередь, подключен к питанию. Трансформатор снижает ток до значения, которое подходит для функционирования реле и делает устройство универсальным и компактным. Вторичные токовые реле также имеют разделение на подвиды. Устройство  каждого из них отличается. Рассмотрим часто встречающиеся виды: 
  •  Электромагнитные. Такие устройства наиболее распространенные. В основе их работы лежит принцип электромагнита. Конструкция состоит из сердечника с медной обмоткой, который притягивает якорь с присоединенными контактами. Если питание отключено, то пружина удерживает якорь на некотором расстоянии от сердечника. При подаче напряжения, магнитная сила сердечника притягивает якорь, тем самым переключая подключенные к нему контакты. Разновидностью электромагнитных реле являются поляризованные реле, которые имеют два сердечника с обмотками и один постоянный магнит. Срабатывание происходит в зависимости от того, какой полярности пришел входной сигнал. Существуют электромагнитные реле переменного и постоянного тока.
  •  Индукционные. Взаимодействие тока индуцированного в проводнике, а также переменного магнитного потока лежит в основе их работы. Элементы подбираются так, что при установленной частоте потока совпадают и угол отклонения равен нулю. При изменении частоты будет происходить смещение подвижного элемента, который и будет замыкать или размыкать контакты. Выделяют три типа индукционных устройств: с рамкой, с диском, со стаканом. Используются на переменном токе как защита от электротоков перегрузки.
  •  Дифференциальные. Такие устройства сравнивают силу тока до потребителя (силового трансформатора) и после него. В штатной ситуации оба показателя практически одинаковы, если же возникает короткое замыкание или утечка, то показатели изменяются и равенство нарушается. Происходит срабатывание и отключение от сети. Они часто используются для защиты человека от удара электротоком при контакте с корпусом неисправного устройства.
  •  На интегральных микросхемах. Они работают на полупроводниках (симисторы, тиристоры и пр.). Входящий сигнал проверяется на соответствие установленным показателям. В случае отклонения, устройство разрывает цепь.
  •  Тепловые. Такие устройства имеют биметаллическую пластину, которая при прохождении электротока нагревается и изгибается, замыкая или размыкая контакты. Чем больше электроток, тем быстрее она разогревается.

Реле тока: основные характеристики

Для работы реле необходимо, чтобы его параметры соответствовали поставленным задачам. Это устройство подбирается по следующим характеристикам:

  • Сила тока (А) – каждое устройство рассчитано на определенный уровень электротока.
  • Напряжение (В) – диапазон напряжения, в котором происходит нормальная работа устройства.
  • Мощность срабатывания (Вт) – минимальная мощность подаваемого электротока для нормальной работы.
  • Мощность управления (Вт) – максимальная мощность электротока, при которой реле может выполнять свои функции.
  • Точность измерения силы тока (А) – от этого зависит погрешность при срабатывании.
  • Время срабатывания (секунды) – это разница во времени от момента события до момента срабатывания прибора.
  • Возможность регулировки срабатывания по времени (секунды) – возможность выставить задержку на включение/отключение устройства при критических нагрузках.
  • Условия эксплуатации – нужно учитывать в каких условиях устройство будет использоваться: вибрация, повышенная влажность, запыленность и пр.

Это перечень только основных характеристик, на которые следует обращать внимание при выборе токового реле. В зависимости от поставленных задач, этот список может расширяться или же сокращаться.

Особенности реле контроля тока RBUZ I от компании DS Electronics

Компания DS Electronics выпускает однофазное реле контроля тока RBUZ I с силой тока в диапазоне от 25 А до 63 А. Они обеспечивают защиту электрических устройств от токовых перегрузок благодаря отключению нагрузки. Предназначается для установки в электрощит на DIN-рейку шириной 35 мм.

Использование реле позволяет оптимизировать работу устройств, которые содержат двигатели. Хорошо подходит для контроля и защиты насосного оборудования и ограничения потребления в ветхих электросетях.

Благодаря функции регулировки задержки на отключение до 240 с, можно не прекращать работу при некоторых перегрузках допустимое время. Если по истечению указанного времени не произойдет нормализация силы тока, то прибор отключит потребителей от питания. Задержка включения позволяет избежать повторных предельных нагрузок и защитить двигатель компрессорного оборудования.

Для определения силы тока в реле RBUZ I используется алгоритм True RMS, который позволяет наиболее точно произвести измерения. Также есть возможность корректировки значений в соответствии с внешними измерительными приборами.

Устройство имеет функцию запоминания значений тока при срабатывании, которые хранятся в его памяти. Также RBUZ I имеет возможность задействовать дополнительные пределы тока.

Для обеспечения пожарной безопасности RBUZ I выпускается в корпусе из негорючего поликарбоната и дополнительно снабжен защитным механизмом, который отключит прибор в случае перегрева.

Заключение

Выбирая реле тока, сопоставляйте его параметры с теми задачами, которые нужно будет выполнить. Убедитесь, что его мощность, а также максимальный ток соответствуют всем подключенным приборам. Лучше взять с запасом около 10-15% . Это позволит не менять реле, если добавится новый потребитель, а также продлит срок службы устройства, т.к. оно не будет работать на пределе.

Правильно подобранное и установленное реле тока обеспечит оптимальную и безопасную работу оборудования долгие годы. Компания DS Electronics предоставляет 5 лет гарантии на реле RBUZ I.

Оцените новость:

РС83-АВ2 — РЗА СИСТЕМЗ

Описание товара

УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ ПО ТОКУ И НАПРЯЖЕНИЮ РС83-АВ2

 

Функции защиты и автоматики
Наименование функции Число ступеней
Направленная/ненаправленная максимальная токовая защита (МТЗ) 4
Направленная/ненаправленная защита от замыканий на землю (ЗНЗ) 2
Защита по току обратной последовательности (ОБР) 0/2*
Защита минимального напряжения (ЗМН) 2
Защита от повышения напряжения (ЗПН) 0/2*
Внешние защиты (ВЗ) или сигналы с пуском через дискретные входы до 14
Дуговая защита с оптоволоконным датчиком и токовой блокировкой 0-2
Автоматическое повторное включение (АПВ) 2
АЧР-ЧАПВ (по дискретному входу) 1/1
УРОВ 1
Определение места повреждения (ОМП) +
Контроль исправности цепей напряжения (ЗОЦН) +
Автоматика и управление выключателем 1
Питание по цепям тока Опционально
Встроенное дешунтирование Опционально
Группы уставок с возможностью переключения по направлению мощности 2
Интерфейсы RS-485, USB 2

* Одновременное наличие в устройстве защиты по току обратной последовательности (2 ступени) и защиты от повышения напряжения (2 ступени) не предусмотрено.

 

Основные технические характеристики устройства
Наименование параметра Значение
Номинальный ток, А 5
Номинальное напряжение цепей измерения, В 100
Номинальное напряжение питания, полярность произвольная (~/=), В 220 (110)
Номинальная частота сети, Гц 50
Время готовности при питании от токовых цепей, не более, мс 150
Диапазон уставок МТЗ и ЗНЗ по расчетному току, А (вторичных) 1-120
Диапазон уставок ЗНЗ по измеренному току, по исполнениям, А

0,004-1;

0,02-5;

1-120

Рабочий диапазон питающего напряжения блока питания устройства, длительно ~/-, В 80-264
Допустимое повышение питающего напряжения на время до 5 минут, В 420
Потребление по цепям питания при не срабатывании выходных реле, Вт 10
Увеличение потребления при срабатывании реле, Вт/реле 0,25
Диапазон рабочих температур, °С от — 40 до +70
Количество дискретных входов 8-18
Количество выходных реле 8-16

 

Особенности устройства
  • Для любой ступени МТЗ и ЗНЗ может быть введена или выведена направленность.
  • Для любой ступени МТЗ может быть назначена работа с независимой или с любой из 7 видов зависимых ампер-секундных характеристик.
  • Для любой ступени МТЗ и ЗНЗ может быть введен/выведен пуск по напряжению (вольтметровая блокировка).
  • Для любой ступени МТЗ может быть введена или выведена блокировка по 2-й гармонике тока, позволяющая отстроится от броска тока намагничивания при включении выключателя.
  • Каждая из ступеней ЗНЗ может быть назначена на работу по измеренному или расчетному току 3Iо.
  • При работе по измеренному току 3Iо диапазон уставок по току ЗНЗ может быть от 0,004 А (вторичное значение) для обеспечения высокой чувствительности в сети с малыми токами замыкания на землю.
  • При работе по расчетному току 3Iо диапазон уставок ЗНЗ может быть до 120 А (вторичное значение), для работы в сети с большими токами замыкания на землю (глухозаземленная нейтраль).
  • Ступени ЗМН и ЗПН могут назначаться на работу с блокировкой при неисправности цепей напряжения и со специфическими блокировками, облегчающими их использование для пуска распределенной системы АВР.

 

Преимущества
  • Расширенный диапазон допустимых питающих напряжений ~/ = от 80 до 420 В (до 5 мин.).
  • Расширенный диапазон рабочих температур от -40°С до +70°С
  • Невысокое энергопотребление, от 10 Вт.
  • Высокая степень защиты устройств по лицевой панели, IP54.
  • Встроенное питание по цепям тока и дешунтирование.
  • Быстрый холодный старт по токовым цепям от 150 мс.
  • Встроенная функция дуговой защиты.
  • Встроенный источник для гарантированного питания дискретных входов.
  • Высокая ремонтопригодность за счет модульной конструкции с легко заменяемыми унифицированными модулями для устройств разного назначения.
  • Возможность использования одного устройства вместо двух комплектов направленных защит за счет переключения групп уставок по направлению мощности.
  • Встроенные блокировки ЗМН, облегчающие ее использование для пуска АВР.
  • Определитель места повреждения.

 

Техническая документация

 

Программное обеспечение

 

Информация для заказа

Будьте первым, кто оставил отзыв на “РС83-АВ2”

Первичная и вторичная или резервная защита в энергосистеме

Первичная защита
Ниже представлена ​​схема защиты энергосистемы, которая предназначена для защиты частей и компонентов энергосистемы. Как показано на рисунке ниже, каждая линия связана с реле максимального тока, которое защищает линии от неисправностей. Таким образом, если на какой-либо линии произойдет неисправность, она будет устранена с помощью ее реле и автоматического выключателя. Это называется основной или основной защитой и действует как защитник первой линии.Срок службы первичной ретрансляции очень высок, более 90% всех операций выполняются правильно. Но это не всегда так, иногда неисправности не выявляются первичной или основной системой защиты, то есть автоматическим выключателем и системой реле из-за неисправностей в реле, автоматических выключателях или системе электропроводки в различных условиях. В этих условиях дополнительная или резервная система защиты выполняет необходимую работу.

Щелкните изображение, чтобы увеличить

Первичная защита может выйти из строя по следующим причинам

  • Отказ подачи постоянного тока на цепь отключения
  • Отказ в рабочем токе или напряжении реле
  • Нарушение отключения выключателя механизм
  • Отказ срабатывания главного защитного реле
  • Отказ в проводке релейной системы
  • Отказ работы ТТ или ПТ

Вторичная защита

Резервная защита очень важна для стабильной и надежной энергосистемы

Как мы знаем, невозможно разработать 100% безопасную и эффективную систему, потому что есть вероятность отказа в подключенных ТТ, ТТ, автоматическом выключателе и т. Д.в системе. Если это произойдет, то это разрушит всю нашу систему коммутации.

Если срабатывание первичной защиты дает сбой, то вторичная защита отключает неисправную часть от системы. Более того, когда мы отключаем первичную защиту для тестирования или технического обслуживания, вторичная или резервная защита будет действовать как первичная защита. На приведенном выше рисунке реле «X» (установка времени 1 секунда) обеспечивает резервную защиту для каждой из четырех линий, подключенных к основной шине.

Кроме того, большая часть отключается тогда, когда первичное реле работает правильно. Следовательно, больший акцент следует делать на более экономичном обслуживании первичной ретрансляции.

Типы вторичной или резервной защиты

  • Релейная резервная защита
  • Резервная защита выключателя
  • Удаленная резервная защита
  • Централизованная координационная резервная защита

Что нужно знать о защитных реле

Защитные реле, пожалуй, наименее изученный компонент защиты цепей среднего напряжения (СН). Фактически, некоторые считают, что автоматические выключатели среднего напряжения работают сами по себе, без прямого включения защитными реле. Другие думают, что работа и согласование защитных реле слишком сложны для понимания. Давайте углубимся в детали и устраним эти заблуждения.

Справочная информация

Стандартный словарь IEEE определяет автоматический выключатель следующим образом.

«Устройство, предназначенное для размыкания и замыкания цепи неавтоматическими средствами и автоматического размыкания цепи при заданной перегрузке по току без нанесения вреда себе при правильном применении в пределах своих номиналов.«

Согласно этому определению, выключатели среднего напряжения не являются настоящими выключателями, поскольку они не отключаются автоматически при перегрузке по току. Они представляют собой устройства переключения мощности с электрическим приводом, которые не работают до тех пор, пока какое-либо внешнее устройство не направит их на открытие или закрытие. Это верно независимо от того, является ли устройство воздушным, масляным, вакуумным или [SF.sub.6] автоматическим выключателем. Датчики и реле используются для обнаружения перегрузки по току или других ненормальных или неприемлемых условий и для подачи сигнала механизму переключения о срабатывании. Автоматические выключатели среднего напряжения — это переключатели грубой силы, а датчики и реле — это мозги, которые управляют их работой.

Датчики могут быть трансформаторами тока (CT), трансформаторами напряжения (PT), приборами температуры или давления, поплавковыми выключателями, тахометрами или любым устройством или комбинацией устройств, которые будут реагировать на отслеживаемое состояние или событие. В распределительных устройствах наиболее распространенными датчиками являются трансформаторы тока для измерения тока и трансформаторы тока для измерения напряжения. Реле измеряют выходной сигнал датчика и вызывают срабатывание выключателя для защиты системы при превышении установленных пределов, отсюда и название «защитные реле». «Наличие разнообразных датчиков, реле и автоматических выключателей позволяет проектировать полные системы защиты настолько простыми или сложными, насколько это необходимо, желательно и экономически целесообразно.

Электромеханические реле

В течение многих лет защитные реле были электромеханическими устройствами, построенными как прекрасные часы, с большой точностью и часто с подшипниками с драгоценными камнями. Они заработали заслуженную репутацию благодаря точности, надежности и надежности.Есть два основных типа рабочих механизмов: реле электромагнитного притяжения и реле электромагнитной индукции.

Реле магнитного притяжения . Реле магнитного притяжения, как показано на Рис. 1 (здесь не включены), имеют либо соленоид, который втягивает плунжер, либо один или несколько электромагнитов, притягивающих шарнирный якорь. Когда магнитная сила достаточна для преодоления сдерживающей пружины, подвижный элемент начинает движение и продолжается до тех пор, пока контакт (-ы) не сработает или магнитная сила не будет снята. Точка срабатывания — это ток или напряжение, при которых плунжер или якорь начинают двигаться, а в реле коммутационного устройства значение срабатывания может быть установлено очень точно.

Эти реле обычно срабатывают мгновенно, без преднамеренной задержки по времени, замыкаясь сразу после срабатывания, если позволяет механическое движение. К этому типу реле можно добавить временную задержку с помощью сильфона, рычага управления или часового механизма спуска. Однако точность синхронизации значительно менее точна, чем у реле индукционного типа, и эти реле редко используются с выдержкой времени в распределительных устройствах.

Реле притяжения могут работать как с переменным, так и с постоянным током на катушках; следовательно, на реле, использующие этот принцип, влияет составляющая постоянного тока асимметричного повреждения, и они должны быть настроены таким образом, чтобы учесть это.

Реле индукционные . Индукционные реле, как показано на Рис. 2 (не включены здесь), доступны во многих вариантах для обеспечения точного срабатывания срабатывания и время-токовой реакции для широкого диапазона простых или сложных системных условий. Индукционные реле — это в основном асинхронные двигатели.Подвижный элемент или ротор обычно представляет собой металлический диск, хотя иногда это может быть металлический цилиндр или чашка. Статор представляет собой один или несколько электромагнитов с катушками тока или потенциала, которые индуцируют токи в диске, заставляя его вращаться. Движение диска сдерживается пружиной до тех пор, пока вращательные силы не станут достаточными для поворота диска и приведения его подвижного контакта к неподвижному контакту, замыкая цепь, которой управляет реле. Чем сильнее обнаруживается повреждение, тем больше ток в катушках и тем быстрее вращается диск.

Калиброванная регулировка, называемая шкалой времени, устанавливает расстояние между подвижными и неподвижными контактами, чтобы изменять время срабатывания реле от быстрого (контакты лишь слегка разомкнуты) до медленного (контакты почти на полный оборот диска). Действие сброса начинается, когда вращательная сила снимается, либо путем замыкания контакта реле, который размыкает выключатель, либо путем устранения неисправности, которую обнаруживает реле, иным образом. Сдерживающая пружина возвращает диск в исходное положение.Время, необходимое для сброса, зависит от типа реле и настройки шкалы времени (расстояния между контактами).

С несколькими магнитными катушками можно одновременно определять несколько состояний напряжения и тока. Их сигналы могут быть аддитивными или вычитающими при приведении в действие диска. Например, токово-дифференциальное реле имеет две токовые катушки с противоположным действием. Если два тока равны, независимо от величины, диск не двигается. Если разница между двумя токами превышает настройку датчика, диск вращается медленно для небольшой разницы и быстрее для большей разницы.Контакты реле замыкаются, когда разница сохраняется в течение времени, определяемого характеристиками и настройками реле. Используя несколько катушек, направленные реле могут определять направление тока или мощности, а также величину. Поскольку движение диска создается индуцированными магнитными полями от магнитов переменного тока, индукционные реле почти полностью не реагируют на составляющую постоянного тока асимметричного повреждения.

Большинство реле распределительного устройства заключены в выдвижной корпус для полузащитного монтажа.Реле обычно устанавливают на двери шкафа КРУ. Проводка датчика и управления выведена на разъемы на корпусе. Реле вставляется в корпус и подключается с помощью небольших переключателей или переходной вилки, в зависимости от производителя. Его можно отсоединить и вынуть из корпуса, не нарушая проводку. Когда реле отключено, соединения трансформатора тока в корпусе автоматически замыкаются на короткое замыкание вторичной обмотки трансформатора тока и защищают трансформатор тока от перенапряжений и повреждений.

Многие реле оснащены разъемом для тестового кабеля. Это позволяет использовать испытательный комплект для проверки калибровки реле. Передняя крышка реле прозрачна, ее можно снять для доступа к механизму, и на ней есть средства для пломбирования проводов и выводов для предотвращения несанкционированного доступа.

Реле твердотельное

В последнее время все большую популярность приобрели твердотельные электронные реле. Эти реле могут выполнять все функции, которые могут выполняться электромеханическими реле, и, благодаря универсальности электронной схемы и микропроцессоров, могут выполнять многие функции, ранее недоступные.Как правило, твердотельные реле меньше и более компактны, чем их механические эквиваленты. Например, трехфазное твердотельное реле максимального тока можно использовать вместо трех однофазных механических реле максимального тока, но оно меньше одного из них.

Точность электронных реле выше, чем у механических реле, что обеспечивает более тесную координацию системы. Кроме того, поскольку отсутствует механическое движение, а электронная схема очень стабильна, точность калибровки сохраняется в течение длительного времени.При желании время сброса может быть очень коротким, поскольку отсутствует механическое движение.

Электронные реле требуют меньше энергии для работы, чем их механические эквиваленты, что создает меньшую нагрузку на трансформаторы тока и трансформаторы тока, которые их питают. Поскольку твердотельные реле имеют минимум движущихся частей, их можно сделать очень устойчивыми к сейсмическим воздействиям и поэтому они особенно хорошо подходят для зон, подверженных землетрясениям.

В своих ранних версиях некоторые твердотельные реле были чувствительны к тяжелым электрическим условиям промышленного применения.Они были склонны к выходу из строя, особенно из-за высоких переходных напряжений, вызванных молнией, электросетью и переключением на месте. Однако сегодняшние реле были спроектированы так, чтобы выдерживать эти переходные процессы и другие жесткие условия эксплуатации, и этот тип отказа практически исключен. Твердотельные реле завоевали прочные и быстрорастущие позиции на рынке, поскольку опыт доказывает их точность, надежность, универсальность и надежность.

Приведенная ниже информация относится к электромеханическим и твердотельным реле, хотя одно из них работает механически, а другое — электронно.Будут отмечены существенные различия.

Типы реле

Существуют буквально сотни различных типов реле. В каталоге одного производителя электромеханических реле перечислены 264 реле для функций защиты и управления распределительных устройств и систем. Для сложных систем со многими уровнями напряжения и межсоединениями на больших расстояниях, таких как передача и распределение электроэнергии, ретрансляция — это искусство, которому некоторые инженеры посвящают всю свою карьеру.Для более простого промышленного и коммерческого распределения релейная защита может быть менее сложной, хотя правильный выбор и применение по-прежнему очень важны.

Наиболее часто используемые реле и устройства перечислены здесь, в Таблице (сюда не включена), с указанием их функциональных номеров и описаний Американского национального института стандартов (ANSI). Эти стандартные номера используются в однолинейных схемах и схемах подключения для обозначения реле или других устройств, что позволяет сэкономить место и текст.

Если реле сочетает в себе две функции, отображаются номера функций для обеих. Наиболее часто используемым реле является реле максимального тока, сочетающее в себе функции мгновенного отключения и отключения с обратнозависимой выдержкой времени. Это обозначено как устройство 50/51. В качестве другого примера устройство 27/59 может представлять собой комбинированное реле минимального и максимального напряжения. Полный стандарт ANSI перечисляет 99 номеров устройств, некоторые из которых зарезервированы для использования в будущем.

Реле можно классифицировать по характеристикам срабатывания.Реле мгновенного действия — это реле без преднамеренной задержки по времени. Некоторые могут работать за половину цикла или меньше; другие могут занять до шести циклов. Реле, которые работают за три цикла или меньше, называются высокоскоростными реле.

Реле с выдержкой времени могут быть с независимой или обратнозависимой выдержкой времени. Реле с независимой выдержкой времени имеют предустановленную временную задержку, которая не зависит от величины управляющего сигнала (ток, напряжение или что-то еще) после превышения значения срабатывания. Фактическая заданная временная задержка обычно регулируется.

Реле с обратнозависимой выдержкой времени, такие как реле максимального тока или дифференциальные реле, имеют время срабатывания, которое зависит от значения управляющего сигнала. Временная задержка велика для небольших сигналов и становится все короче по мере увеличения значения сигнала. Время работы обратно пропорционально величине отслеживаемого события.

Реле максимального тока

В распределительном устройстве реле максимального тока обычно используется на каждой фазе каждого автоматического выключателя, и часто одно дополнительное реле максимального тока используется для защиты от замыкания на землю.Обычная практика заключается в использовании одного элемента мгновенного короткого замыкания и одного элемента максимального тока с обратнозависимой выдержкой времени (ANSI 50/51) для каждой фазы.

В стандартном электромеханическом реле оба элемента для одной фазы объединены в одном корпусе реле. Элемент мгновенного действия представляет собой заслонку или соленоид, а элемент с обратнозависимой выдержкой времени представляет собой индукционный диск.

В некоторых твердотельных реле три элемента мгновенного действия и три элемента с обратнозависимой выдержкой времени могут быть объединены в один корпус реле меньшего размера, чем у одного индукционного дискового реле.

Реле максимального тока реагируют только на величину тока, а не на направление тока или напряжение. Большинство реле спроектированы для работы от выхода трансформатора тока со стандартным коэффициентом передачи с вторичным током 5 А при номинальном первичном токе. Твердотельное реле не нуждается в дополнительном источнике питания, питаясь своей электронной схемой от выхода трансформатора тока, питающего реле.

На элементе мгновенного действия может быть установлена ​​только точка срабатывания, которая представляет собой значение тока, при котором элемент мгновенного действия будет действовать без преднамеренной временной задержки, чтобы замкнуть цепь отключения автоматического выключателя. Фактическое требуемое время будет немного уменьшаться по мере увеличения величины тока, от примерно 0,02 с максимум до примерно 0,006 с минимум, как видно из мгновенной кривой на Рис. 3 (см. Стр. 47) [ИЛЛЮСТРАЦИЯ ОПРЕДЕЛЕНА]. Это время будет зависеть от реле разных номиналов или производителей, а также будет зависеть от электромеханических и твердотельных реле.

Обратите внимание, что эта кривая основана на кратных настройках срабатывания для мгновенного элемента, которые обычно значительно выше, чем настройка срабатывания для элемента с обратнозависимой выдержкой времени.

Временные задержки можно выбирать в широком диапазоне практически для любых мыслимых требований. Выбор выдержки времени начинается с выбора реле. Существует три классификации времени: стандартное, среднее и длительное время задержки. Внутри каждой классификации существует три класса наклонов кривой с обратной зависимостью времени: обратный (наименее крутой), очень обратный (более крутой) и чрезвычайно обратный (самый крутой). Классификация по времени и крутизна кривой характерны для выбранного реле, хотя для некоторых твердотельных реле они могут в некоторой степени регулироваться.Для каждого набора кривых, определяемых выбором реле, фактический отклик регулируется с помощью шкалы времени.

В элементе обратнозависимого времени есть две настройки. Сначала устанавливается точка самовывоза. Это значение тока, при котором начинается процесс отсчета времени, когда диск начинает вращаться на электромеханическом реле или электронная схема начинает отключаться по времени на твердотельном реле.

Затем выбирается установка шкалы времени. Это регулирует кривую выдержки времени между минимальной и максимальной кривыми для конкретного реле.Типичные обратные, очень обратные и чрезвычайно обратные кривые показаны на Рис. 3 (здесь не включены). У данного реле будет только один набор кривых, инверсных, очень инверсных или крайне инверсных, регулируемых во всем диапазоне шкалы времени. Обратите внимание, что ток указан в кратных настройках срабатывания.

Каждый элемент, мгновенный или с временной задержкой, имеет флаг, который указывает, когда этот элемент сработал. Этот флаг необходимо сбросить вручную после срабатывания реле.

Установка точки самовывоза

Стандартное реле максимального тока предназначено для работы от трансформатора тока с коэффициентом сжатия со стандартным вторичным выходом 5 А. Выходной сигнал стандартного трансформатора тока составляет 5 А при номинальном первичном токе, указанном на паспортной табличке, а выходная мощность пропорциональна первичному току в широком диапазоне. Например, трансформатор тока с коэффициентом 100/5 будет иметь выход 5 А, когда первичный ток (измеряемый и измеряемый ток) равен 100 А. Отношение первичной обмотки к вторичной обмотке 20 к 1 является постоянным, так что при токе первичной обмотки 10 А вторичный ток будет равен 0.5А; для первичной обмотки 20 А, вторичной обмотки 1,0 А; для первичной обмотки 50А, вторичной 2.5А; и т. д. Для первичной обмотки на 1000 А вторичный ток составляет 50 А, и аналогично для всех значений тока вплоть до максимума, с которым ТТ будет работать до того, как он перейдет в насыщение и станет нелинейным.

Первым шагом в настройке реле является выбор ТТ, чтобы датчик можно было настроить на желаемое значение первичного тока. Номинальный ток первичной обмотки должен быть таким, чтобы первичный ток от 110 до 125% от ожидаемой максимальной нагрузки производил номинальный вторичный ток 5 А.Максимальный доступный первичный ток короткого замыкания не должен производить вторичный ток более 100 А во избежание насыщения и чрезмерного нагрева. Возможно, невозможно точно выполнить эти требования, но они представляют собой полезные рекомендации. В результате может потребоваться некоторый компромисс.

На реле максимального тока 50/51 настройка выдержки максимального тока (устройство 51) выполняется с помощью заглушки или винта, вставленного в соответствующее отверстие в розетке с рядом отверстий, отмеченных во вторичных амперах ТТ, с помощью регулируемого калиброванный рычаг или каким-либо аналогичным методом.При этом выбирается один отвод вторичного тока (общее количество отводов зависит от реле) на катушке захвата. Диапазон уставок первичного тока определяется соотношением выбранного трансформатора тока.

Например, предположим, что коэффициент передачи трансформатора тока составляет 50/5 А. Типичные ответвления — 4, 5, 6, 7, 8, 10, 12 и 16 А. Настройки датчика будут варьироваться от первичного тока 40А (ответвление 4А) до 160А (ответвление 16А). Если требуется датчик на 60 А, выбирается ответвитель на 6 А. Если требуется ток срабатывания более 160 А или менее 40 А, необходимо выбрать трансформатор тока с другим коэффициентом или, в некоторых случаях, другое реле с более высокими или более низкими настройками отводов.

Доступны различные типы реле с катушками срабатывания от 1,5 А до 40 А. Диапазон общих катушек составляет от 0,5 до 2 А, для слаботочных датчиков, таких как измерение замыкания на землю; От 1,5 до 6А средний диапазон; или от 4 до 16 А, диапазон, обычно выбираемый для максимальной токовой защиты. Доступны трансформаторы тока с широким диапазоном номиналов первичной обмотки, со стандартными вторичными обмотками на 5 А или с другими вторичными обмотками, вторичными обмотками с ответвлениями или несколькими вторичными обмотками.

Подходящую комбинацию коэффициента трансформации трансформатора тока и пусковой катушки можно найти практически для любого желаемого первичного тока срабатывания и настройки реле.

Настройка мгновенного отключения (устройство 50) также регулируется. Параметр задается в амперах срабатывания, полностью не зависит от настройки срабатывания срабатывания элемента с обратнозависимой выдержкой времени или, на некоторых твердотельных реле, кратно точке срабатывания с обратнозависимой выдержкой времени. Например, одно электромеханическое реле регулируется от 2 до 48 А срабатывания; твердотельное реле регулируется от 2 до 12 раз по сравнению с уставкой срабатывания обратнозависимой выдержки времени. На большинстве электромеханических реле средством настройки является отводной штекер, аналогичный тому, который используется для элемента с обратнозависимой выдержкой времени.С помощью штекера можно выбрать полный диапазон тока. Неоткалиброванная регулировка винта обеспечивает окончательную настройку датчика. Это требует использования испытательного комплекта для подачи калибровочного тока в катушку, если настройка должна быть точной. На твердотельных реле регулировкой может быть калиброванный переключатель, который можно установить с помощью отвертки.

Установка шкалы времени

Для любой настройки отвода или срабатывания реле имеет целое семейство кривых время-ток. Нужная кривая выбирается вращением шкалы или перемещением рычага.Шкала времени или рычаг откалиброваны по произвольным числам, между минимальным и максимальным значениями, как показано на кривых, опубликованных производителем реле. Типичный набор кривых шкалы времени для реле с обратнозависимой выдержкой времени показан на Рис. 4 (здесь не включен). При установке шкалы времени на ноль контакты реле замкнуты. По мере увеличения настройки шкалы времени размыкание контактов увеличивается, увеличивая время срабатывания реле. При желании могут быть выполнены настройки между точками калибровки, а применимая кривая может быть интерполирована между напечатанными кривыми.

Точки срабатывания и настройки шкалы времени выбираются таким образом, чтобы реле могло выполнять желаемую защитную функцию. Для реле максимального тока цель состоит в том, чтобы при возникновении неисправности в системе сработало реле, ближайшее к неисправности. Установки времени на вышестоящих реле должны задерживать их срабатывание до тех пор, пока соответствующее устройство максимального тока не устранит неисправность. Требуется исследование селективности, отображающее время-токовые характеристики каждого устройства в исследуемой части системы.Благодаря широкому выбору доступных реле и гибкости настроек каждого реле выборочная координация возможна для большинства систем.

Выбор и настройка других реле, кроме реле максимального тока, выполняются аналогичным образом. Детали будут отличаться в зависимости от типа реле, его функции в системе и производителя реле.

Реле срабатывания

Электромеханическое реле сработает и начнет замыкать свои контакты, когда ток достигнет значения срабатывания. При токе срабатывания с обратнозависимой выдержкой времени рабочие усилия очень малы, а точность синхронизации оставляет желать лучшего. Время реле является точным примерно в 1,5 раза или больше, и именно здесь начинаются кривые время-ток ( Рис. 4 ) [не включены здесь]. Этот факт необходимо учитывать при выборе и настройке реле.

Когда контакты реле замыкаются, они могут отскочить, слегка размыкаясь и создавая дугу, которая сжигает и разъедает контактные поверхности. Чтобы предотвратить это, реле максимального тока имеют встроенное вспомогательное реле с герметичным контактом, параллельным контактам реле времени, которое замыкается немедленно при соприкосновении контактов реле.Это предотвращает возникновение дуги при дребезге контактов реле. Это вспомогательное реле также активирует механический флаг, указывающий, что реле сработало.

Когда автоматический выключатель, управляемый реле, размыкается, катушка реле обесточивается вспомогательным контактом на выключателе. Это защищает контакты реле, которые рассчитаны на токи до 30 А, но не должны нарушать индуктивный ток цепи отключения выключателя, чтобы предотвратить искрящий износ. Затем диск возвращается в исходное положение пружиной.Реле сброшено. Время возврата — это время, необходимое для полного возврата контактов в исходное положение. Контакты разъединяются примерно через 0,1 сек (шесть циклов) после обесточивания катушки. Общее время сброса зависит от типа реле и настройки шкалы времени. Для максимальной настройки шкалы времени (контакты полностью разомкнуты) типичное время сброса может составлять 6 секунд для реле с обратнозависимой выдержкой времени и до 60 секунд для реле с очень обратной или крайне обратной зависимостью. При более низких настройках шкалы времени расстояние размыкания контактов меньше, поэтому время сброса меньше.

Работа твердотельного реле не зависит от механических сил или движущихся контактов, а выполняет свои функции электронно. Следовательно, синхронизация может быть очень точной даже для токов, равных величине срабатывания срабатывания. Отсутствует механический дребезг контактов или искрение, а время сброса может быть очень коротким.

Выбор CT и PT

При выборе измерительных трансформаторов для реле и измерения необходимо учитывать ряд факторов; коэффициент трансформации, нагрузка, класс точности и способность выдерживать доступные токи короткого замыкания.

Коэффициент трансформации трансформатора тока . Указанные ранее рекомендации по ТТ должны иметь номинальный вторичный выход на уровне от 110 до 125% от ожидаемой нагрузки и не более 100 А вторичного тока при максимальном первичном токе повреждения. Если может потребоваться более одного коэффициента трансформации ТТ, доступны ТТ с ответвлениями вторичных обмоток или многообмоточных вторичных обмоток.

Нагрузка CT . Нагрузка ТТ — это максимально допустимая вторичная нагрузка, выраженная в вольтамперах (ВА) или сопротивлении в омах для обеспечения точности.В стандартах ANSI указаны нагрузки от 2,5 до 45 ВА при коэффициенте мощности 90% для измерения ТТ и от 25 до 200 ВА при 50% коэффициента мощности для реле ТТ.

Класс точности ТТ . Стандарты класса точности ANSI: [+ или -] 0,3, 0,6 или 1,2%. Ошибки соотношения возникают из-за тепловых потерь, возведенных в квадрат R. Фазовые ошибки возникают из-за потерь в сердечнике на намагничивание.

ТТ помечены точкой или другим обозначением полярности на первичной и вторичной обмотках, так что в момент, когда ток поступает на отмеченную первичную клемму, он покидает отмеченную вторичную клемму.Полярность не требуется для определения максимального тока, но важна для дифференциальной реле и многих других функций реле.

Коэффициент PT . Выбор коэффициента PT относительно прост. Коэффициент передачи трансформатора тока должен быть таким, чтобы при номинальном первичном напряжении вторичный выход составлял 120 В. При напряжениях, превышающих номинальное первичное напряжение более чем на 10%, трансформатор напряжения будет подвержен насыщению сердечника, что приведет к ошибкам напряжения и чрезмерному нагреву.

Обременение ПТ . Доступны трансформаторы тока для нагрузок от 12,5 ВА при коэффициенте мощности 10% до 400 ВА при коэффициенте мощности 85%.

Точность ПТ . Классы точности — стандарт ANSI [+ или -] 0,3, 0,6 или 1,2%. Первичные цепи PT, а также, где это возможно, вторичные цепи PT, должны быть защищены предохранителями.

CT и PT должны обладать достаточной мощностью для обслуживания нагрузки и достаточной точностью для функций, которые они должны выполнять. Однако увеличение нагрузки или точности, чем необходимо, просто увеличит стоимость измерительных трансформаторов.Твердотельные реле обычно требуют меньших затрат, чем электромеханические реле.

Рекомендации по практике защиты и схемы реле при отказе трансформатора, шины и выключателя

Введение в защитные реле

Защитные реле чаще всего применяются с другими защитными и вспомогательными реле как системой, а не по отдельности. Следующие ниже описания основных схем применимы к электромеханическим, статическим и микропроцессорным релейным системам. Статические и микропроцессорные релейные системы обычно имеют более сложную логику, участвующую в принятии решения об отключении, особенно в области переходной блокировки во время устранения внешнего повреждения.

Практические рекомендации по защите и схемы реле при отказе трансформатора, шины и выключателя (фото предоставлено Лиамом Махером через Linkedin)

Статические системы требуют более тщательного обращения с входными цепями, т. Е. Выводы ТТ и ТН часто экранированы. Статические системы немного быстрее, требуют меньше обслуживания и значительно дороже электромеханических систем.

Микропроцессорные реле очень универсальны и часто могут выполнять многие функции с меньшими затратами, чем другие методы.В дополнение к базовой ретрансляции они могут выполнять поиск неисправностей , регистрацию данных о неисправностях, самотестирование и измерения .

Поскольку микропроцессорные реле, как правило, имеют больше защитных функций, доступных в релейном корпусе, это часто позволяет инженеру по реле обеспечить дополнительную защиту, которую инженер по реле раньше не рассматривал бы. В микропроцессорных релейных системах обычно меньше устройств, поскольку они содержат больше функций в одном корпусе. Это снизит стоимость первоначальной установки.

Содержание:

  1. Защита трансформатора и реактора
  2. Защита шины
    1. Дистанционное отключение при неисправности шины
    2. Локальное отключение при неисправности шины
  3. Защита от отказа выключателя
    1. Дистанционное резервное копирование
    2. Локальное резервное копирование
      1. Резервное копирование при полном отказе выключателя

1. Защита трансформатора и реактора

Трансформаторы защищены предохранителями или устройствами прерывания цепи, такими как автоматические выключатели или переключатели цепи с реле, обнаруживающими неисправности и передающими сигналы отключения устройствам прерывания цепи.

Трансформаторы 5 МВА и ниже почти всегда защищены предохранителями. Релейная защита трансформаторов чаще всего используется для трансформаторов мощностью 10 МВА и выше, хотя есть трансформаторы до 30 МВА, которые защищены плавкими предохранителями.

Защита плавкими предохранителями экономична и требует минимального обслуживания . Предохранители не требуют устройств прерывания цепи, таких как автоматические выключатели или переключатели цепи, а также систем питания от батарей для вспомогательного питания. Вспомогательное оборудование, которое обычно размещалось бы в здании управления, сведено к минимуму, что приводит к уменьшению потребности и стоимости здания управления.

Предохранители обеспечивают защиту от внешних повреждений первичной и вторичной обмоток, но не обеспечивают защиту от внутренних неисправностей трансформатора. Плавкие предохранители создают вероятность возникновения несбалансированного (однофазного) напряжения для вторичных нагрузок в случае срабатывания только одного предохранителя.

Чтобы избежать этого условия, необходима правильная координация с вторичными устройствами.

Хорошие показания по координации реле:

Достижение координации реле и селективной защиты от короткого замыкания в передающих сетях

Релейная защита для трансформаторов больших размеров обычно включает реле внезапного давления, дифференциальные реле, реле максимального тока или направленные реле межфазного расстояния , и реле максимального тока на землю.

См. Рисунок 2 ниже.

Реле внезапного давления многие часто считают основным средством релейной защиты трансформатора. Реле внезапного давления чувствительно к резким изменениям давления в баке трансформатора, которые происходят во время внутренней неисправности.

Реле внезапного давления

Дифференциальная защита — это первичная схема защиты, которая обычно применяется на основе процентного дифференциала, чтобы учесть различия в коэффициентах передачи трансформаторов, токе намагничивания и рассогласовании трансформаторов тока.

Реле максимального тока часто применяются на первичной обмотке напряжения для обеспечения резервной защиты дифференциальной релейной защиты. Если реле максимального тока не могут быть скоординированы с вторичным главным реле и реле фидера, может применяться направленное фазовое реле.

Реле максимального тока на землю обычно применяется для обеспечения повышенной чувствительности к замыканиям на землю.

Рисунок 2 — Типовая релейная защита трансформатора

Рисунок 2 показывает возможность использования местных первичных и вторичных выключателей .Из соображений экономии иногда не используется первичный выключатель. Отключение трансформатора осуществляется путем отправки сигнала аварийного отключения на удаленную подстанцию ​​с помощью сигнала связи или высокоскоростного заземляющего переключателя. Время, необходимое для отключения трансформатора, увеличивается на время канала связи или на время, в течение которого удаленное реле и прерыватель устраняют неисправность, установленную высокоскоростным заземлителем. Вторичные прерыватели часто не используются.

Инженер должен решить, отключать ли все выключатели фидера или вручную размыкать выключатели фидера перед повторным включением трансформатора.

Реакторы могут быть защищены дифференциальными реле генераторного типа с резервными реле максимального тока фазы и земли . Иногда для резервирования используются реле межфазного расстояния.

Дополнительные средства защиты трансформаторов и реакторов включают реле обратной последовательности, реле максимального напряжения и тепловые реле . Реле обратной последовательности можно настроить для резервирования дифференциальных реле, поскольку они не реагируют на ток нагрузки. Реле перенапряжения защитят трансформатор от чрезмерного напряжения в системе, которое приведет к чрезмерному току намагничивания трансформатора и нагреву сердечника трансформатора.

Тепловые реле обеспечивают дополнительную защиту трансформатора от внутреннего нагрева в результате перегрузки трансформатора. Каждую трансформаторную установку следует оценивать индивидуально на предмет применяемого типа защиты.

Вернуться к таблице содержания ↑


2. Защита шины

2.1 Дистанционное отключение при отказе шины

Короткое замыкание на шинах можно изолировать, разрешив отключение удаленных выключателей подстанции на всех линиях, которые подаются на неисправную шину. через Зону 2 или реле заземления с выдержкой времени.Этот вид защиты шины является простым и наиболее экономичным. Его недостаток заключается в том, что любые нагрузки, питаемые по линиям на удаленные подстанции, также выводятся из эксплуатации.

Другой недостаток заключается в том, что время, необходимое для устранения ошибки, может быть недопустимым.

Вернуться к таблице содержания ↑


2.2 Локальное отключение при отказе шины

На распределительных подстанциях защита шины часто обеспечивается реле максимального тока, фазного и нейтрального, расположенных на стороне низкого или высокого напряжения. трансформатор.См. Рис. 2. Фазовые реле должны быть настроены для согласования с реле фидера и любыми дополнительными устройствами ниже по потоку. Это приводит к увеличению времени в пути для очистки автобуса.

Каждая шина должна быть оценена, чтобы определить, будет ли время задержки, которое будет испытывать этот тип защиты, чрезмерным, и будет ли этот тип защиты адекватным. Эта схема защиты шины очень проста и может также частично действовать как в качестве резервной защиты для фидерных реле .

Короткое замыкание может быть устранено схемой защиты шины , в которой срабатывают все выключатели подстанции, связанные с неисправной шиной.

Существует два основных типа схем защиты шины:

  1. Дифференциал по току и
  2. Дифференциал напряжения.

Дифференциальная схема тока соединяет все трансформаторы тока на всех цепях, подключенных к шине параллельно, и реле работают с несимметричным током, который существует в условиях неисправности.См. Рисунок 3.

Рисунок 3 — Дифференциальная релейная защита шины

В нормальных условиях не должно быть несимметричного тока, поскольку ток, входящий в шину, должен быть равен току, выходящему из шины. Ограничительные катушки помогают компенсировать неравномерную работу трансформатора тока во время внешних коротких замыканий, но эту схему по-прежнему следует осторожно применять на шинах с высокой способностью к короткому замыканию.

Дифференциальные схемы напряжения используют такое же параллельное соединение, но параллельно подключают высокоомный элемент напряжения.Можно установить этот элемент напряжения намного выше напряжения внешней неисправности наихудшего случая и при этом сохранить адекватную чувствительность к внутренним неисправностям.

Этот тип реле хорошо работает на шинах с высокой устойчивостью к коротким замыканиям.

В некоторых случаях реле максимального тока применяются в дифференциальной цепи . Это обеспечивает недорогое реле для использования в работе дифференциальной цепи. Недостатком реле максимального тока является то, что в каждой из релейных цепей нет ограничения.Любое несоответствие в трансформаторах тока должно быть принято во внимание в настройках реле, используя более высокую силу тока срабатывания или более длительную выдержку времени. Это сделает работу схемы медленнее, чем время, обеспечиваемое дифференциальными реле.

Часто эта временная задержка неприемлема для согласования с остальными реле системы.

Микропроцессорное реле обычно обеспечивает множество дополнительных функций по относительно недорогой цене, и некоторые из них представляют собой дифференциальную схему псевдошины , которая может быть применена.В этой схеме используется комбинация элементов реле мгновенного действия из вторичного реле главной шины и реле фидера, чтобы определить, на фидере или на шине произошла ошибка.

См. Рисунок 4.

Рисунок 4 — Дифференциальная схема псевдошины

Эта схема требует, чтобы на фидерах не было источников неисправности, так как срабатывание мгновенных элементов фидера для обратного тока фидера сделает неисправность похожей на отказ фидера и приведет схема не удалась.

Если источники неисправности расположены на фидерах, необходимо использовать направленные реле мгновенного максимального тока .На главном реле выключателя используется элемент мгновенного действия с настройкой, обеспечивающей обнаружение любой неисправности шины. Элементы мгновенного действия реле фидера должны быть настроены так, чтобы выходить дальше, чем реле главного выключателя, чтобы при любой неисправности замкнутого фидера, которую обнаружит реле главного выключателя, реле фидера также увидит и отключит цепь.

При неисправности шины фидеры не обнаруживают неисправности, поэтому реле не предпринимает никаких действий. Реле главного выключателя обнаруживает неисправность, замыкает контакт и после соответствующей выдержки времени отключает выключатель. Эта схема будет медленнее, чем фактическое время работы схемы дифференциального реле, но будет быстрее, чем реле максимального тока в защите шины от повреждения.

Местное отключение при неисправности шины может быть выполнено с помощью обратного элемента Зоны 3 от дистанционного реле. Зоны 1 и 2 на линии установлены так, чтобы смотреть на линию, в сторону от автобуса. Часто элемент Зоны 3 настроен таким образом, чтобы смотреть в обратном направлении, что позволяет увидеть автобус позади него. С помощью таймера Зона 3 может быть настроена на отключение сквозных неисправностей шины.

Вернуться к таблице содержания ↑


3. Защита от отказа выключателя

Отказ выключателя обычно можно разделить на два класса:

  1. Отказ самого выключателя и
  2. Отказ реле, связанного с выключателем.

Схемы, разработанные для защиты от отказов выключателей, основаны на предоставлении удаленного или локального резервного копирования. Отказ выключателя приводит к необходимости отключения всех смежных выключателей, чтобы устранить повреждение и изолировать отказавший выключатель.

Вернуться к таблице содержания ↑


3.1 Удаленное резервное копирование

Удаленное резервное копирование обычно состоит из дистанционного реле Зоны 3 и / или реле максимального тока с выдержкой времени на землю, настроенного для перекрытия линий, примыкающих к защищаемой линии. Эта схема обеспечивает защиту от отказа выключателя независимо от того, является ли отказ результатом отказа реле или отказа выключателя. Обычно он обнаруживает неисправности на защищенной линии, а также неисправности на следующей шине и линии, смежной с защищенной линией.

Эта схема имеет преимущество простоты.

Сложности при использовании схемы включают в себя то, что реле должно быть установлено на выше максимального тока нагрузки, передаваемого по линиям , но при этом оно должно быть настроено достаточно чувствительно, чтобы увидеть неисправности, которые могут возникнуть на линиях. Неисправности, возникающие на удаленных концах линий, могут быть не обнаружены из-за недостаточного протекания тока.

При применении в системе, в которой соседняя шина имеет несколько линий разной длины, настройки реле могут выходить за пределы соседних линий, что приводит к чрезмерному охвату и перегрузке.Когда соседние линии являются многополюсными линиями, некоторое количество терминалов может отключиться из-за удаленного резервного копирования.

Реле зоны 3 с большим радиусом действия более восприимчивы к несинхронным колебаниям системы. Даже с ее недостатками, в некоторых ситуациях с присущей ей экономикой, эта схема может обеспечить приемлемую производительность резервного копирования .

Рисунок 5 — Трехзонная ступенчатая ретрансляция для защиты 100% линии и резервного копирования соседней линии

Вернуться к таблице содержания ↑


3.2 Локальное резервное копирование

Простым средством обеспечения локальной резервной защиты является использование реле Зоны 3, смотрящего в обратном направлении. Это обеспечивает определенную степень защиты для местного оборудования, включая все смежные выключатели, шину, линии и удаленные терминалы.

Преимущества и недостатки использования этой схемы включены в обсуждение удаленного резервного копирования выше.

Дополнительным средством обеспечения защиты выключателя является добавление времени к первичным реле. Если реле не срабатывают и неисправность все еще сохраняется в системе в течение установленного времени таймера, таймер сработает, чтобы отключить все смежные выключатели. Эта схема зависит от правильного действия первичных реле и не обеспечивает резервной копии при выходе из строя этих реле.

Дополнительная схема предусматривает использование второго набора реле для поддержки первичного реле . Доведенная до максимального предела, предусмотрена вторая система отключения постоянного тока, включая аккумулятор, панели, зарядное устройство, реле, катушки отключения выключателя, трансформаторы тока и потенциальные устройства.

Такая степень дублирования иногда предоставляется для систем сверхвысокого напряжения. В системах с более высоким напряжением, включая 69 кВ и выше, часто используются двойные катушки отключения в автоматических выключателях, а также первичные и вторичные реле с двумя шинами отключения постоянного тока .Инженер должен решить, будут ли дублироваться вспомогательные системы постоянного тока, включая силовые панели и зарядные устройства. Часто обе системы питаются от общей батареи.

Снижение стоимости реле, обеспечиваемое разработкой микропроцессорных реле, делает этот вариант относительно экономичным вариантом обеспечения резервной защиты реле. Эта схема не предусматривает отключения соседних выключателей в случае отказа механического механизма выключателя для отключения выключателя и устранения неисправности.

Вернуться к таблице содержания ↑


3.2.1 Резервное копирование при полном отказе выключателя

Резервное копирование при полном отказе выключателя включает защиту на отказ реле и отказ выключателя . Отдельное резервное реле, которое срабатывает для отключения всех смежных выключателей, включая удаленные выключатели, посредством переключения переключения, обеспечивает такую ​​степень резервного копирования.

На рисунке 6 показана типичная конфигурация реле отказа местного выключателя. Указаны первичные и вторичные реле, двойные катушки отключения в выключателе, а также датчик неисправности и таймер, связанный с реле выключателя.

Рисунок 6 — Типовая схема реле отказа выключателя

Если первичное или вторичное реле вызывает отключение выключателя, вспомогательное реле 62X или 62Y включает таймер. Если неисправность не устранена во время установки таймера, срабатывает реле блокировки 86 BF для отключения всех смежных выключателей и переключения всех удаленных выключателей.

Установка времени для таймера обычно находится в диапазоне от 10 до 20 циклов. Если либо схема защиты сбрасывается, либо реле тока срабатывает в течение установленного времени, ничего не происходит.

Вернуться к таблице содержания ↑

Источники:

  1. Руководство по проектированию сельских подстанций Министерства сельского хозяйства США

О проектировании первично-вторичных сетей с релейной поддержкой — Принстонский университет

@inproceedings {0b0a5c7f2bb44dd0b3af1f0b745b1758,

title = «Проектирование первично-вторичных сетей с релейной поддержкой»,

abstract = «Использование N когнитивных реле для помощи в первичной и вторичной передаче в когнитивной обстановке с определенным временным интервалом. исследуются первичный пользователь (PU) и один вторичный пользователь (SU).Для обнаружения канала предлагается стратегия обнаружения перекрывающегося спектра, при которой SU обнаруживает канал в течение τ секунд с начала временного интервала, а когнитивные реле обнаруживают канал в течение 2τ секунд от начала временного интервала, таким образом обеспечивая SU внутренний приоритет перед реле. Реле обнаруживают канал в интервале [0, τ] для обнаружения основной активности и в интервале [τ, 2τ] для обнаружения вторичной активности. Реле помогают как PU, так и SU доставлять недоставленные пакеты и передавать их, когда оба неактивны.Изучается оптимизационная формулировка с ограничениями качества обслуживания, включающими задержку в очередях. Результаты показывают преимущества ретрансляции и ее способность улучшать как первичные, так и вторичные характеристики, особенно в случае отсутствия прямой связи между передатчиками PU и SU и их соответствующими приемниками. Также исследуются три стратегии декодирования пакетов в ретрансляторах и сравнивается их производительность. «,

author =» {Эль Шафи}, Ахмед и Ахмед Султан и Тамер Хаттаб и Бедный, {Х.Vincent} «,

год =» 2015 «,

месяц = ​​июн,

день =» 17 «,

doi =» 10.1109 / WCNC.2015.7127587 «,

language =» English (US) «,

series = «Конференция IEEE Wireless Communications and Networking 2015, WCNC 2015»,

publisher = «Институт инженеров по электротехнике и электронике»,

pages = «890-895»,

booktitle = «2015 IEEE Wireless Конференция по коммуникациям и сетям, WCNC 2015 «,

address =» United States «,

note =» Конференция по беспроводной связи и сетям IEEE 2015, WCNC 2015; Дата конференции: 09-03-2015 — 12-03-2015 »,

}

Релейная защита — высокоомные реле

Защита высокоомных реле

Стабильность дифференциальной схемы с высоким импедансом, содержащей трансформаторы тока, зависит от того, что установочное напряжение схемы реле превышает максимальное напряжение, которое появляется на схеме реле при заданном состоянии сквозного повреждения.

В некоторых случаях применения реле с высоким импедансом для функций защиты и управления максимальный внутренний ток короткого замыкания может привести к возникновению высокого напряжения, которое может повредить изоляцию реле. Для ограничения этого напряжения до безопасного уровня был разработан ряд варисторов Metrosil , в основе которых лежат диски диаметром 150 мм. Выбор наиболее подходящего компонента Метросил жизненно важен для обеспечения достаточной защиты. В зависимости от напряжения настройки реле и максимального вторичного внутреннего тока повреждения, отдельные диски доступны для вторичных внутренних токов повреждения до 50 А действующего значения, в то время как несколько дисков, подключенных параллельно, используются для больших токов повреждения.

Выбор подходящего реле Варистор Metrosil гарантирует, что в системе поддерживается безопасное напряжение ограничения, и не окажет незначительного влияния на точность измерения реле.

Почему Метросил?

Варисторы Metrosil из карбида кремния были произведены отделом высокого напряжения Metrovicks Research в 1936 году и произведены серийно в 1937 году. В качестве основного источника энергии в 20, -м, -м веках, Metrovicks была известна своим промышленным электрооборудованием. включали генераторы, паровые турбины, распределительное устройство, трансформаторы, электронику и тяговое оборудование для железных дорог.Следовательно, резисторы Metrosil были включены в крупные флагманские проекты, проложившие путь к эффективному распределению электроэнергии. По сей день наши резисторы остаются на своих местах в установленных сетях электроснабжения, что вызывает доверие как у крупных OEM-производителей, так и у коммунальных предприятий. По мере развития современной энергетической инфраструктуры мы продолжаем внедрять инновации и специализироваться на подстанциях в глобальном масштабе.

Защитное реле

— обзор

I.
A Краткая история

Основы современной передачи электроэнергии были заложены в 1882 году, когда Томас А.Станция Эдисона на Перл-Стрит, генератор постоянного тока и система радиальной линии передачи, используемая в основном для освещения, была построена в Нью-Йорке. Развитие передачи переменного тока в Соединенных Штатах началось в 1885 году, когда Джордж Вестингауз купил патенты на системы переменного тока, разработанные Л. Голаром и Дж. Д. Гиббсом из Франции. Энергетические системы переменного и постоянного тока в то время состояли из коротких радиальных линий между генераторами и нагрузками и обслуживали потребителей в непосредственной близости от генерирующих станций.

Первая высоковольтная линия электропередачи переменного тока в США была построена в 1890 году и прошла 20 км между водопадом Уилламетт в городе Орегон и Портлендом, штат Орегон.Технология передачи переменного тока быстро развивалась (Таблица I), и вскоре были построены многие линии переменного тока, но в течение нескольких лет большинство из них работали как изолированные системы. По мере увеличения расстояний передачи и роста спроса на электроэнергию возникла потребность в перемещении более крупных блоков мощности, стали важны факторы надежности, и начали строиться взаимосвязанные системы (электрические сети). Взаимосвязанные системы обеспечивают значительные экономические преимущества. Меньшее количество генераторов требуется в качестве резервной мощности на период пикового спроса, что снижает затраты на строительство для коммунальных предприятий.Точно так же требуется меньше генераторов во вращающемся резерве, чтобы справиться с внезапным, неожиданным увеличением нагрузки, что дополнительно снижает инвестиционные затраты. Электросети также предоставляют коммунальным предприятиям возможности для выработки электроэнергии, позволяя использовать наименее дорогие источники энергии, доступные для сети в любое время. Энергетические системы продолжают расти, и сегодня типичные региональные электрические сети включают десятки крупных генерирующих станций, сотни подстанций и тысячи километров линий электропередачи. Развитие обширных региональных сетей и сетей в 1950-х и 1960-х годах привело к большей потребности в согласовании критериев проектирования, схем защитных реле и управления потоком энергии и привело к развитию компьютеризированных систем диспетчерского управления и сбора данных (SCADA).

ТАБЛИЦА I. Исторические тенденции в высоковольтной передаче электроэнергии

500 550 905 1200
Напряжение системы (кВ)
Номинальное значение Максимальное 48 Типовое значение 48 Год выпуска пропускная способность (МВт) Типичная ширина полосы отвода (м)
Переменный ток
115 121 1915 50–200 15–25
230 242 1921 200–500 30–40
345 362 1952 400–1500 35582 1964 1000–2500 35–45
765 800 1965 2000–5000 40–55
1100 1200 Протестировано 1970-е годы 3000–10000 50–75
Постоянный ток
50 1954 90–82 25100 5
200 (± 100) 1961 200–500 30–35
500 (± 250) 1965 750–1500 302359
800 (± 400) 1970 1500–2000 35–40
1000 (± 500) 1984 2000–3000 55 35–40 (± 600) 1985 3000–6000 40–55

Первое коммерческое применение высоковольтной передачи постоянного тока было разработано R. Тюри во Франции на рубеже веков. Эта система состояла из ряда генераторов постоянного тока, соединенных последовательно у источника для получения желаемого высокого напряжения. Позже были разработаны ионные преобразователи, и в 1930-х годах в штате Нью-Йорк был установлен демонстрационный проект на 30 кВ. Первая современная коммерческая система передачи постоянного тока высокого напряжения с использованием ртутных дуговых клапанов была построена в 1954 году, соединив подводным кабелем остров Готланд и материковую часть Швеции. С тех пор за ним последовали многие другие системы передачи постоянного тока, в последнее время использующие тиристорную технологию.Проекты включают воздушные линии и подземные кабели, а также подводные кабели, чтобы полностью использовать мощность постоянного тока, чтобы снизить стоимость передачи на большие расстояния, избежать проблем с реактивной мощностью, связанных с длинными кабелями переменного тока, и служат в качестве асинхронных связей между сетями переменного тока. .

Сегодня коммерческие энергосистемы с напряжением до 800 кВ переменного тока и ± 600 кВ постоянного тока работают по всему миру. Построены и испытаны опытные образцы систем переменного тока напряжением от 1200 до 1800 кВ. Возможности передачи электроэнергии увеличились до нескольких тысяч мегаватт на линию, а экономия на масштабе привела к повышению номинальных характеристик оборудования подстанции.Распространены блоки трансформаторов сверхвысокого напряжения (СВН) мощностью 1500 МВА и выше. Подстанции стали более компактными, так как все шире используются шины с металлической обшивкой и газовая изоляция SF 6 . Автоматическое регулирование выработки электроэнергии и потока мощности имеет важное значение для эффективной работы взаимосвязанных систем. Для этих приложений широко используются компьютеры и микропроцессоры.

IB Компоненты системы

Целью системы передачи электроэнергии является передача электроэнергии от генерирующих станций к центрам нагрузки или между регионами безопасным, надежным и экономичным способом при соблюдении применимых требований федерального, государственного и местного уровня. правила и положения.Удовлетворение этих потребностей наиболее эффективным и безопасным образом требует значительных капиталовложений в линии электропередачи, подстанции и оборудование для управления и защиты системы. Ниже приведены некоторые из основных компонентов современной системы передачи электроэнергии высокого напряжения.

Воздушные линии электропередачи передают электроэнергию от генерирующих станций и подстанций к другим подстанциям, соединяющим центры нагрузки с электрической сетью, и передают блоки основной мощности на стыках между региональными сетями.Линии передачи высокого напряжения переменного тока представляют собой почти исключительно трехфазные системы (по три проводника на цепь). Для систем постоянного тока типичны биполярные линии (два проводника на цепь). Воздушные линии электропередачи рассчитаны на заданную мощность передачи при конкретном стандартизованном напряжении (например, 115 или 230 кВ). Уровни напряжения обычно основываются на экономических соображениях, и линии строятся с учетом будущего экономического развития в местности, где они заканчиваются.

Подземные кабели служат тем же целям, что и воздушные линии электропередачи.Подземные кабели требуют меньше полосы отчуждения, чем воздушные линии, но, поскольку они проложены под землей, их установка и обслуживание дороги. Подземная передача часто в 5–10 раз дороже, чем воздушная передача той же мощности. По этим причинам подземные кабели используются только в местах, где воздушное строительство небезопасно или технически неосуществимо, где земля для проезда недоступна или где местные власти требуют прокладки под землей.

Подстанции или коммутационные станции служат в качестве соединений и точек коммутации для линий передачи, фидеров и цепей генерации, а также для преобразования напряжений до требуемых уровней.Они также служат точками для компенсации реактивной мощности и регулирования напряжения, а также для измерения электроэнергии. Подстанции имеют шинные системы с воздушной или газовой изоляцией (CGI). Основное оборудование может включать в себя трансформаторы и шунтирующие реакторы, силовые выключатели, разъединители, батареи конденсаторов, приборы для измерения тока и напряжения, измерительные приборы, разрядники для защиты от перенапряжения, реле и защитное оборудование, а также системы управления.

Преобразовательные подстанции переменного / постоянного тока — это специальные типы подстанций, на которых осуществляется преобразование электроэнергии из переменного в постоянный (выпрямление) или из постоянного в переменный (инвертирующее).Эти станции содержат обычное оборудование подстанции переменного тока и, кроме того, такое оборудование, как вентили преобразователя постоянного тока (тиристоры), соответствующее оборудование управления, преобразовательные трансформаторы, сглаживающие реакторы, реактивные компенсаторы и фильтры гармоник. Они также могут содержать дополнительные средства управления демпфированием или средства контроля устойчивости при переходных процессах.

Силовые трансформаторы используются на подстанциях для повышения или понижения напряжения, а также для регулирования напряжений. Для получения желаемого напряжения и поддержания соотношения фазовых углов используются разные схемы обмоток.Обычно используются автотрансформаторы и многообмоточные трансформаторы. Силовые трансформаторы обычно оснащены переключателями ответвлений под нагрузкой или без нагрузки для регулирования напряжения и могут иметь специальные обмотки для подачи электроэнергии на станцию. Фазовращатели, заземляющие трансформаторы и измерительные трансформаторы — это специальные типы трансформаторов.

Шунтирующие реакторы используются на подстанциях для поглощения реактивной мощности для регулирования напряжения в условиях низкой нагрузки и повышения стабильности системы. Они также помогают снизить переходные перенапряжения во время переключения.Иногда используются специальные схемы шунтирующих реакторов для настройки линий передачи для гашения вторичной дуги в случае однополюсного переключения.

Силовые выключатели используются для переключения линий и оборудования, а также для отключения токов короткого замыкания во время аварийных ситуаций в системе. Срабатывание силового выключателя инициируется вручную оператором или автоматически цепями управления и защиты. В зависимости от изоляционной среды между главными контактами силовые выключатели бывают с воздушной, масляной или газовой изоляцией (SF 6 ).

Выключатели-разъединители используются для отключения или обхода линий, шин и оборудования в зависимости от условий эксплуатации или технического обслуживания. Выключатели-разъединители не подходят для отключения токов нагрузки. Однако они могут быть оснащены последовательными прерывателями для прерывания токов нагрузки.

Синхронные конденсаторы — это вращающиеся машины, которые улучшают стабильность системы и регулируют напряжения при различных нагрузках, обеспечивая необходимую реактивную мощность; они не распространены в Соединенных Штатах.Иногда они используются в преобразовательных подстанциях постоянного тока для обеспечения необходимой реактивной мощности, когда пропускная способность приемной системы переменного тока мала.

Шунтирующие конденсаторы используются на подстанциях для подачи реактивной мощности для регулирования напряжения в условиях большой нагрузки. Шунтирующие конденсаторные батареи обычно переключаются группами, чтобы минимизировать скачкообразные изменения напряжения.

Статические вольт-амперные реактивные компенсаторы (ВАР) сочетают в себе функции шунтирующих реакторов и конденсаторов и связанного с ними управляющего оборудования. В статических компенсаторах VAR часто используются конденсаторы с тиристорным управлением или насыщающийся реактор для получения более или менее постоянного напряжения в сети путем непрерывной регулировки реактивной мощности, передаваемой в энергосистему.

Ограничители перенапряжения состоят из последовательно соединенных нелинейных резистивных блоков из оксида цинка (ZnO) или карбида кремния (SiC) и, иногда, из последовательных или шунтирующих разрядников. Ограничители перенапряжения используются для защиты трансформаторов, реакторов и другого основного оборудования от перенапряжений.

Стержневые зазоры служат той же цели, что и разрядники для защиты от перенапряжений, но с меньшей стоимостью, но с меньшей надежностью. В отличие от разрядников для защиты от перенапряжения, зазоры в стержнях при срабатывании вызывают короткое замыкание, что приводит к срабатыванию выключателя.

Конденсаторы серии

используются в линиях передачи на большие расстояния для уменьшения последовательного импеданса линии для управления напряжением.Снижение полного сопротивления линии снижает реактивные потери в линии, увеличивает пропускную способность и улучшает стабильность системы.

Релейное и защитное оборудование устанавливается на подстанциях для защиты системы от аномальных и потенциально опасных состояний, таких как перегрузки, сверхтоки и перенапряжения, путем срабатывания силового выключателя.

Коммуникационное оборудование жизненно важно для потока информации и данных между подстанциями и центрами управления. Линия передачи, радио, микроволновая и волоконно-оптическая линии связи широко используются.

Центры управления, мозг любой электрической сети, используются для управления системой. Они состоят из сложных систем диспетчерского управления, систем сбора данных, систем связи и управляющих компьютеров.

Дифференциальная (87) токовая защита | Системы измерения и контроля электроэнергии

Одним из фундаментальных законов электрических цепей является Закон Кирхгофа по току, который гласит, что алгебраическая сумма всех токов в узле цепи (соединении) должна быть равна нулю.Более простой способ заявить об этом — сказать: «То, что входит, должно выйти». Мы можем использовать этот принцип для обеспечения другой формы защиты от определенных неисправностей в электрических цепях, измеряя величину тока, входящего и выходящего из компонента цепи, а затем отключая автоматический выключатель, если эти два тока не совпадают.

Важным преимуществом дифференциальной защиты по сравнению с максимальной токовой защитой мгновенного действия или максимальной токовой защитой с выдержкой времени является то, что она намного более чувствительна и действует быстрее. В отличие от любой формы максимальной токовой защиты, которая срабатывает только в том случае, если ток превышает максимальный номинальный ток проводников, дифференциальная защита способна срабатывать при гораздо более низких уровнях тока, потому что Закон Кирхгофа предсказывает, что любая величина дисбаланса тока для любой отрезок времени является ненормальным. Более низкие пороги срабатывания при отсутствии задержки по времени означают, что дифференциальная защита способна срабатывать раньше, чем любая форма максимальной токовой защиты, тем самым ограничивая повреждение оборудования за счет устранения неисправности за более короткий промежуток времени.

Предположим, мы должны были измерить величину тока на обоих концах каждой фазной обмотки трехфазного генератора, как показано на следующей диаграмме:

Как и большинство крупных генераторов энергии, этот блок подводит оба вывода каждой фазной обмотки к внешним точкам, так что они могут быть подключены по схеме звезды или треугольника по желанию. В данном случае обмотки генератора соединены звездой. Пока мы измеряем ток, входящий и выходящий из каждой обмотки индивидуально, не имеет большого значения, соединены ли эти обмотки генератора звездой или треугольником.

Если схема в точности такая, как показано выше, величина тока, входящего и выходящего из каждой фазной обмотки, должна быть одинаковой в соответствии с Законом Кирхгофа о токах. То есть:

\ [I_ {A1} = I_ {A2} \ hskip 30pt I_ {B1} = I_ {B2} \ hskip 30pt I_ {C1} = I_ {C2} \ hskip 30pt \]

Предположим теперь, что один из витков в обмотке фазы «C» должен был случайно коснуться металлического каркаса генератора, например, что могло произойти в результате повреждения изоляции. Это замыкание на землю вызовет третий путь для тока в поврежденной обмотке.\ (I_ {C1} \) и \ (I_ {C2} \) теперь будут разбалансированы на величину, равную току повреждения \ (I_F \):

Другой отказ, обнаруживаемый по закону тока Кирхгофа, — это межфазное замыкание обмотки, когда ток течет от одной обмотки к другой. В этом примере короткое замыкание между фазами B и C в генераторе нарушает баланс входящих и исходящих токов для обеих фаз:

Следует отметить, что величина замыкания на землю или тока замыкания между обмотками может быть недостаточно большой, чтобы создать угрозу перегрузки по току для генератора, но само наличие дисбаланса тока в любой фазе доказывает, что обмотка исправна. поврежден.Другими словами, это тип отказа системы, который не обязательно обнаруживается реле максимального тока (50/51), поэтому его необходимо обнаруживать другими способами.

Тип реле, предназначенный для этой задачи, называется реле дифференциального тока . Цифровой код ANSI / IEEE для дифференциальной защиты: 87 . Также существуют реле дифференциального напряжения с тем же обозначением «87» ANSI / IEEE, поэтому при упоминании реле «87» необходимо указывать, является ли рассматриваемая дифференциальная величина напряжением или током.

Простая форма дифференциальной токовой защиты для этого генератора может быть реализована путем подключения трансформаторов тока с обеих сторон каждой обмотки к рабочим катушкам электромеханического реле, подобного этому. Для простоты будет показана защита только одной фазной обмотки (C) генератора. Практическая система реле защиты от дифференциального тока будет контролировать ток через все шесть проводов статора генератора, сравнивая токи на входе и выходе каждой фазы:

Если первичные токи ТТ \ (I_ {C1p} \) и \ (I_ {C2p} \) равны и коэффициенты ТТ равны, вторичные токи ТТ \ (I_ {C1s} \) и \ (I_ {C2s } \) также будут равны.Результатом будет нулевой ток через рабочую катушку (OC) дифференциального реле.

Если, однако, замыкание на землю или соседнюю обмотку должно было развиться где-либо в обмотке статора «C» генератора, первичные токи двух трансформаторов тока станут неравными, вызывая неравные вторичные токи, тем самым вызывая значительную величину тока. протекать через управляющую катушку дифференциального реле (OC). Если этого тока достаточно, чтобы вызвать срабатывание дифференциального реле, реле пошлет сигнал, дающий команду автоматическому выключателю генератора на отключение.

Даже если значение срабатывания реле смещено, чтобы избежать ненужного отключения, все же возможно, что большой фазный ток, требуемый от генератора, может вызвать срабатывание дифференциального реле из-за невозможности идеального совпадения между двумя фазными токами «C». трансформаторы. Любое несоответствие между этими двумя трансформаторами тока приведет к неравенству вторичных токов, которые будут увеличиваться по мере увеличения фазного тока. Большие пусковые токи , богатые гармониками, , которые иногда возникают при первоначальном включении большого силового трансформатора, могут также вызывать ложные срабатывания в этой простой форме дифференциальной защиты.Мы не хотим, чтобы это дифференциальное реле срабатывало при любом состоянии, кроме внутреннего повреждения генератора в его фазной обмотке, поэтому необходима модификация для обеспечения другой рабочей характеристики.

Если мы модифицируем реле так, чтобы оно имело три катушки, одна для перемещения его механизма в направлении срабатывания, а две для помощи «сдерживать» его механизм (работая для удержания механизма в нормальном рабочем положении), мы можем соединить эти катушки таким способ, которым две удерживающие катушки (RC) возбуждаются двумя вторичными токами ТТ, в то время как рабочая катушка видит только разницу между двумя вторичными токами ТТ. Мы называем эту схему дифференциальным реле с ограничением , а прежнюю (более простую) конструкцию — реле несдерживаемого дифференциала :

.

Общая характеристика ограниченного дифференциального реле — срабатывание на основе дифференциального тока, превышающего установленное значение процентов фазного тока.

На этой фотографии показаны три дифференциальных реле, используемых для защиты обмоток трехфазного генератора газотурбинной электростанции.Обратите внимание, как требуется одно реле дифференциального тока для защиты каждой из трех фаз генератора:

Современные цифровые дифференциальные реле обычно воспринимают сигналы ТТ от всех трех фаз, обеспечивая защиту в одном блоке, монтируемом на панели. Цифровые реле защиты предлагают гораздо более сложные подходы к проблеме ложных срабатываний, основанные на несоответствии между парами трансформаторов тока и / или гармоническими токами. На следующем графике показана характеристика реле защиты трансформатора модели 745 General Electric, обеспечивающего защиту от дифференциального тока:

Пользователь может регулировать не только значение срабатывания, но также наклон каждого сегмента линии на графике, высоту ступеньки «точки изгиба» и т. Д.Обратите внимание, как термин «ограничение» все еще используется в конфигурации цифровых реле, даже несмотря на то, что он возник в конструкциях электромеханических реле.

Примечательно, что форма дифференциальной токовой защиты также находит применение в американских домах, где электрические нормы требуют установки защищенных цепей прерывателя тока замыкания на землю (GFCI) в местах, где возможен контакт между электрическими приборами и водой (например, ванные комнаты , кухни). Розетки GFCI функционируют, определяя любую разницу в токе между «горячим» и «нейтральным» проводниками, по которым ток идет к любой нагрузке, подключенной к розетке, и от нее:

Одиночный трансформатор тока (CT) в блоке GFCI определяет любой дифференциальный ток, считывая чистое магнитное поле вокруг обоих проводников с током.Если «горячий» и «нейтральный» токи равны, их противоположные направления будут создавать противоположные магнитные поля, с нулевым результирующим магнитным полем, обнаруженным ТТ. Однако, если в нагрузке, подключенной к этой розетке, происходит замыкание на землю, эти два тока будут неравными, и трансформатор тока обнаружит чистое магнитное поле. Эти защитные устройства чрезвычайно чувствительны, размыкая контакты со значениями дифференциального тока в диапазоне миллиампер и . Это важно, так как замыкание на землю в электрическом приборе может очень хорошо пройти через тело человека или животного, и в этом случае всего миллиампер может оказаться вредным или даже смертельным.

Если срабатывает розетка GFCI, ее можно сбросить, нажав кнопку «сброса» на ее лицевой стороне. Блоки GFCI также можно протестировать вручную, нажав кнопку «тест», также установленную на передней панели.

Очень важной концепцией в области релейной защиты является концепция зон защиты , которая легко объясняется в контексте реле дифференциального тока. Проще говоря, «зона защиты» реле — это физический диапазон, в котором может быть обнаружено указанное электрическое повреждение, и, таким образом, любые компоненты и соединения в зоне могут быть защищены посредством надлежащего действия реле. Реле максимального тока (50/51), рассмотренные в предыдущем разделе этой книги, не имеют четко определенных зон защиты, поскольку реле максимального тока срабатывают при определенном минимальном токе короткого замыкания , значении , а не обязательно при любом конкретном месте отказа , . Однако дифференциальные токовые реле имеют очень четкие и однозначные зоны защиты: область, лежащая между токовой парой ТТ :

Только неисправность в пределах зоны защиты реле (т.е.е. «внутренняя» неисправность) может заставить токи двух трансформаторов тока стать неравными. Благодаря закону Кирхгофа о токе, никакое замыкание вне зоны защиты (т. Е. «Внешнее» замыкание), независимо от его серьезности, не может сделать первичные токи ТТ неравными.

Концепция защитных зон очень важна в релейной защите и находит применение далеко за пределами систем дифференциального тока (87). Это тесно связано с концепцией селективности , что означает способность защитного реле различать короткое замыкание в пределах своей собственной зоны защиты и замыкание за пределами этой зоны. Реле с высокой селективностью способно игнорировать внешние неисправности, в то время как реле с плохой селективностью может ошибочно срабатывать при возникновении внешних неисправностей.

Бытовые электрические розетки

с защитой от замыкания на землю (GFCI) также имеют четко определенные зоны защиты. В случае GFCI зона защиты — это все, что подключено к розетке (т.е. справа от ТТ на схеме):

Обычной практикой электропроводки в жилых домах в Соединенных Штатах является «шлейфовое соединение» обычных розеток с розеткой GFCI, где существуют водные опасности, так что все розетки, запитываемые через GFCI, становятся частью защитной зоны GFCI.Например, ванная комната с такой проводкой обеспечивает одинаковую степень защиты от замыкания на землю для всех розеток в комнате. Если бы кто-то подключил электрический фен к одной из розеток с «гирляндной цепью», а затем случайно уронил бы этот прибор в ванну, полную воды, GFCI отключился бы и отключил питание всех розеток с такой же надежностью, как и отключение, если фен был подключен непосредственно к самой розетке GFCI.

Дифференциальная токовая защита наиболее практична для реализации на коротких физических расстояниях, например, по фазным обмоткам в генераторе или каком-либо другом компоненте энергосистемы, но основная концепция применима и на больших расстояниях, потому что Закон Кирхгофа не знает границ.Рассмотрим, например, линию передачи, охватывающую несколько миль между двумя автобусами, показанную на этой однолинейной схеме:

Здесь два дифференциальных реле управляют отключением автоматических выключателей (функция 52 ANSI / IEEE) на каждом конце линии передачи. Ток на каждом конце линии контролируется трансформаторами тока, подключенными к локальным реле 87, благодаря чему зона дифференциальной защиты по току покрывает всю длину линии передачи. Чтобы эта схема защиты работала, два локальных реле 87 должны каким-то образом связываться друг с другом, чтобы постоянно сравнивать измеренные значения тока на обоих концах линии.Это достигается через канал связи между двумя реле, который называется пилотным каналом . Термин «пилот» — это общий термин в области релейной защиты, относящийся к любой форме передачи данных. Если обнаруживается значительная разница в линейном токе (то есть в результате повреждения в любом месте по длине линии передачи), оба реле отключают свои соответствующие автоматические выключатели и тем самым обесточивают линию передачи.

Пилотные системы могут иметь форму аналоговой «петли» тока или напряжения, микроволнового радиоканала, линии связи линии электропередачи (PLC), линии передачи данных по оптоволоконному кабелю или любой другой формы двухточечной связи. точечный канал передачи данных, позволяющий реле обмениваться данными друг с другом.Детали пилотных систем в схемах защиты сложны и не будут здесь подробно рассматриваться.

Интересное предостережение при применении дифференциальной токовой защиты к длинным линиям заключается в том, что емкостный ток заряда линий может в некоторых случаях быть достаточно значительным, чтобы сработать реле 87, которое настроено слишком чувствительно. Можно представить себе емкость между фазой и землей как форму «замыкания на землю» переменного тока, потому что любой ток, идущий по этому пути к земле, является током, проходящим через один ТТ, но не через другой.

Текущий закон Кирхгофа не только неограничен в отношении расстояния, он также не ограничен в отношении количества линий, входящих или выходящих из узла. Этот факт позволяет нам применять дифференциальную токовую защиту к шинам и , где соединяются несколько линий электропередач и / или устройств. Здесь показан пример высоковольтной шины, сфотографированной на плотине Гранд-Кули в штате Вашингтон, соединяющей несколько блоков трехфазных трансформаторов (каждая из которых питается от гидроэлектрического генератора):

Автобусы обычно изготавливаются из гибкого кабеля или жесткой трубы, подвешенной к земле с помощью изоляторов.Неисправности могут возникнуть в шине, если изолятор «вспыхивает» (т. Е. Вызывает электрическую дугу от проводника шины к земле) или если что-либо проводящее происходит с перемычкой между линиями шины. По существу, шины могут быть защищены по принципу дифференциального тока, как и любой другой электрический компонент или линия электропередачи. Алгебраическая сумма всех токов, входящих и выходящих из каждой фазы шины, должна равняться нулю, и если это не так, это означает, что шина должна быть неисправна.

Схематическая диаграмма, показывающая одну шину с пятью разными вводами, показывает, как дифференциальную токовую защиту можно использовать для защиты шины с любым количеством линий.Для простоты схема подключения реле CT и 87 показана только для одной фазы на этой трехфазной шине. В любой реалистичной схеме дифференциальной защиты шины все три фазы будут оснащены трансформаторами тока, и будет три отдельных 87 элементов «рабочей катушки», по одному на каждую фазу:

Закон Кирхгофа сообщает нам, что алгебраическая сумма всех токов в узле должна быть равна нулю. В этом случае рассматриваемый узел представляет собой сумму всех проводников, показанных внутри синего пунктирного контура зоны защиты. Поскольку все трансформаторы тока имеют одинаковое отношение витков и соединены параллельно, как показано, их суммарные вторичные токи должны быть суммированы до чистого значения в ноль ампер через рабочую катушку реле 87 во время нормальной работы. Однако, если замыкание на землю или междуфазное замыкание произойдет где-нибудь в пределах зоны защиты, вторичные токи ТТ будут суммироваться с нулевым значением , а не , что приведет к срабатыванию дифференциального реле.

Еще одно важное понятие в релейной защите — перекрытие зоны защиты .Философия здесь заключается в том, что размер каждой защитной зоны должен быть ограничен, чтобы избежать ненужного отключения большего количества секций энергосистемы, чем необходимо для изоляции любого повреждения, при этом ни один компонент или проводник не остаются незащищенными. На следующей однолинейной схеме показано, как конфигурируются зоны защиты для перекрытия друг друга на каждом автоматическом выключателе, к которому они подключаются:

Например, короткое замыкание в верхней линии передачи относится только к этой зоне защиты и, следовательно, сработает только выключатели F и G, оставляя другую линию передачи и связанные с ней компоненты для передачи энергии от генерирующей станции к подстанции. Обратите внимание на то, что каждый автоматический выключатель в указанной выше системе находится в пределах двух зон защиты . Если в выключателе F произошло короткое замыкание, это отключило бы выключатель E в верхней зоне трансформатора электростанции, а также выключатель G в верхней зоне линии передачи, изолируя неисправный выключатель.

Перекрытие зон дифференциальной защиты достигается за счет разумного размещения трансформаторов тока по обе стороны от автоматического выключателя. Напомним, что граница любой схемы дифференциальной защиты по току определяется расположением трансформаторов тока, измеряющих ток в узле и на выходе из него.Таким образом, ТТ, к которому подключается реле дифференциального тока, определяет, насколько далеко будет достигнута граница зоны защиты этого реле. Мы более подробно рассмотрим однолинейную схему, чтобы изучить эту концепцию дальше, сосредоточив внимание на верхнем левом углу генерирующей станции и исключив все трансформаторы и все, кроме одного генератора, а также выключатели C, D и F для простоты:

Здесь мы видим, как достигается перекрытие зон путем подключения каждого дифференциального реле к ТТ на дальнем конце на каждом автоматическом выключателе. Если вместо этого мы решим подключить каждое реле 87 к рядом с трансформатором тока , две зоны защиты не будут перекрываться, и каждый автоматический выключатель останется незащищенным:

Возможно, наиболее интересным и сложным применением дифференциальной токовой защиты является защита силовых трансформаторов, которые страдают многими из тех же уязвимостей, что и генераторы и двигатели (например, неисправности обмоток). Сначала у нас может возникнуть соблазн подключить трансформаторы тока к каждому проводнику, входящему в трансформатор и выходящему из него, с установкой 87 реле для сравнения этих токов и отключения при обнаружении дисбаланса, точно так же, как для защиты отдельных обмоток в генераторе.Однофазного трансформатора достаточно, чтобы проиллюстрировать эту концепцию, опять же без удерживающих катушек (RC) внутри каждого из дифференциальных реле для простоты:

До тех пор, пока каждая пара трансформаторов тока для каждого реле дифференциального тока согласована (то есть с одинаковым соотношением витков), эта схема защитного реле будет обнаруживать замыкания на землю и замыкания между обмотками в силовом трансформаторе. Однако одна распространенная неисправность трансформатора, которая останется незамеченной, — это межвитковая неисправность в одной из обмоток.Такая неисправность исказила бы отношение витков силового трансформатора, но это не , а нарушило бы баланс тока, входящего и выходящего из любой данной обмотки, и, следовательно, не было бы обнаружено дифференциальными реле, как показано.

Очень умный способ улучшить защиту трансформатора от дифференциального тока состоит в том, чтобы одно реле 87 сравнивало первичный и вторичный токи этого трансформатора, тем самым расширяя зону защиты по обеим обмоткам с помощью всего одного реле:

Одним из необходимых условий для того, чтобы эта стратегия работала, является использование трансформаторов тока с необходимыми коэффициентами вращения, чтобы дополнить коэффициент передачи силового трансформатора и дать реле 87 два эквивалентных тока для сравнения.Например, если у нашего силового трансформатора соотношение витков 20: 1, отношения двух наших ТТ должны отличаться друг от друга на один и тот же коэффициент (например, ТТ 50: 5 на слаботочной первичной обмотке и ТТ 1000: 5 на сильноточной вторичной обмотке).

Эта схема дифференциальной защиты по току работает для обнаружения общих неисправностей трансформатора следующими способами:

  • Замыкание на землю: этот вид замыкания заставляет токи, входящие и выходящие из поврежденной обмотки, быть неравными.Поскольку вся обмотка не видит одинаковый ток, она не может индуцировать правильную пропорцию тока в другой (исправной) обмотке. Это неправильное различие токов будет замечено реле 87.
  • Неисправность между обмотками: при таком типе повреждения часть тока из одной обмотки уходит и попадает в другую обмотку в соотношении 1: 1. Это эффективно искажает передаточное отношение трансформатора, что приводит к дисбалансу токов, наблюдаемых реле 87.
  • Поворотное повреждение: Этот вид неисправности непосредственно искажает передаточное отношение трансформатора, что приводит к дисбалансу токов, обнаруживаемых реле 87.

Интересным предостережением при использовании защиты от дифференциального тока на трансформаторе является явление броска тока , которое часто случается, когда трансформатор изначально находится под напряжением. Пусковой ток возникает, когда остаточный магнетизм в сердечнике трансформатора из его последнего включенного состояния оказывается значительным и имеет ту же полярность, что и начальная намагниченность при первом включении. В результате сердечник трансформатора начинает магнитно насыщаться, в результате чего в первичной обмотке возникает избыточный ток, который не создает ток во вторичной обмотке , а не .Любое реле дифференциального тока, естественно, увидит эту разницу как неисправность и может без надобности отключить питание трансформатора.

Умное решение проблемы ложного срабатывания реле 87 из-за пускового тока трансформатора называется ограничением гармоник или блокировкой гармоник . Пусковые токи имеют тенденцию быть асимметричными при просмотре на осциллографе из-за смещения предварительно намагниченного сердечника трансформатора (т. Е. Магнитное поле сердечника достигает более сильных пиков в одной полярности, чем в другой).Эта асимметрия приводит к значительному содержанию второй гармоники (например, 120 Гц в энергосистеме с частотой 60 Гц) в первичном токе и, следовательно, является точным индикатором броска тока. Если реле 87 предназначено для обнаружения этой гармонической частоты, оно может быть сконфигурировано для обеспечения дополнительного ограничения или даже полного запрета («блокирования») собственного срабатывания отключения до тех пор, пока гармоники не утихнут и трансформатор не стабилизируется до нормальной работы.

Дифференциальная токовая защита трехфазных трансформаторов и трансформаторных батарей — дело более сложное, и не просто потому, что всего их три.Силовые трансформаторы часто имеют разную конфигурацию первичной и вторичной обмоток (например, звезда-треугольник или треугольник-звезда). Таким образом, токи, входящие в силовой трансформатор и выходящие из него, могут не совпадать по фазе друг с другом, и в таких случаях нельзя напрямую сравнивать друг с другом для дифференциальной токовой защиты. Рассмотрим этот пример, где первичная обмотка — звезда, а вторичная обмотка — треугольник. Для простоты мы рассмотрим трансформатор с равным числом витков на каждой обмотке, так что каждая пара первичной / вторичной обмоток имеет соотношение витков 1: 1. {o} \) фазовый сдвиг.Токи, генерируемые каждой вторичной обмоткой ТТ, помечены строчными буквами (\ (i \), а не \ (I \)), чтобы представить их меньшие значения:

Обратите внимание, как каждый ток, входящий в сдерживающую катушку (RC) реле 87, выходит из другой удерживающей катушки с тем же математическим выражением, что указывает на равные значения тока. Это будет верно до тех пор, пока все соотношения ТТ правильные, а токи на входе и выходе силового трансформатора соответствуют друг другу.

Если обмотки силового трансформатора имеют соотношение витков 1: 1, как в случае этой демонстрационной схемы, токи вторичной линии будут больше, чем токи первичной линии, в \ (\ sqrt {3} \) раз, из-за к тому факту, что первичные обмотки соединены звездой (токи обмотки такие же, как и линейные токи), в то время как вторичные обмотки соединены треугольником (токи обмоток объединяются, образуя большие линейные токи).Это означает, что каждый вторичный ТТ будет видеть больший линейный ток, чем каждый из соответствующих первичных ТТ. Однако, учитывая тот факт, что ТТ на первичной стороне силового трансформатора имеют свои вторичные обмотки, соединенные треугольником, фактическая величина тока, которую они посылают на катушки реле 87, будет такой же, как величина тока, подаваемого на реле 87. другими трансформаторами тока при равных соотношениях трансформаторов тока со всех сторон.

Если обмотки силового трансформатора имеют соотношение витков, отличное от 1: 1, трансформаторы тока, установленные на первичной и вторичной линиях, вероятно, также будут иметь разные отношения.Маловероятно, что трансформаторы тока будут демонстрировать точно дополнительные отношения к внутренним отношениям обмоток силового трансформатора, что означает, что, когда эти трансформаторы тока подключены к 87 реле, их выходные токи не будут совпадать по величине . Унаследованные электромеханические реле 87 были оснащены «ответвлениями», которые можно было установить в различных соотношениях для выравнивания токов ТТ с точностью до нескольких процентов, согласованных друг с другом. {o} \) между первичной и вторичной сторонами, при этом сторона низкого напряжения трансформатора запаздывает.

Современные цифровые реле 87 предлагают «компенсацию ТТ», которая может использоваться вместо дополнительных подключений для коррекции фазового сдвига силового трансформатора звезда-треугольник, а также коррекции коэффициентов ТТ, которые не идеально согласованы. Вместо того, чтобы тщательно соединять вторичные обмотки всех ТТ таким образом, чтобы фазовые углы первичной и вторичной стороны и значения тока совпадали для всех нормальных условий работы трансформатора, мы можем подключать ТТ так, как сочтем нужным (обычно в конфигурации звезды. с обеих сторон для простоты) и пусть реле математически сопоставляет углы и величины.Эта цифровая альтернатива, конечно, требует пристального внимания к настройкам реле, чтобы работать.

.
Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *