Релейная защита и автоматика электроэнергетических систем

Контрольная работа

по дисциплине

«Релейная защита и автоматика

электроэнергетических систем »

                                        студента группы  

                                        специальности «Электрические

                                            станции, сети и системы»

Фамилия, инициалы

                                               Вариант      №

                                        Номер зачетной книжки 

                                        Дата выполнения  05.05.2011 г.

                                                                            Адресные данные:

                                                                                           Амурская область 

                                                                                            Проверил______________

                                                                                            Оценка________________

                                                                                            Подпись_______________

                                                                                            Дата__________________

г. Райчихинск 2011

Вариант 21

1.      Общие принципы выполнения реле. Электромеханические реле (3).

2.      Отсечки мгновенного действия на линиях с односторонним питанием (16).

3.      Ступенчатые защиты нулевой последовательности (27).

4.      Защита от перегрузки (46).

1.      Общие принципы выполнения реле. Электромеханические реле (3).

Общие принципы выполнения реле.

В схемах релейной защиты и электрической автоматики применяются электромеханические реле, реле на полупроводниковых приборах (диодах, транзисторах) и реле с использованием насыщающихся магнитных систем. Значительное распространение пока имеют электромеханические реле.

Однако наличие таких недостатков электромеханических реле, как большие размеры, значительное потребление мощности от трансформаторов тока и напряжения, трудности в обеспечении надежной работы контактов побудили к поискам более совершенных принципов выполнения реле. Новые принципы исполнения реле с помощью полупроводниковых приборов позволяют существенно улучшить параметры и характеристики реле и перейти полностью или частично на бесконтактные схемы защиты. Постепенно новые принципы выполнения реле находят все большее практическое применение.

Помимо реле, реагирующих на электрические величины, для защиты электрических машин и аппаратов применяются реле, реагирующие на неэлектрические величины, косвенным образом характеризующие появление повреждений или ненормальных режимов в них. Например, имеются реле, реагирующие на появление газов или повышение давления в кожухах маслонаполненных трансформаторов и реакторов; реле, реагирующее на повышение температуры трансформаторов и электрических машин и т.д.

Реле, реагирующие на электрические величины можно подразделить на три группы:

       реле, реагирующие на одну электрическую величину: ток или напряжение

       реле, реагирующие на две электрических величины: ток и напряжение сети или два напряжения UI и  UII , каждое из которых является линейной функцией тока и напряжения сети

       реле, реагирующее на три и больше электрические величины, например: три тока и три напряжения сети, или несколько напряжений, представляющих линейные функции токов и напряжения сети.

К первой группе относятся реле тока и напряжения. Ко второй принадлежат однофазные реле: мощности, сопротивления и некоторые другие. К третьей относятся трехфазные реле мощности, многофазные реле сопротивления и другие устройства.

Электромеханические реле.

Электромеханические реле могут выполнятся на электромагнитном, индукционном, электродинамическом, индукционно-динамическом и магнитоэлектрическом принципах. Отечественная промышленность изготовляет электромеханические реле в основном на электромагнитном и индукционном принципах, которые позволяют создать все требующиеся в эксплуатации разновидности реле.

Переходя к рассмотрению электромеханических конструкций, следует отметить некоторые наиболее важные и общие требования, предъявляемые к основным элементам этих реле: контактам и обмоткам.

Контакты реле являются очень важным и ответственным элементом в схемах защит. Они должны обеспечить надежное замыкание и размыкание тока в управляемых ими цепях и быть рассчитаны на многократное действие.

Коммутационная способность контактов условно характеризуется мощностью, при которой они обеспечивают замыкание и размыкание цепей.

Значение этой мощности SK выражается, как произведение напряжения источника оперативного тока U на наибольший ток IK, прохождение которого допускается через контакт, т.е. SK = U∙IK

Обмотки реле должны обладать термической стойкостью, характеризуемой в зависимости от типа реле значениями тока или напряжения, допускаемыми длительно или кратковременно, и иметь приемлемую потребляемую мощность SP, характеризуемую произведением тока IP, проходящего по обмотке, на напряжение UP на зажимах этой обмотки.

Потребляемая мощность SP зависит от усилий, которые должны создать намагничивающие силы обмоток для привидения в действие подвижной системы реле и надежного замыкания контактов реле.

Принцип действия. На рис.1 представлены три основные разновидности конструкций электромагнитных реле.

Каждая конструкция содержит электромагнит 1, состоящий из стального сердечника и обмотки, стальной подвижный якорь 2, несущий подвижный контакт 3, неподвижные контакты 4 и противодействующую пружину 5.

Проходящий по обмотке электромагнита ток IP создает намагничивающую силу (н.с.) IPωP, под действием которой возникает магнитный поток Ф, замыкающийся через сердечник электромагнита 1, воздушный зазор δ и якорь 2. Якорь намагничивается и в результате этого притягивается к полюсу электромагнита. Переместившись в конечное положение, якорь своим подвижным контактом 3 замыкает неподвижные контакты реле 4. Начальное положение якоря ограничивается упором 6.

Электромагнитная сила притягивающая стальной якорь к электромагниту. Пропорциональна квадрату магнитного потока Ф  в воздушном зазоре:    F3 = kФ2

Магнитный поток Ф и создающий его ток IP связанны соотношением Ф = I1ωP

                                                                                                                                                                                                 RM                                 

где RM – магнитное сопротивление пути, по которому замыкается магнитный поток Ф, а ωP – количество витков обмотки реле.

                                                                                                                     (1-1)

У реле с поворотным якорем и с поперечным движением якоря электромагнитная сила FЭ образует вращающийся момент :

                                                                                                                            (1-2)

где lp – плечо силы Fэ.

Коэффициенты k’ и k” в выражениях (1-1) и (1-2) зависит от RM и потому сохраняют постоянное значение только при отсутствии насыщения.

Из выражений (1-1) и (1-2) следует, что сила притяжения FЭ или её момент Мэ пропорциональны квадрату тока Ip в обмотке реле и имеют, следовательно. Постоянное направление, не зависящее от направления (знака) этого тока. Поэтому электромагнитный принцип пригоден для выполнения реле как постоянного. Так и переменного тока и широко используется для приготовления реле тока и напряжения. Промежуточных сигнальных и реле времени.

При перемещении якоря электромагнитного реле уменьшаются воздушный зазор δ и соответственно RM. При постоянстве тока в реле уменьшение RM вызывает увеличение магнитного потока Ф, что обусловливает в свою очередь соответствующее возрастание силы FЭ. Таким образом, сила FЭ и момент Мэ являются некоторыми функциями положения якоря δ ( а в системах с поперечным движением якоря – углом α) и возрастают с уменьшением воздушного зазора.

Наиболее проста эта зависимость находится  для реле с поворотным якорем. У которого магнитное поле в воздушном зазоре однородно. В этом случае магнитное сопротивление воздушного зазора R = δ/4πs. Подставляя его в выражение (1-1)  и пренебрегая магнитным сопротивлением пути по стали, получаем:

                                                                                                                                         (1-3)

Следовательно,  сила притяжения у реле с поворотным якорем обратно пропорционально квадрату воздушного зазора δ.

У реле с поперечным движением якоря и с втягивающимся якорем поле в воздушном зазоре нельзя считать однородным. Для этих конструкций Rм = ƒ(δ),  FЭ = ƒ(δ) и Мэ = ƒ(α) имеет сложный характер (рис. 2). Силу FЭ и момент Мэ можно выразит через производную магнитной проводимости воздушного зазора, уравнением:

где Gм – магнитная проводимость, равная 1/Rм.

Это выражение носит общий характер. Оно справедливо при отсутствии насыщения для всех конструкций электромагнитных реле и обычно используется при их расчетах.

Кривые на рис. 2. построены в предположении, что ток при перемещении якоря не меняется, т.е. что он не зависит от реактивного сопротивления хр обмотки реле, изменяющегося при изменении магнитного потока Ф. К этой группе реле относятся токовые реле, и реле постоянного тока, у которых Ip не зависит от хр.

2.      Отсечки мгновенного действия на линиях с односторонним питанием (16).

Ток срабатывания отсечки. По условиям селективности с защитами остальной сети отсечка без выдержки времени (с t3 = 0) не должна работать за пределами защищаемой линии АВ (рис. 3). Ток срабатывания мгновенной отсечки должен удовлетворять условию (2-1) при к.з. в конце защищаемой линии АВ, т.е. в точке М (рис. 3). В соответствии с этим принимается, что:

                                                                                                                  (2-1)

где  IK(M) макс. - максимальный ток к.з. в фазе линии при к.з. на шинах подстанции В (точка М на рис. 3); Кн – коэффициент надежности, учитывающий погрешности в расчете тока к.з. IK(M)макс. и погрешность в токе срабатывания реле.

Ток к.з IK(M) макс. рассчитывается для таких режимов работы системы и видах повреждений, при которых он оказывается наибольшим. Поскольку собственное время действия отсечки равно 0,02-0,01с, то ток IK(M) макс. рассчитывается для начального момента времени (t = 0) и принимается равным действующему значению периодической составляющей. При расчете тока к.з. генераторы замещаются сверхпереходным сопротивлением x”d.

В схемах отсечки, где токовые реле действуют непосредственно на отключение без промежуточного реле, время действия отсечки может достигать одного периода (т.е. 0,02с). В этом случае следует апериодическую составляющую тока к.з., умножая ток IK(M) макс. на коэффициент ka = 1,6 / 1,8.

У отсечек для защиты линии с токовыми реле типа РТ коэффициент надежности kH = 1,2 / 1,3. Для отсечки РТ-80 и РТ-90, которые имеют погрешность в токе срабатывания 20-25%, принимается повышенный kH = 1,5.

Зона действия отсечки определяется графически, как показано на рис. 3. Обычно строятся кривые тока к.з. в зависимости от расстояния l до точки к.з. IK=ƒ(l) для максимального и минимального режимов (кривые 1 и 2 на рис. 3), и потточке пересечения их прямой IС.З. находится конец зоны отсечки в максимальном и минимальном режимах (AN1 и AN2)/