Релейная защита, автоматика и телемеханика в системах электроснабжения - Андреев В.А., Бондаренко Е.В.

Author: Андреев В.А. Бондаренко Е.В.

Tags: электротехника автоматика электроснабжение релейная защита реле телемеханика издательство высшая школа

Year: 1975

Similar

Релейная защита и автоматика систем электроснабжения

Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учебное пособие

Релейная защита и автоматика элементов системы электроснабжения промышленного предприятия: Учебное пособие

Text

В. А. АНДРЕЕВ
Е. В. БОНДАРЕНКО
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА,
АВТОМАТИКА
И ТЕЛЕМЕХАНИКА
В СИСТЕМАХ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
ПОД РЕДАКЦИЕЙ ПРОФ. В. А. АНДРЕЕВА
Допущено Министерством высшего и сред-
него специального образования СССР в ка-
честве учебника для студентов вузов, обу-
чающихся по специальности «Электроснаб-
жение промышленных предприятий, горо-
дов и сельского хозяйства»
МОСКВА «ВЫСШАЯ ШКОЛА» 1975
6Ф0.1
А65
УДК 621.316.925(075)
Рецензенты:
Проф. А. Д. Дроздов
(Новочеркасский политехнический институт)
Кафедра автоматизации и релейной защиты энергосистем МЭИ
Андреев В. А., Бондаренко Е. В.
Д65 Релейная защита, автоматика и телемеханика в систе-
мах электроснабжения. Учебник для вузов. Под ред.
В. А. Андреева. М., «Высш, школа», 1975.
375 с. с ил.
Книга содержит основные сведения по релейной защите, автоматике и
телемеханике в системах электроснабжения. В отличие от существующей
учебной литературы в ней предпринята попытка изложить вопросы релейной
защиты» автоматики и телемеханики во взаимосвязи с тем или иным эле-
ментом системы электроснабжения.
Предназначается для студентов электротехнических специальностей выс-
ших учебных заведений. Может быть использована инженерно-техническими
работниками, занимающимися проектированием или эксплуатацией релейной
защиты, автоматики и телемеханики систем электроснабжения.
30311—268
001(01)—75
143—75
6Ф0.1
Издательство «Высшая школа», 1975
ПРЕДИСЛОВИЕ
В соответствии с решениями XXIV съезда партии электроэнерге-
тика как одна из ведущих отраслей, определяющих технический
прогресс, получает дальнейшее развитие. Электроэнергетика раз-
вивается по пути строительства крупных тепловых электростанций
с энергетическими блоками мощностью 300, 500, 800 млн. кВт, атом-
ных электростанций с блоками мощностью более 1 млн. кВт и со-
здания единой энергетической системы СССР. Растет доля участия
атомных электростанций в общей выработке электроэнергии. Воз-
растает потребление электроэнергии в сельском хозяйстве. В связи
с этим решается задача подключения всех колхозов и совхозов К
государственным энергетическим системам. Развитие единой энер-
гетической системы страны, рост единичной мощности энергоблоков
и электростанций требуют повышения роли релейной защиты и ав-
томатики в обеспечении надежной работы энергосистем и беспере-
бойного электроснабжения потребителей, а также дальнейшего со-
вершенствования этих устройств, разработки новых принципов их
выполнения, повышения культуры эксплуатации.
Современная научно-техническая революция, характеризуемая
тесной связью науки, техники и производства, требует от инженера,
где бы он ни работал — на производстве, в проектном или научно-
исследовательском институте, творческого подхода к делу. Необ-
ходимо также иметь в виду, что сегодняшний студент приступит к
инженерной деятельности тогда, когда многие современные маши-
ны, приборы и другие устройства будут заменены более совершен-
ными. Данные обстоятельства должны учитываться при подготовке
инженерных кадров, в том числе и по специальности «Электроснаб-
жение промышленных предприятий, городов и сельского хозяйства».
Этими соображениями руководствовались авторы в процессе ра-
боты над учебником, в котором рассматриваются основы релейной
защиты, автоматики и телемеханики в системах электроснабжения.
Схемы электроснабжения промышленных предприятий, городов
и сельского хозяйства предъявляют к устройствам защиты и авто-
матики специфические требования. В связи с этим проектирование,
производство и эксплуатация этих устройств имеют ряд особенно-
стей. Основной из них является широкое применение простейших
средств защиты и автоматики — предохранителей, автоматов, реле
прямого действия, АПВ, АВР и переменного оперативного тока.
Релейная защита, автоматика и телемеханика тесно связаны
между собой, дополняют друг друга, взаимно влияют на выбор
3
уставок, на схемы. Они имеют общие цепи, так как часто дейст-
вуют на один и тот же исполнительный аппарат. Отнесение того или
иного устройства к средствам релейной защиты или к средствам
автоматики иногда бывает условным. Например, автоматическая
разгрузка трансформатора по существу является защитой от пере-
грузки. Автоматическую частотную разгрузку можно отнести к за-
щите точно так же, как минимальную защиту напряжения к устрой-
ствам автоматики.
Между тем в существующей учебной литературе релейная защи-
та, автоматика и телемеханика рассматриваются отдельно в соот-
ветствующих учебниках; так же строится и преподавание. Если это
в какой-то степени правильно для студентов, специализирующихся
по релейной защите и автоматике, то для будущих специалистов по
электроснабжению промышленных предприятий, городов и сельско-
го хозяйства должен читаться общий курс, учитывающий особенно-
сти систем электроснабжения. В настоящем учебнике была пред-
принята попытка рассмотреть релейную защиту, автоматику и теле-
механику во взаимосвязи применительно к тому или иному
элементу схемы (линии, трансформатору, двигателю и т. п.) с уче-
том особенностей систем электроснабжения, как читался этот курс
авторами в течение продолжительного времени.
Главы I, II, IV, V, VI, VIII, IX, XI учебника написаны В. А. Анд-
реевым, главы III, VII, X, XII, XIII — Е. В. Бондаренко.
Авторы приносят глубокую благодарность проф. А. Д. Дроздо-
ву, доц. Ю. И. Иванкову и коллективу кафедры автоматизации и
релейной защиты Московского энергетического института, руково-
димому проф. А. М. Федосеевым, за тщательный просмотр книги
и ценные замечания и предложения. Авторы также отмечают боль-
шую работу канд. техн, наук В. А. Семенова по редактированию
рукописи и выражают ему искреннюю признательность.
Все замечания и предложения по улучшению учебника просим
направлять в адрес издательства «Высшая школа»: Москва, К-51,
Неглинная ул., 29/14.
Авторы
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
И УПРАВЛЕНИЕ ИМИ
ГЛАВА I
НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ
О СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
§ 1.1. Основные элементы
систем электроснабжения
Система электроснабжения промышленных предприятий, горо-
дов и сельского хозяйства состоит из элементов, предназначенных
для преобразования, распределения и потребления электрической
энергии. Основными источниками питания (ИП) системы электро-
снабжения в подавляющем большинстве являются районные энер-
гетические системы. Вместе с тем в ряде случаев возникает необхо-
димость иметь местные электрические станции в городе и сельском
районе, а также ТЭЦ на промышленном предприятии. Их сооруже-
ние может оказаться необходимым, в частности, для повышения
надежности электроснабжения, а также для снабжения потребите-
ля паром и горячей водой. Местные электрические станции, как пра-
вило, должны быть связаны с основным источником питания —
районной энергетической системой.
Для приема электрической энергии у потребителя строятся один
или несколько приемных пунктов. Если источник питания достаточ-
но удален от потребителя, то связь между ними осуществляется
питающими линиями напряжением 354-220 кВ. Поскольку распре-
делительная сеть потребителя строится на напряжение 6 (10) кВ, то
в данном случае приемным пунктом должна служить главная (го-
родская) понизительная подстанция (ГПП). На рис. 1.1 показана
схема такой подстанции.
Когда источник питания располагается вблизи от понизительной
подстанции, питающая линия выполняется на том же напряжении,
что и распределительная сеть потребителя, и необходимость в транс-
формации отпадает. В этом случае для приема электроэнергии
вместо ГПП используются распределительные пункты (РП). На
рис. 1.2 показана схема такого пункта.
Электроснабжение может быть также осуществлено по схеме
глубокого ввода с непосредственным подсоединением трансформа-
5
торных подстанций (ТП). На рис. 1.3 приведена схема электро-
снабжения крупного промышленного предприятия, в которой глу-
бокий ввод выполнен в виде двух магистральных воздушных линий
напряжением 220 кВ. В данном случае глубокий ввод является
распределительной сетью высо-
кого напряжения. На промыш-
ленном предприятии имеется соб-
ственная ТЭЦ, которая через по-
высительные трансформаторы
Рис. 2. Однолинейная схема
распределительного пункта
Рис. 1.1. Однолинейная схема глав-
ной понизительной подстанции с ко-
роткозамыкателями и отделителями
связана с линиями глубокого ввода. Трансформаторные подстанции
подключаются к линиям через отделители; на выводах высшего
напряжения трансформаторов установлены короткозамыкатели.
Рис. 1.3. Однолинейная схема магистрального глубокого ввода ли-
ний 220 кВ
В этой схеме могут быть применены также предохранители, а в ря-
де случаев и выключатели. Это относится и к схеме, приведенной
на рис. 1.1.
Тип коммутационного аппарата и схема подключения подстан-
ций к линии глубокого ввода будут оказывать влияние на характер
релейной защиты и автоматики.
6
Глубокий ввод может быть выполнен и в виде радиальной ли-
нии, питающей подстанцию по схеме блока линия — трансформатор
(рис. 1.4).
Большинство приемников электрической энергии рассчитано для
работы в сетях напряжением ниже 1000 В. Поэтому в непосредст-
венной близости от приемни- „П^77П „ > |
ков размещаются ТП, связы- I к I—*”
ваемые линиями с источни- 5~О----------( 0 7—
ком питания ИП. Совокуп- I т ОО I—
ность этих линий, подстан- I
ций и распределительных * Б(10)кВ ‘
пунктов образует распреде- Рис. 1.4. Однолинейная схема радиального
лительную сеть напряжени- глубокого ввода
ем 6(10) кВ.
По структуре построения распределительные сети бывают: ра-
диальные (рис. 1.5); магистральные (рис. 1.6); смешанные. Эти се-
ти могут быть как с односторонним, так и с двусторонним пита-
нием.
Рис. 1.5. Однолинейные радиальные схемы
распределительных сетей:
а — одиночные; б — двойные; в — с двумя источника-
ми питания; г — многоступенчатые
При радиальной схеме от шин источника питания отходят линии
к отдельным трансформаторным подстанциям или распределитель-
ным пунктам. Для менее ответственных потребителей (третьей ка-
тегории) они выполняются одиночными (рис. 1.5, а), а для более
ответственных — двойными (рис. 1.5, б). Поскольку бесперебойное
питание обеспечивается наиболее надежно при наличии двух неза-
7
висимых источников питания (рис. 1.5, в), эта схема и принимается
для потребителей первой категории.
В схемах, приведенных на рис. 1.5, б, в, каждая линия рассчиты-
вается на полную нагрузку потребителя или, во всяком случае, на
суммарную нагрузку потребителей первой и второй категорий. Нор-
Рис. 1.6. Однолинейные магистральные схемы распредели-
тельных сетей:
а — одиночные; б — кольцевые; в — одиночные с двусторонним
питанием; гид— с двумя сквозными магистралями
мально питающие линии работают раздельно, каждая на свою
секцию.
Рассмотренные схемы (рис. 1.4, 1.5, а, б, в) являются однократ-
ными, или одноступенчатыми. Если же в электропередачу последо-
вательно включено несколько распределительных пунктов, то схема
становится многоступенчатой (рис. 1.5, г).
Приближение подстанций к нагрузкам и стремление уменьшить
число коммутационных узлов в распределительной сети делает це-
лесообразным использование магистральных схем. Сущность таких
схем заключается в том, что потребители (например, ТП) один за
другим подключаются к линии, идущей от источника питания.
8
Магистральные схемы бывают:
одиночные как с односторонним, так и с двусторонним пита-
нием;
кольцевые;
с двумя и более параллельными (сквозными) магистралями.
Одиночные магистральные схемы с односторонним питанием
(рис. 1.6, а) применяются лишь для электроснабжения потребите-
лей третьей категории. При этом к одной магистрали присоединяют
не более трех-четырех потребителей. Если потребители расположе-
ны по отношению к источнику питания так, что могут быть соеди-
нены в кольцо, то рекомендуется применять кольцевые магистраль-
ные схемы (рис. 1.6, б). Так как при замкнутом кольце усложняется
схема релейной защиты и увеличиваются токи короткого замы-
кания, то кольцевые магистральные схемы обычно работают разом-
кнуто. К одному кольцу не рекомендуется присоединять более че-
тырех-пяти подстанций. Следует отметить, что как одиночные, так
и кольцевые магистральные схемы по надежности электроснабже-
ния и удобству эксплуатации, как правило, уступают радиальным
схемам.
Надежность электроснабжения можно повысить, используя оди-
ночные магистральные схемы с двусторонним питанием (рис. 1.6, в).
При этом, в зависимости от характера источников питания, маги-
страль в нормальном режиме размыкается или на одной из проме-
жуточных подстанций, или у шин одного из источников.
Значительно большей надежностью обладают схемы с двумя и
более магистралями, которые можно применить для питания потре-
бителей любой категории. Схема с двумя сквозными магистралями
применяется для питания двухтрансформаторных подстанций
(рис. 1.6, г) или же распределительных пунктов с двумя секциями
шин (рис. 1.6, д). Трансформаторы и секции шин работают раздель-
но. Каждая магистраль рассчитана на покрытие основных нагрузок
всех потребителей, а трансформатор — своей подстанции.
Схема с двумя сквозными магистралями приобретает еще боль-
шую надежность, если магистрали подключать к разным источни-
кам питания.
§ 1.2. Особенности городских и сельских
распределительных сетей
Распределительные сети высокого напряжения в системах элект-
роснабжения промышленных предприятий, городов и сельского хо-
зяйства обычно содержат элементы радиальных и магистральных
схем, т. е. выполняются по так называемой смешанной схеме. При-
чем сложность схемы в конечном счете определяется категорией
потребителей и величиной суммарной нагрузки города, промышлен-
ного предприятия, сельского района.
Вместе с тем на систему электроснабжения каждого из этих
объектов будут оказывать влияние его специфические особенности.
Например, особенностью городских распределительных сетей яв-
ляется многочисленность потребителей сравнительно небольшой
9
мощности, разбросанных по всей территории города, разнотипность
оборудования, отсутствие, как правило, постоянного дежурного
персонала на распределительных пунктах и трансформаторных под-
станциях.
Все это в еще большей степени характерно для сельских рас-
пределительных сетей. В сельских населенных пунктах дома, в ко-
торых электроэнергия используется в бытовых целях, расположены
на значительном расстоянии друг от друга и от центральных усадеб,
где электрическая энергия потребляется для производственных це-
лей. Вместе с тем сельские электрические нагрузки крайне непосто-
янны и изменяются в широких пределах в зависимости от времени
года.
Раздробленность сельскохозяйственных потребителей и их раз-
мещение на значительной территории определяют:
значительную протяженность сельских электрических сетей при
сравнительно малых величинах передаваемой мощности;
значительное количество ответвлений, длина которых в два-че-
тыре раза больше длины самой линии, связывающей источник пи-
тания с наиболее удаленным потребителем;
отсутствие в чистом виде питающих линий; питающие сети одно-
временно используются и как распределительные;
необходимость секционирования сетей с целью повышения на-
дежности электроснабжения.
Необходимо также отметить, что в сельских сетях нашла при-
менение система передачи электрической энергии по двум проводам
и земле (ДПЗ).
Для распределения электрической энергии между электропри-
емниками применяются низковольтные четырехпроводные распре-
делительные сети напряжением 380/220 В, работающие с глухоза-
земленной нейтралью. Эти сети также выполняются на основе ради-
альных и магистральных систем электроснабжения. Некоторое
исключение составляют так называемые замкнутые сети низко-
вольтных городских распределительных сетей, которые широко при-
меняются за рубежом для электроснабжения городов. В последнее
время участки таких сетей выполнены в ряде городов Советского
Союза.
§ 1.3. Назначение релейной
защиты и автоматики
В условиях эксплуатации возможны повреждения отдельных
элементов системы электроснабжения.
Если предприятие питается по единственной линии электропере-
дачи, то при ее повреждении электроснабжение прекращается. Ка-
залось бы, для повышения надежности электроснабжения лучше
иметь две линии, чтобы при повреждении одной из них питание про-
должалось по другой. Однако включение второй линии без дополни-
тельных мероприятий не повышает надежность электроснабжения.
Действительно, при коротком замыкании на одной из линий снижает-
ся напряжение на обеих линиях, и оно не может быть восстановле-
ю
но до тех пор, пока поврежденный участок не будет выявлен и от-
ключен от электрической системы. Это необходимо сделать возмож-
но быстрее для обеспечения нормальной работы потребителей и
всей системы в целом.
В ряде случаев повреждение должно быть ликвидировано в те-
чение долей секунды. Совершенно очевидно, что человек не в состоя-
нии справиться с такой задачей. Поэтому для определения места
повреждения и подачи сигнала на отключение соответствующих
выключателей устанавливаются специальные автоматические уст-
ройства. Это и есть релейная защита, действующая на отключение.
В некоторых случаях выключатель и защита совмещаются в
одном аппарате (предохранитель, автомат). Иногда в эксплуата-
ции возникают ненормальные режимы, существование которых до-
пустимо в течение некоторого времени. Нарушение нормального
режима в этих случаях может быть ликвидировано действием опе-
ративного персонала. При этом нецелесообразно немедленное от-
ключение элемента электрической сети, а достаточно дать сигнал
персоналу. Это осуществляется релейной защитой, действующей на
сигнал.
Релейная защита — только часть автоматики, получившая при-
менение в системах электроснабжения раньше других автоматиче-
ских устройств. Вместе с тем одна релейная защита не в состоянии
обеспечить надежность и бесперебойность электроснабжения. В этом
нетрудно убедиться на примере рассмотренных схем электроснаб-
жения. Распределительный пункт в сетях напряжением 6 (10) кВ
обычно выполняют в виде двух секций. Секционный выключатель
при нормальной работе отключен. Каждая питающая линия (транс-
форматор) связана только со своей секцией и обеспечивает питание
потребителей этой секции (см. рис. 1.1; 1.2; 1.3; 1.5, б, в\ 1.6, г, д).
Совершенно очевидно, что при повреждении одной из линий (транс-
форматора) и отключении ее релейной защитой соответствующая
секция обесточивается, а электроснабжение ее потребителей пре-
кращается. Электроснабжение может быть восстановлено, если
включить секционный выключатель. Эта операция должна быть
осуществлена максимально возможно быстро и поэтому не может
быть поручена человеку. Выключатель включается одним из уст-
ройств автоматики, получивших название автоматического включе-
ния резерва (АВР).
Опыт эксплуатации воздушных линий электропередач показал,
что до 70-4-90% повреждений после быстрого отключения линий ре-
лейной защитой самоустраняются, а линия, включенная повторно,
остается в работе, продолжая обеспечивать электроснабжение.
И здесь повторное включение осуществляется с помощью автома-
тики — устройством, получившим название автоматического повтор-
ного включения (АПВ).
Необходимо отметить, что повреждение одного из элементов си-
стемы электроснабжения и его отключение может отразиться на
работе всей системы. Например, отключение части потребителей
приводит к избытку вырабатываемой мощности и, как следствие, к
11
повышению частоты и напряжения в ряде случаев сверх допусти-
мых величин. С другой стороны, при отключении мощного генера-
тора появляется дефицит электроэнергии, что может привести к глу-
бокому снижению частоты и напряжения, расстройству работы
потребителей, выходу из синхронизма генераторов и нарушению
устойчивости работы всей системы. Нежелательные процессы про-
текают так быстро, что оперативный персонал не в состоянии пре-
дотвратить их развитие и с требуемой быстротой восстановить нор-
мальный режим.
Эту задачу выполняют устройства автоматики: автоматическое
регулирование возбуждения генераторов; его форсировка; автома-
тическая частотная разгрузка и другие, относящиеся вместе с АПВ
и АВР к системной автоматике.
Имеется также группа устройств автоматики, предназначенных
для работы в условиях нормального режима: автоматика включе-
ния двигателей; автоматика включения и отключения компенсирую-
щих устройств; автоматическая синхронизация генераторов.
§ 1.4. Виды повреждений и ненормальных
режимов в системах электроснабжения
Наиболее опасными и частыми видами повреждений являются
короткие замыкания (к. з.) между фазами электрической установ-
ки и короткие замыкания фаз на землю в сетях с большими токами
замыкания на землю. Могут иметь место случаи более сложных
повреждений, сопровождающиеся к. з. и обрывом фаз. В электри-
ческих машинах и трансформаторах наряду с междуфазными к. з.
и замыканиями на землю могут иметь место замыкания между вит-
ками одной фазы.
Вследствие возникновения к. з. нарушается нормальная работа
системы электроснабжения с возможным выходом генераторов из
синхронизма и нарушением работы потребителей. Опасность для
элементов сети представляет термическое и динамическое действие
тока к. з. как непосредственно в месте повреждения, так и при про-
текании по неповрежденному оборудованию. Для уменьшения раз-
меров повреждения при к. з. и предотвращения развития аварии не-
обходимо быстро отключить поврежденный элемент.
Однофазные замыкания на землю в сетях с малым током замы-
кания не сопровождаются возникновением больших токов в месте
повреждения. Обычно эти токи не превышают нескольких десятков
ампер. Междуфазные напряжения при этом виде повреждения
остаются такими же, как и в нормальном режиме, и работа системы
электроснабжения не нарушается. Поэтому при однофазном замы-
кании на землю в сетях с малым током замыкания на землю нет не-
обходимости в быстром отключении поврежденного участка. Тем
не менее этот режим работы нельзя считать нормальным, так как
напряжения неповрежденных фаз относительно земли возрастают
и имеется опасность перехода однофазного замыкания на землю в
междуфазные к. з. Поэтому в сетях с изолированной нейтралью
12
предусматривается защита от однофазных замыканий на землю,
действующая на сигнал. В ряде случаев по требованию техники
безопасности защиту от замыканий на землю в сетях с изолирован-
ной нейтралью выполняют с действием на отключение.
К наиболее опасным ненормальным режимам относятся:
протекание сверхтоков, вызванных перегрузкой оборудования
или внешними короткими замыканиями. При этом по неповрежден-
ному оборудованию протекают токи, превышающие номинальное
значение. Длительное протекание этих токов может привести к
преждевременному старению изоляции, износу оборудования.
Сверхтоки, вызванные внешними к. з., устраняются после отключе-
ния поврежденного участка; что касается сверхтоков перегрузки,
то на соответствующем оборудовании должна предусматриваться
защита, действующая на сигнал. При этом дежурным персоналом
принимаются меры к разгрузке оборудования или к его отключе-
нию. При отсутствии постоянного дежурного персонала защита
должна действовать на автоматическую разгрузку или отключение;
снижение напряжения ниже допустимого значения. Величина
напряжения у потребителей электроэнергии зависит от величины
э. д. с. источников питания и от потерь напряжения в источниках и
в сети. С изменением режима работы системы электроснабжения
эти потери меняются и поэтому меняется напряжение у потребите-
лей. Возрастание потерь в источниках питания и в сети имеет место
при к. з., а также при увеличении нагрузки.
Возникновение к. з. на одном из участков сети может привести
к столь значительному снижению напряжения других неповрежден-
ных участков, что подключенные к ним двигатели начнут снижать
число оборотов. После отключения защитой поврежденного участка
эти двигатели будут восстанавливать свою скорость, потребляя из
сети повышенный ток. Поэтому напряжение в сети окажется пони-
женным и в послеаварийном режиме.
С изменением нагрузки потребителей в большинстве случаев их
активная и реактивная мощности меняются непропорционально.
Например, при увеличении нагрузки на валу асинхронного двигате-
ля возрастает его активная мощность, а реактивная мощность
остается почти неизменной. В то же время реактивная мощность,
потребляемая двигателем, увеличивается при повышении напряже-
ния. В системе электроснабжения должен существовать баланс
между потребляемой и генерируемой активной и реактивной мощ-
ностями. Источниками реактивной мощности могут быть синхрон-
ные машины (генераторы, двигатели, компенсаторы), а также ба-
тареи статических конденсаторов. Нарушение баланса между вы-
рабатываемой и расходуемой реактивной мощностями приводит к
изменению напряжения в системе электроснабжения, причем недо-
статок реактивной мощности сопровождается снижением напряже-
ния. Таким образом, величины напряжения и реактивной мощности
оказываются взаимосвязанными.
Все электроприемники рассчитываются на определенное напря-
жение, при котором они имеют наилучшие технико-экономические
13
показатели работы. Снижение напряжения у электроприемников
нарушает условия их нормальной работы и приносит ущерб народ-
ному хозяйству.
У асинхронных двигателей нарушение нормальной работы про-
является в возрастании тока и в уменьшении скорости. Увеличение
тока двигателя свыше номинального значения ускоряет износ изо-
ляции, а понижение скорости вращения отражается на производи-
тельности соответствующих механизмов и на качестве выпускаемой
продукции.
Снижение напряжения у электротермических установок удлиня-
ет технологические процессы, что приводит к повышению расхода
электроэнергии и увеличению себестоимости продукции.
Выпрямительные установки для электролиза характеризуются
тем, что в электролизных ваннах должен протекать вполне опреде-
ленный неизменный ток. Уменьшение этого тока при снижении вы-
прямляемого напряжения не только удорожает выпускаемую про-
дукцию, но и ускоряет износ электродов.
Понижение напряжения у осветительных приборов сопровож-
дается снижением освещенности. Вследствие этого заметно умень-
шается производительность труда и повышается утомляемость ра-
ботающих. Люминесцентные лампы при пониженном напряжении
либо вообще не загораются, либо их горение сопровождается интен-
сивным распылением катодов.
При пониженном напряжении нарушается нормальная работа
электронной аппаратуры. В частности, колебания напряжения вы-
нуждают владельцев телевизоров применять индивидуальные ста-
билизаторы напряжения, которые, восстанавливая нормальную ра-
боту телевизоров, в то же время нагружают распределительную
сеть реактивными токами.
Перечисленные примеры иллюстрируют необходимость поддер-
жания в допустимых пределах напряжения в электрических сетях и
у потребителей. Эта задача решается с помощью устройств авто-
матического регулирования напряжения (АРН);
снижение частоты. Если мощность, потребляемая в системе
электроснабжения, становится больше вырабатываемой, то частота
снижается. Обычно это вызывается внезапным отключением одно-
го из источников питания.
Продолжительная работа с пониженной частотой не допускает-
ся, так как при этом уменьшается скорость вращения электродви-
гателей и соответственно снижается производительность механиз-
мов. На ряде предприятий снижение частоты приводит к наруше-
нию технологического процесса и браку. Работа с пониженной
частотой нежелательна также для агрегатов тепловых электро-
станций, так как может привести к повреждению лопаток турбин.
Снижение частоты влечет за собой уменьшение скорости вращения
и производительности механизмов собственного расхода тепловых
электростанций, что представляет наибольшую опасность для энер-
госистемы, так как сопровождается снижением мощности агрегатов
н дальнейшим увеличением дефицита активной мощности и сниже-
14
нием частоты (лавина частоты). В результате этого при снижении
частоты на величину более двух герц расстроится работа всей
энергосистемы. Если все генераторы системы загружены активной
мощностью полностью, то восстановление частоты возможно толь-
ко при отключении части наименее ответственных потребителей.
Поскольку аварийное снижение частоты происходит очень быст-
ро, дежурный персонал не в состоянии принять соответствующих
мер, поэтому отключение потребителей возлагается на устройство
автоматики, называемое автоматической частотной разгрузкой
(АЧР);
повышение напряжения сверх допустимого значения. В эксплуа-
тации возможны случаи внезапной разгрузки синхронных генера-
торов вследствие аварийного отключения выключателей генерато-
ров или линий, связывающих их с потребителями. Внезапное отклю-
чение нагрузки сопровождается увеличением числа оборотов
агрегата и, как следствие этого, повышением напряжения на выво-
дах генератора. Особенно большие величины напряжения, опасные
для изоляции обмотки статора, могут возникать на гидрогенерато-
рах вследствие того, что при сбросах нагрузки относительное уве-
личение числа оборотов гидрогенераторов больше, чем у турбоге-
нераторов. С целью предотвращения повреждения изоляции маши-
ны на гидрогенераторе должна предусматриваться специальная
автоматика, действующая на снижение тока возбуждения или на
отключение автомата гашения поля;
качания в энергосистеме. Этот вид ненормального режима обыч-
но возникает вследствие к. з., приводящих к выходу из синхронизма
параллельно работающих синхронных машин. Качания сопровож-
даются повышением тока и понижением напряжения, так же как и
к. з. Однако действующие значения тока и напряжения при кача-
ниях имеют пульсирующий характер. При этом защита не должна
действовать на отключение. Иногда предусматривается специаль-
ная автоматика, которая при нарушении синхронизма и возникно-
вении качаний осуществляет деление энергосистемы в определен-
ных точках.
ГЛАВА II
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ,
АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ
§ 2.1. Основные требования, предъявляемые
к релейной защите и автоматике
Релейная защита и автоматика должны удовлетворять ряду
требований, основными из которых являются селективность, чувст-
вительность, быстродействие, надежность.
Под селективностью понимается свойство релейной защиты,
действующей на отключение, избирать поврежденный участок и
отключать только его. Для релейной защиты, действующей на сиг-
нал, под селективностью понимается способность однозначно ука-
зывать место возникновения ненормального режима и конкретно
элемент энергосистемы, требующий вмешательства персонала.
На каждом элементе энер-
госистемы (генераторы, транс-
форматоры, линии и др.) уста-
навливается один или несколь-
ко комплектов релейной защи-
ты, которые должны отключать
защищаемый элемент при пов-
реждениях в нем или подавать
сигнал о ненормальном режиме
защищаемого элемента.
Если по принципу своего действия защита срабатывает только
при к. з. на защищаемом элементе, то ее относят к защитам, обла-
дающим абсолютной селективностью.
Наряду с действием при повреждении защищаемого элемента
желательно, чтобы защита данного элемента действовала как ре-
зервная при повреждении на смежном элементе, если это повреж-
дение не отключается. Например, при повреждении в точке К
(рис. 2.1) должна действовать защита поврежденной линии и не
должна действовать защита ввода. Однако, если по каким-либо
причинам (неисправность защиты, неисправность выключателя)
повреждение не будет отключено, необходимо, чтобы подействова-
ла защита ввода. При этом говорят, что защита обладает относи-
тельной селективностью.
В ряде случаев для упрощения защиты или ускорения ликвида-
ции повреждения допускается неселективное действие защиты. Се-
лективность ликвидации повреждения при этом обеспечивается по-
следующим действием автоматики (например, АПВ).
Понятие селективности присуще также устройствам автомати-
ки, например устройствам, действующим на отключение элементов
энергосистемы (АЧР, автоматика деления).
Под чувствительностью релейной защиты понимается ее спо-
собность реагировать на возможные повреждения в минимальных
режимах системы электроснабжения, когда изменение воздействую-
16
щей величины (величина, на которую реагирует защита) будет ми-
нимальным. По отношению к каждому комплекту защиты это тре-
бование выражается необходимостью обеспечить действие защиты
при повреждении в пределах защищаемой зоны. Обычно стремятся
сделать защиту возможно более чувствительной, сохраняя, однако,
ее селективность. Это требование и ставит практический предел
возможной чувствительности защиты.
С ростом нагрузок систем электроснабжения и увеличением
длины линий электропередачи значения токов и напряжений при
коротких замыканиях приближаются к их значениям в нормальных
режимах. В связи с этим удовлетворить требованию чувствитель-
ности бывает трудно даже при металлических коротких замыка-
ниях.
Чувствительность защит оценивается коэффициентом чувстви-
тельности. Он регламентирует отношение между значением воздей-
ствующей величины при повреждении в защищаемой зоне и уста-
новленным на защите значением параметра ее срабатывания.
Чувствительность — одно из основных требований, предъявляе-
мых к устройствам автоматики. Высокой чувствительностью долж-
ны обладать, например, автоматические регуляторы возбуждения и
автоматические регуляторы частоты, реагирующие на изменения
напряжения и частоты в энергосистеме.
Быстродействие защиты необходимо в большинстве случаев по
следующим соображениям:
1. При к. з. мощность, отдаваемая генераторами станции, вбли-
зи которой произошло к. з., резко снижается. В результате скорость
вращения генераторов возрастает. Если к. з. отключается защитой,
^лсющей выдержку времени, то к моменту его отключения генера-
¥оры этой станции выйдут из синхронизма по отношению к другим
^йанциям. Быстрое отключение к. з. может предотвратить наруше-
синхронизма, представляющее собой наиболее тяжелую аварию
(шЛистеме.
\\2. К. з. в любом элементе системы приводит к понижению на-
пряжения, снижению вращающего момента синхронных и асин-
хронных двигателей и их торможению. При быстром отключении
к. з. двигатели немедленно возвращаются к нормальному режиму,
их торможение не является опасным и не нарушает технологиче-
ского процесса, а в ряде случаев остается совершенно незамечен-
ным. Отключение к. з. с выдержкой времени может привести к пол-
ной остановке и необходимости отключения синхронных и некото-
рых асинхронных двигателей.
3. Быстрое отключение к. з. уменьшает размеры разрушения
изоляции и токоведущих частей токами к. з. в месте повреждения,
уменьшает вероятность несчастных случаев.
4. Ускорение отключения повреждений повышает эффективность
АПВ и АВР, так как чем меньше разрушения в месте к. з., тем вы-
ше вероятность успешного действия автоматики.
Время отключения повреждения складывается из времени дей-
ствия защиты и времени действия выключателя. Следовательно,
17
для ускорения отключения повреждений необходима не только бы-
стродействующая защита, но д быстродействующие выключатели.
Защиты, действующие со временем, не большим 0,1-4-0,2 с, считают-
ся быстродействующими. Время отключения наиболее распростра-
ненных выключателей не превышает 0,06-4-0,15 с.
При коротких замыканиях резко уменьшается напряжение. При
этом устойчивость параллельной работы генераторов в системе мо-
жет быть сохранена не только за счет быстрого отключения по-
врежденного элемента, но и благодаря быстрому повышению воз-
буждения генераторов. Это определяет необходимость иметь на
синхронных машинах быстродействующие регуляторы возбуждения.
Необходимо отметить, что в результате действия регуляторов воз-
буждения повышается надежность срабатывания релейной защиты
за счет увеличения токов короткого замыкания.
Для повышения надежности электроснабжения недостаточно
одного быстрого отключения поврежденного элемента, необходимо
также быстро включить этот элемент повторно в работу или заме-
нить его резервным. Без этого нормальная работа потребителей не
может быть восстановлена. Таким образом, быстродействием долж-
ны обладать также устройства АПВ и АВР.
Понятие «надежность в технике» определяется ГОСТ 13377—67.
Применительно к релейной защите и автоматике под надежностью
понимают свойство этих устройств выполнять заданные функции,
сохраняя свои Эксплуатационные показатели в заданных пределах
в течение требуемого промежутка времени.
Для обеспечения надежности релейная защита и автоматика
должны выполняться при помощи высококачественных и надежно
работающих реле и других элементов. Их монтаж должен быть на-
дежным, т. е. таким, при котором исключаются обрыв проводов,
замыкание между ними, ложное срабатывание реле от механиче-
ских сотрясений и др. Существенное значение для надежности име-
ет правильная эксплуатация защиты и автоматики. Состояние всех
устройств защиты и автоматики должно периодически проверять-
ся. Так как каждый элемент устройства может оказаться неис-
правным, то надежность защиты и автоматики тем выше, чем мень-
шее число элементов они содержат. Особенно важно уменьшение
числа наименее надежных элементов, которыми являются контак-
ты реле. Поэтому для повышения надежности устройства следует
стремиться к его упрощению. Существенное повышение надежности
устройств релейной защиты и автоматики может быть достигнуто
применением бесконтактных элементов.
§ 2.2. Основные принципы действия
релейной защиты
Токовые защиты. Защиты, для которых воздействующей вели-
чиной является ток, проходяший в месте их включения, получили
название токовых. Первыми токовыми защитами, и вообще первы-
ми защитами, были плавкие предохранители.
18
В настоящее время наряду с плавкими предохранителями ши-
роко используют аппараты, получившие название реле. Они позво-
ляют выполнять более совершенные защиты. Реле тока являются
основными реле токовой защиты. Они приходят в действие при от-
клонении величины тока в защищаемом элементе от заданного
значения. Реле, действующее при возрастании величины тока, на-
зывается максимальным реле тока, а реле, реагирующее на сниже-
ние этой величины, — минимальным реле тока. Токовые защиты
выполняют с включением реле на полные фазные токи, а также
на симметричные составляющие этих токов.
В зависимости от способа обеспечения селективности токовые
защиты делятся на максимальные токовые и токовые отсечки.
В первом случае селективность защиты достигается выбором вы-
держки времени, тем большей, чем ближе к источнику питания
расположена защита, во втором — соответствующим выбором тока,
при котором защита срабатывает.
Рассмотрим действие токовой защиты в радиальной сети с од-
носторонним питанием (см. рис. 2.1). Комплекты защит 1, 2, 3 ус-
тановлены в начале каждой линии со стороны источника питания.
Каждая из защит действует на отключение соответствующей линии
при повреждении на ней или на шинах противоположной подстан-
ции. В нормальном режиме работы сети ни одна из защит не долж-
на срабатывать. Для этого ток срабатывания защиты /с.з прини-
мается большим, чем ток, проходящий по защищаемому участку в
нормальном режиме. Под током срабатывания защиты понимают
минимальный первичный ток защищаемого элемента, при котором
защита срабатывает; ток же, проходящий при этом по обмотке ре-
ле, называют током срабатывания реле 1Сф.
При возникновении короткого замыкания, например в точке К,
по участкам сети между источником питания и местом поврежде-
ния проходит ток повреждения. Этот ток протекает в защитах 1, 2,
3, которые могут прийти в действие. Однако, по условию селектив-
ности, сработать на отключение должна только защита 3. Такое
отключение может быть обеспечено как максимальной токовой за-
щитой, так и токовой отсечкой.
Для рассматриваемой сети, защищенной максимальной токовой
защитой, это достигается благодаря тому, что защита 3, ближе
расположенная к точке короткого замыкания, имеет меньшую вы-
держку времени. После отключения поврежденной линии прохож-
дение тока короткого замыкания по неповрежденным линиям пре-
кращается, и их защиты 1 и 2, имеющие выдержки времени боль-
шие, чем защита 3, не успевают срабатывать на отключение.
Максимальные токовые защиты могут выполняться с выдержка-
ми времени, не зависящими от тока в защищаемом участке
(рис. 2.2, кривая 1). Такие защиты при повреждении в любой точке
защищаемого участка действуют с постоянной не зависимой от тока
выдержкой времени. В их схемах выдержка времени, как правило,
создается специальным реле времени (защита с независимой ха-
рактеристикой времени срабатывания}.
19
Наряду с этим максимальные токовые защиты могут выполнять-
ся с выдержками времени, зависящими от величины тока в защи-
щаемом участке. Время срабатывания токовой защиты не остается
постоянным с изменением тока в ней. По мере увеличения тока
время срабатывания уменьшается (рис. 2.2, кривая 2). Такой ха-
рактер изменения выдержек времени имеет максимальная токовая
защита, выполненная, например, индукционными реле тока или
плавкими предохранителями {защита с зависимой или с ограничен-
но зависимой характеристикой времени срабатывания).
По мере удаления точки короткого замыкания от источника пи-
тания ток повреждения в месте установки защиты уменьшается.
Выбирая ток срабатывания защиты большим, чем максимальный
ток, проходящий через нее при коротком замыкании в начале сле-
дующего, более удаленного
от источника питания участ-
ка, можно выполнить защи-
ту, действующую на отклю-
чение только при поврежде-
нии на защищаемой линии.
Так обеспечивается селек-
тивное действие токовой от-
сечки. Достоинством токовой
отсечки является то, что она
действует без выдержки вре-
мени, однако защищает при
этом только часть линии,
Рис. 2.2. Характеристики выдержек време- расположенную ближе к ис-
ии максимальных токовых защит ТОЧНИКу ПИТЯНИЯ.
Разновидность токовой
отсечки — токовая отсечка с выдержкой времени; в ней используют
оба способа обеспечения селективности.
Защиты напряжения. Для защиты напряжения воздействующей
величиной является напряжение цепи в месте включения защиты.
Основное реле защиты — реле напряжения, которое приходит в дей-
ствие при отклонении величины напряжения от заданного зна-
чения.
Защита, срабатывающая при уменьшении напряжения, называ-
ется минимальной защитой напряжения. Основным ее реле являет-
ся минимальное реле напряжения. Защита, предназначенная для
действия при превышении напряжением заданной величины, назы-
вается максимальной защитой напряжения-, для ее выполнения ис-
пользуют максимальное реле напряжения.
Защиту можно выполнить с включением реле на полные фаз-
ные и междуфазные напряжения, а также на симметричные состав-
ляющие этих напряжений. Селективное действие защиты напряже-
ния обеспечивается теми же способами, что и у токовых защит.
Токовые направленные защиты. Токовая направленная защита
действует в зависимости от величины тока и его фазы по отношению
к напряжению на шинах подстанции, где защита установлена. За-
20
щита срабатывает, если ток превысит заданную величину, а его
фаза будет соответствовать к. з. на защищаемом элементе. Такое
ее действие обеспечивается включением в схему защиты наряду с
реле тока реле мощности, реагирующего на направление мощно-
сти к. з.
Токовые направленные защиты, так же как и ненаправленные,
бывают с выдержкой времени и мгновенного действия и могут вы-
полняться реагирующими на полные напряжения и токи фаз или
на их симметричные составляющие.
Дистанционные защиты. При к. з. в связи с увеличением тока Г
в защищаемом элементе и уменьшением напряжения U отношение
U/I уменьшается по величине. Поэтому защиту от к. з. можно вы-
полнить с учетом изменения величины этого отношения. Такая за-
щита называется дистанционной. Основным ее органом является
реле сопротивления. Схему защиты выполняют так, что ее выдерж-
ка времени находится в зависимости от расстояния между местом
установки защиты и точкой к. з.; с увеличением этого расстояния
растет и выдержка времени.
Дифференциальные защиты. Дифференциальная защита осно-
вана на принципе сравнения токов или фаз токов по концам защи-
щаемого участка или в соответствующих ветвях параллельно сое-
диненных элементов электрической установки. Связь между срав-
ниваемыми токами осуществляется вспомогательными проводами.
Дифференциальный принцип позволяет выполнять защиту, как
правило, быстродействующей.
Высокочастотные защиты. Высокочастотная защита использует-
ся в качестве защиты магистральных линий электропередач. Как и
дифференциальная защита, она основана на принципе сравнения
между собой однородных электрических величин по концам защи-
щаемой линии. Связь между сравниваемыми величинами осущест-
вляется обычно с помощью токов высокой частоты. В качестве
линии связи используется сама защищаемая линия. Высокочастот-
ный принцип позволяет выполнить защиту быстродействующей.
§ 2.3. Автоматические и телемеханические
системы регулирования, контроля и управления
В задачу регулирования входит поддержание регулируемой ве-
личины на заданном уровне или изменение ее по заранее заданно-
му закону. Совокупность всех элементов, обеспечивающих это, на-
зывается автоматической системой регулирования.
Регулирование в принципе может осуществляться вручную, без
применения автоматики. Например, при необходимости поддержи-
вать напряжение на шинах генератора на заданном уровне дежур-
ный оператор должен осуществлять контроль за показаниями вольт-
метра, измеряющего напряжение на шинах, сравнивать показания
с заданным значением и, в случае их расхождения, воздействовать
на шунтовой реостат возбудителя. В данном примере генератор
является объектом регулирования, напряжение — регулируемой
21
величиной, вольтметр — измерительным органом (датчиком), шун-
товой реостат — исполнительным органом, а управление осущест-
вляется человеком. При автоматическом регулировании наряду с
а)
Рис. 2.3. Структурная схема
автоматической системы регу-
лирования:
О — объект; Д — датчик; У — уп-
равляющий орган; И — исполни-
тельный орган
Рис. 2.4. Структурные схемы ав-
томатических систем:
а — контроля; б — управления; В —
воспроизводящий орган
заменой человека управляющим органом появляется необходимость
изменить и другие элементы системы. Структурная же схема обыч-
но остается неизменной, такой как показано на рис. 2.3.
Рис. 2.5. Структурные схемы систем телемеханики:
а — телеконтроля; б — телеуправления; в — телерегулирования;
Пр. — приемник; Пер. — передатчик; Пр.-Пер. — приемопередатчик
Автоматическое регулирование напряжения (АРН) генераторов
позволяет поддерживать в заданных пределах лишь напряжение
вблизи шин генераторов. Широко применяются также системы АРН
трансформаторов (трансформаторы с РПН). Напряжение можно
регулировать путем автоматического изменения реактивной мощно-
сти, вырабатываемой компенсирующими устройствами: плавно —
синхронными компенсаторами и перевозбужденными синхронными
двигателями (изменением их возбуждения), а также ступенчато —
99
конденсаторными батареями (изменением числа включенных сек-
ций).
Автоматическая система регулирования (см. рис. 2.3) представ-
ляет собой замкнутую цепь, которая обеспечивает контроль и уп-
равление. Вместе с тем в автоматике широко применяются
разомкнутые системы, осуществляющие только контроль — автома-
тическая система контроля, (рис. 2.4, а) или только управление —
автоматическая система управления (рис. 2.4, б).
К автоматической системе управления наряду с устройствами
релейной защиты относятся АПВ и АВР, осуществляющие автома-
тическое отключение и включение выключателей.
Если расстояние между объектом контроля, управления или ре-
гулирования и пунктом управления велико, то применяют системы
телемеханики: телеконтроля (рис. 2.5, а), телеуправления (рис. 2.5,
б) и телерегулирования (рис. 2.5, в). Они отличаются от соответст-
вующих систем автоматики наличием каналов связи, приемников и
передатчиков.
§ 2.4. Элементы релейной защиты,
автоматики и телемеханики
Устройства релейной защиты, автоматики и телемеханики со-
стоят из отдельных элементов, связанных между собой общей схе-
мой. Задачей каждого такого элемента является преобразование
входных сигналов, полученных от предыдущего элемента, и переда-
ча их последующему элементу.
Зависимость Y=f(X) между выходной и входной величинами,
представляющими соответственно выходной и входной сигналы
элемента, называется проходной характеристикой.
Сигналы бывают непрерывные и дискретные. Определяющим
признаком непрерывных сигналов является бесконечное число зна-
чений и непрерывное изменение в некотором диапазоне. Это, на-
пример, значения тока, напряжения и угла между ними, значение
частоты.
Они воспринимаются измерительными органами, контролирую-
щими состояние того или иного параметра системы электроснабже-
ния, и преобразуются, как правило, в дискретные сигналы, которые
имеют ограниченное число значений — чаще всего два. Такой из-
мерительный орган является органом релейного действия, имеющим
релейную проходную характеристику.
В схему защиты могут входить несколько измерительных орга-
нов. В схемах защиты измерительными органами являются реле
тока, напряжения, мощности, сопротивления и др. [Л. 1] (это — ос-
новные реле).
Устройства релейной защиты, автоматики и телемеханики вы-
полняются так, что определенный сигнал на выходе появляется
лишь в том случае, если входные сигналы удовлетворяют некоторым
условиям, например при достижении током определенного значения.
Из этого следует, что в процессе преобразования входных сиг-
налов измерительный орган производит их сравнение. Различают
23
два основных принципа сравнения электрических величин: по абсо-
лютным значениям и по фазе.
Выходной дискретный сигнал устройства в целом формируется
его логической частью, которая преобразует дискретные входные
сигналы в дискретные выходные.
В большинстве случаев выходной сигнал элемента зависит от
его входного сигнала. При этом, если, например, элементы соеди-
няются друг с другом последовательно, то сигнал У в каком-либо
месте устройства зависит от всех предыдущих элементов (рис. 2.6).
Направление действия элементов указывается стрелкой.
Рис. 2.6. Структурная схема последова-
тельно соединенных элементов
В ряде устройств необходи-
мо, чтобы последующие эле-
менты оказывали влияние на
вход которой подается
от последующих эле-
а выход с сигналом
Рис. 2. 7. Структурная схема последова-
тельного соединения элементов с обрат-
ной связью
предыдущие. Это достигается с
помощью обратной связи (рис.
2.7), на
сигнал
ментов,
X' = $Y присоединяется к пре-
дыдущим. Величина 0 называ-
ется коэффициентом обратной
связи. В зависимости от его
знака образуется положитель-
ная или отрицательная обрат-
ная связь. При положительной
обратной связи сигнал на вхо-
де элемента 2 усиливается
(Х+Х’), а при отрицательной — уменьшается (X—X').
Измерительные органы и логическую часть устройства автома-
тики и релейной защиты можно выполнить с помощью электроме-
ханических реле, полупроводниковых элементов и магнитных сер-
Рнс. 2.8. Условное изображение логических операций
дечников с прямоугольной петлей намагничивания. Реле, входящие
в логическую часть схемы, называются вспомогательными.
Устройства обычно содержат несколько логических элементов.
Поэтому то или иное значение дискретного сигнала на выходе в
общем случае зависит от комбинации входных сигналов. Таких ос-
новных комбинаций три: это — логические операции ИЛИ, НЕ,
И. Условное изображение этих операций дано на рис. 2.8.
Операция ИЛИ представляет логическое сложение Y=Xi + X2 +
+Аз+ ... и показывает, что сигнал У на выходе появляется, если
есть сигнал хотя бы на одном из входов.
24
Операция И представляет логическое умножение У=Х1Х2Х3 и
показывает, что сигнал Y на выходе есть, если есть сигналы на всех
входах. _
Операция НЕ выражает логическое отрицание Y=X и показы-
вает, что сигнал У на выходе появляется только тогда, когда нет
сигнала X на входе.
Рис. 2.9. Выполнение логических операций контактами
реле:
а —ИЛИ-, б —И- в —НЕ
Если логическая часть схемы выполняется электромеханически-
ми реле, например промежуточными, то рассмотренные логические
операции могут быть выполнены пу-
тем соединения контактов реле, по-
казанного на рис. 2.9.
В качестве примера на рис. 2.10
показана бесконтактная схема логи-
ческого элемента ИЛИ на полупро-
водниковых диодах. Положитель-
ный сигнал У на выходе появляется
при возникновении положительного
сигнала хотя бы на одном входе.
Х,0—*
Рис. 2.10. Бесконтактная схема
логического элемента ИЛИ на
полупроводниковых диодах

§ 2.5. Способы включения реле и способы
их воздействия на выключатель
Наибольшее распространение имеют электромеханические реле,
которые могут выполняться на электромагнитном, индукционном,
электродинамическом, индукционнодинамическом и магнитоэлект-
рическом принципах. Характерной особенностью этих реле является
наличие подвижной системы и контактов. Если такое реле исполь-
зуется как измерительный орган, то его обмотка включается в за-
щищаемую цепь. В зависимости от способа включения обмотки ре-
ле делятся на первичные и вторичные.
Обмотка первичных реле включается непосредственно в защи-
щаемую Цепь, а обмотка вторичных — через измерительный транс-
форматор. В зависимости от способа воздействия на объект управ-
ления различают реле прямого и косвенного действия. В реле пря-
мого действия, используемом в устройстве защиты, подвижная
система механически связана с отключающим устройством выклю-
чателя, благодаря чему срабатывание реле сопровождается его от-
ключением.
25
Рис. 2.11. Принцип выполнения
защиты с первичным реле тока
прямого действия:
1 — защелка; 2 — рычаг защелки; 3 —
обмотка
Подвижная система реле косвенного действия в схеме релейной
защиты непосредственно не связана с отключающим механизмом
выключателя. Реле содержит контакты, с помощью которых управ-
ляет цепью отключения выключателя. При этом возникает необхо-
димость в источнике оперативного тока, служащего для питания
отключающего устройства выключателя. Используются источники
оперативного постоянного и оперативного переменного тока.
Принципиальная схема защиты с первичным реле тока прямо-
го действия приведена на рис. 2.11. Достоинствами этих реле явля-
ются отсутствие измерительных трансформаторов и источника опе-
ративного тока. Эти обстоятельства делают защиту сравнительно
простой и достаточно надежной. Однако применение этих реле в
установках высокого напряжения
наталкивается на трудности, свя-
занные со следующими недостат-
ками, присущими реле прямого
действия:
в условиях эксплуатации об-
мотка реле находится под полным
рабочим напряжением защищае-
мого элемента. Это обстоятельст-
во затрудняет или исключает во-
обще регулировку и проверку ре-
ле при включенном выключателе.
Проверка и регулировка реле
также затруднительны в связи с
тем, что оно механически связано
с отключающим устройством вы-
ключателя;
в связи с включением реле непосредственно в цепь защищаемого
элемента реле не могут быть стандартизованы и должны выпол-
няться в соответствии с первичными номинальными токами и на-
пряжениями. При этом первичные реле прямого действия оказыва-
ются слишком громоздкими, обладающими значительными по-
грешностями и большой потребляемой мощностью при сраба-
тывании;
с помощью первичных реле прямого действия могут быть вы-
полнены только наиболее простые защиты как, например, токовые.
В отечественной практике защита с первичными реле прямого
действия (расцепители автоматов) находит применение в установ-
ках напряжением менее 1000 В.
Вторичные реле прямого действия включаются в защищаемую
цепь через измерительные трансформаторы. Это дает возможность
расширить область использования этих реле и частично исключить
недостатки, присущие первичным реле прямого действия. Реле при
этом получаются более компактными, с лучшими, чем у первичного
реле, электромагнитными и механическими характеристиками.
Принципиальная схема включения вторичного реле тока прямого
действия показана на рис. 2.12.
26
С помощью таких реле могут быть выполнены токовые зашиты
в распределительных сетях напряжением до 35 кВ. Схемы этих за-
щит отличаются простотой и не требуют наличия источника опера-
тивного тока. Однако применению реле в ряде случаев препятст-
вуют их несовершенное конструктивное выполнение, большая
потребляемая мощность при срабатывании и значительные погреш-
ности.
Более совершенными являются вторичные реле косвенного дей-
ствия. Схема включения вто- Б35кВ
ричного реле тока косвенного
действия на оперативном по-
стоянном токе показана на рис.
2.13. При срабатывании реле 1
его контакт замыкает цепь опе-
ративного тока отключающего
электромагнита 2, сердечник
Рис. 2.12. Принцип выполне-
ния защиты с вторичным реле
тока прямого действия:
1— защелка; 2 — рычаг защелки;
3 — обмотка; 4 — трансформатор
тока
Рис. 2.13. Принципиальная схема
защиты с-вторичным реле тока
косвенного действия
которого с силой втягивается и производит отключение выключи-
теля. Для облегчения работы контактов реле цепь оперативного то-
ка электромагнита размыкается блокировочными контактами 3 при
отключении выключателя.
Вторичные реле косвенного действия получили в настоящее вре-
мя большое распространение и широко используются для выполне-
ния релейной защиты и автоматики благодаря следующим досто-
инствам:
реле изготовляются для подключения ко вторичным обмоткам
измерительных трансформаторов, поэтому их параметры не зависят
От параметров защищаемого элемента. При этом они могут выпол-
няться достаточно чувствительными с незначительными погрешно-
27
стями и относительно малым потреблением мощности при сраба-
тывании;
регулировка и настройка реле и защиты в целом может произ-
водиться без отключения защищаемого элемента;
реле могут быть установлены в любом удобном для работы и
эксплуатации устройства месте;
реле позволяют создать логиче-
скую часть схемы и выполнить ре-
лейную защиту и автоматику любой
сложности.
Вместе с тем и эти реле имеют
недостатки, присущие электромеха-
ническим системам: значительные
мощности, потребляемые от измери-
тельных трансформаторов; сравни-
тельно большие размеры; недоста-
точная надежность из-за наличия
подвижной системы и контактов.
Поэтому в настоящее время все
большее применение находят реле,
выполненные на основе полупровод-
никовых элементов.
§ 2.6. Использование
электромагнитного принципа
для выполнения репе
Для построения реле обычно ис-
пользуют следующие электромаг-
нитные системы: с втягивающимся
якорем (рис. 2.14, а); с поворотным
якорем (рис. 2.14, б); с поперечным
движением якоря (рис. 2.14, в).
Принцип действия этих реле ос-
нован на притяжении стального под-
вижного якоря 2 к электромагниту
1, по обмотке которого проходит ток
/р. Реле косвенного действия имеет
контактную систему, которая состо-
ит из неподвижной 3 и подвижной 4
частей. Подвижная часть связана с
Рис. 2.14. Электромагнитные якорем реле. При отсутствии тока в
системы реле обмотке 5 якорь реле удерживается
в исходном положении противодей
ствующей пружиной 6 с силой Fn; при этом контакт реле ра-
зомкнут.
При протекании по обмотке реле тока возникает магнитный по-
ток Ф, замыкающийся через магнитопровод электромагнита, воз-
душный зазор и якорь. При этом создается электромагнитная сила
28
Fa, стремящаяся притянуть якорь реле к электромагниту:
Л=0,5/^(^М), (2.1)
где GM — магнитная проводимость; I — длина магнитной силовой
линии; wp — число витков обмотки реле.
Выражение (2.1) является общим для всех конструкций элект-
ромагнитных реле.
У реле с поворотным якорем магнитное поле в воздушном зазо-
ре можно считать приблизительно равномерным. При этом магнит-
ная проводимость воздушного зазора б с площадью сечения S
Gs'=4nS/B.
С достаточной точностью можно принять, что
gm=g5.
Поскольку при движении якоря сокращается зазор, то
dl= — d§.
При этом
dQifdl= —rfGs/rfo = 4nS/B2.
Подставляя последнее выражение в (2.1), получим
F3 = 2aSwp/^=kI^. . (2.2)
Наряду с электромагнитной силой на подвижную систему реле
(якорь) действуют противодействующая сила пружины Fn и сила
трения Fi.
Для срабатывания реле необходимо, чтобы на всем пути пере-
мещения якоря от начального положения (зазор бн) в конечное
положение (зазор бк) сохранилось условие:
Л1>^п + ^т=Лг (2.3)
Минимальное значение тока /р, при котором это условие соблюда-
ется, называется током срабатывания реле 7с.р-
Реле может вернуться в начальное положение, если на всем пу-
ти от бк до бн сохраняется условие:
^92<^n-FT = Fc2-
На рис. 2.15 изображены совмещенно механические характери-
стики реле с поворотным якорем с учетом силы трения при сраба-
тывании (Fci) и при возврате (FC2) и соответственно электромаг-
нитные характеристики (Fal и Fa2), построенные для тока срабаты-
вания /с.р и тока возврата 1в.р, представляющего собой
максимальное значение тока в обмотке реле, при котором оно пе-
реходит в первоначальное состояние.
Отношение тока возврата к току срабатывания характеризуется
коэффициентом возврата
*в=Л.р/Л.р'- (2-4)
29
Исходя из требований чувствительности, у измерительных орга-
нов защит желательно иметь £в~ 1.
Электромагнитные характеристики (см. рис. 2.15) построены в
предположении, что ток /р при перемещении якоря и уменьшении
зазора д, несмотря на возрастание индуктивного сопротивления об-
мотки реле, остается неизменным. Это справедливо для реле тока,
у которых ток не зависит от параметров электромагнита и опреде-
ляется внешними условиями. У этих реле обеспечивается нараста-
ние электромагнитной силы при срабатывании.
Если же обмотку реле включить на напряжение сети, то вместе
с изменением индуктивного сопротивления обмотки будет меняться
Рис. 2.15. Характеристики
и ток /р, а сила Еэ останется неизмен-
ной, так как изменение зазора б ком-
пенсируется соответствующим измене-
нием тока. Коэффициент возврата та-
кого реле будет низким. Это не имеет
значения для вспомогательных реле
защиты (реле времени, промежуточное
реле). У реле с обмоткой напряжения,
которые используются и как измери-
тельные органы, высокий коэффициент
возврата достигается путем выполне-
ния обмоток с преобладанием активно-
электромагнитног-о реле го сопротивления или путем включения
последовательно с обмоткой реле от-
носительно большого добавочного активного сопротивления, тем
самым ограничивая влияние изменяющегося при срабатывании ре-
ле индуктивного сопротивления обмотки на величину тока в ней.
При этом ток в обмотке реле при срабатывании, как и у реле
тока, практически не меняется, а электромагнитная сила F3 воз-
растает.
В качестве измерительного органа применяются максимальное
и минимальное реле напряжения.
Максимальное реле напряжения действует при повышении на-
пряжения. Минимальное напряжение, при котором происходит сра-
батывание, называется напряжением срабатывания Uc.p. Макси-
мальное напряжение, при котором реле возвращается в исходное
положение, называется напряжением возврата UB.P. Для максималь-
ного реле напряжения UB.p<Uc.p и коэффициент возврата kB=
— U в.р/U с.р<С 1.
Минимальное реле напряжения действует при понижении на-
пряжения до величины Uc.p. Срабатывание реле будет сопровож-
даться возвратом сердечника в начальное положение. Напряжение
возврата, при котором якорь реле притягивается, UB.P>UC.P. По-
этому для минимального реле напряжения коэффициент возврата
*в>1-
В рассмотренных реле с поворотным якорем в связи с различ-
ным характером изменения электромагнитной и механической ха-
рактеристик на подвижную систему реле в сработанном состоянии
30
действует избыточная сила F^. Значение kB тем ниже, чем больше
избыточная сила /-'изб- С другой стороны, с ростом избыточной силы
повышается надежность работы замыкающих контактов реле. По-
этому величина избыточной силы должна быть достаточной для
надежной работы контактов, но не слишком большой, чтобы не
уменьшить значительно коэффициент возврата. Эти условия удов-
летворяются при использовании П-образной магнитной системы с
поперечным движением якоря (см. рис. 2.14, в). На ее основе оте-
чественной промышленностью выпускаются реле тока и реле на-
пряжения.
Известно, что протекание по обмотке реле тока несинусоидаль-
ных токов, возникающих,
например, вследствие на-
сыщения трансформато-
ров тока при к. з., приво-
дит к усиленной вибрации
подвижной системы реле,
что влечет за собой отказ
в срабатывании устройств
релейной защиты и авто-
матики.
Имеется несколько спо-
собов снижения вибрации.
Одним из них является
применение для реле тока
Рис. 2.16. Зависимость мгновенных значений
магнитного потока, электромагнитной и про-
тиводействующей сил от времени
магнитопровода с насы-
щающимися участками
стали [Л. 2]. Участки эти
делаются суженными (на
рис. 2.14, в показаны штрихами).
Из выражения (2.2) следует, что электромагнитный принцип
можно использовать для выполнения как реле постоянного, так и
переменного тока, так как мгновенное значение электромагнитной
силы F3t пропорционально квадрату тока и, следовательно, не за-
висит от его знака. При линейной зависимости между потоком Ф и
током /р значение F3t пропорционально квадрату мгновенного зна-
чения потока Фь т. е. F3t = k'(I)t2.
Для синусоидального тока
<I>/=«I>sin<j'Z! и (Ф sin w/)2.
С учетом того, что sin2 и/= 0,5(1—cos 2®/), получим
Дэ^ОД/г'Ф2 —0,5/г'Ф2 cos 2<о/. (2.5)
Таким образом, мгновенное значение электромагнитной силы
состоит из двух частей: постоянной 0,5£'Ф2 и переменной
0,5/г'Ф2 cos 2б>/. На рис. 2.16 показано изменение этих составляю-
щих во времени: в результате их сложения получена электромаг-
нитная сила Fat, изменяющаяся во времени с двойной частотой от
нуля до величины /г'Ф2. При этом в некоторые моменты времени
31
она становится меньше противодействующей силы Fc, что вызыва-
ет вибрацию якоря.
Для устранения вибрации якоря необходимо, чтобы результи-
рующая электромагнитная сила Fat при изменении тока во времени
Рис. 2.17. Зависимость мгновенных значений маг-
нитных потоков, электромагнитной н противодей-
ствующей сил от времени для реле с двумя элект-
ромагнитными силами, смещенными по фазе
оставалась все время больше противодействующей силы Fc. Этого
можно добиться, например, при наличии двух электромагнитных
сил Fiat и F2at, смещенных относительно друг друга по фазе
Рис. 2.18. Электромагнитное реле с притягиваю-
щимся якорем, снабженное короткозамкнутым
витком:
а — конструкция реле; б — векторная диаграмма магнит-
ных потоков
(рис. 2.17). Результирующая электромагнитная сила F3t, равная их
сумме, изменяется во времени незначительно, оставаясь все время
больше противодействующей силы Fc.
Для получения двух электромагнитных сил необходимо иметь
два магнитных потока Ф1 и Ф2, смещенных во времени (см.
рис. 2.17). Обычно это достигается разделением потока в воздуш-
32
ном зазоре на два потока с помощью короткозамкнутого витка
(рис. 2.18, а). При этом магнитный поток Ф1 отстает от потока Ф2
на угол (рис. 2.18, б).
§ 2.7. Способы получения замедленного
действия электромагнитных реле
Под временем срабатывания реле tc.p понимают время от момен-
та подачи требуемого сигнала на вход реле до момента появления
сигнала на его выходе. У электромагнитных реле это время склады-
вается из двух составляющих:
А:.р=^н + ^> (2.6)
где /н — время от момента подачи импульса на реле до момента
начала движения якоря; ta — время от начала движения якоря до
момента срабатывания реле. Время зависит от скорости нараста-
ния тока в обмотке реле, а время ta — от величины хода якоря и
скорости его перемещения. У обычных электромагнитных реле без
специальных дополнительных устройств время срабатывания со-
ставляет сотые доли секунды (0,02ч-0,-1 с).
Для выполнения схем защиты и автоматики требуются также
реле, замыкающие или размыкающие свои контакты с некоторым
замедлением. У промежуточных реле это замедление обычно полу-
чают за счет увеличения времени tH, а у реле времени — за счет
увеличения времени
Обмотки реле обладают активным сопротивлением R и индук-
тивностью L. Для такой цепи при подведении постоянного напря-
жения в переходном процессе справедливо уравнение
U = Rip + L(dip/dt), (2.7)
решением которого является выражение, определяющее изменение
тока в обмотке реле:
Zp=Zp(l —е-'/т'), (2.8)
где t — время изменения тока; T—LfR— постоянная времени элек-
тромагнита; IP=U/R — установившееся значение тока в обмотке
реле.
Спустя время tB с момента подачи напряжения ток в обмотке
реле станет равным току срабатывания /с.р- Это время определяет-
ся из выражения (2.8):
/н=Пп[/р/(/р-/с.р)1. ,(2.9)
Из выражения (2.9) следует, что для увеличения времени /н, а
следовательно, и времени срабатывания реле, необходимо замед-
лить нарастание магнитного потока при включении. Этого можно
достичь включением последовательно с катушкой реле дросселя с
большой индуктивностью. Такая схема позволяет получить реле с
выдержкой времени при срабатывании до 2 с. Замедления можно
также достичь шунтированием обмотки реле емкостью. В этом слу-
2—2008 ’ 33
чае в первый момент включения реле ток замыкается через емкость
и только по мере ее зарядки начинает проникать в обмотку реле.
Следует отметить,' что реле с обмоткой, зашунтированной конден-
сатором, будет иметь также замедленное действие при возврате в
связи с наличием контура, в котором после снятия напряжения бу-
дет еще некоторое время протекать электрический ток благодаря
разряду конденсатора.
Замедление нарастания магнитного потока в реле может быть
достигнуто с помощью медной втулки, располагаемой концентри-
чески с основной обмоткой на общем сердечнике. Благодаря приме-
нению медной втулки удается получить выдержку времени при сра-
батывании реле порядка 0,1-4-0,5 с. Получение больших выдержек
связано с трудностями, обусловленными сравнительно малой индук-
тивностью цепи обмотки реле. Применение медной втулки для за-
медления возврата реле является более эффективным в связи с тем,
что затухание магнитного потока происходит при малом воздуш-
ном зазоре, т. е. при большой индуктивности цепи обмотки реле.
При этом удается получить выдержку времени возврата реле до
нескольких секунд.
Реле с медной втулкой получили название реле с магнитным
демпфированием. Они используются в цепях постоянного тока, а
прй” включении их через выпрямители могут быть применены и в
схемах переменного тока. При этом в случае двухполупериодного
выпрямления время срабатывания или возврата получается при-
мерно таким же, как и при включении в сеть постоянного тока.
В релейной защите широко применяются реле времени, у кото-
рых выдержка времени при срабатывании создается искусственным
увеличением составляющей /д. Это так называемые реле с механи-
ческим демпфированием, которые можно разделить на две группы:
реле с замедленным движением якоря и реле с часовым механиз-
мом. Для создания этих реле можно использовать электромагнит-
ные системы как с обмоткой напряжения, так и с обмоткой тока.
Реле с замедленным движением якоря обычно имеют зависимую
характеристику выдержки времени, так как скорость движения
якоря будет определяться электромагнитной силой, пропорциональ-
ной квадрату тока или магнитного потока. Для получения замед-
ленного движения якоря в конструкциях реле применяют, как пра-
вило, жидкостные или воздушные демпферы и используют тормо-
жение вихревыми токами.
С помощью часового механизма выполняют реле как с незави-
симой, так и с ограниченно зависимой характеристикой выдержки
времени. Принцип действия часового механизма можно уяснить из
рис. 2.19. Ведущая шестерня 8 имеет гибкую связь с якорем элект-
ромагнита реле через поводок и пружину часового механизма (на
рис. 2.19 не показаны). С ведущей шестерней жестко связана по-
движная часть контакта. При срабатывании реле пружина часового
механизма закручивается и начинает вращать ведущую шестерню.
Скорость вращения ведущей шестерни и перемещения подвижной
части контакта ограничиваются анкерным механизмом. Механизм
34
работает следующим образом. При рабочем ходе ведущая шестер-
ня вращается в направлении, указанном стрелкой. Ее вращение
передается трибке 1, с которой жестко связана храповая шестер-
ня 2. Зубья храповой шестерни зацепляют за выступ храповой
пружины 3, укрепленной на анкерной шестерне 4, приводя ее во
вращение. При этом зуб анкерной шестерни ударяет в палец 5а
анкерной скобы 6, благодаря чему анкерная скоба поворачивается
вокруг своей оси, выводя палец 5а из зубьев анкерной шестерни.
Во время поворота анкерной скобы шестерня 4 и связанный с цей
механизм с ведущей шестерней свободно поворачиваются до тех
пор, пока палец 56 не упрется в соответствующий зуб шестерни 4.
При этом анкерная скоба снова получит удар и повернется в обрат-
Рис. 2.19. Конструкция часового механизма реле
времени
ную сторону, разрешая дальнейшее свободное вращение шестер-
не 4 и всему механизму.
Скорость движения анкерной скобы можно регулировать изме-
нением положения грузиков 7. Это, в свою очередь, приведет к не-
которому незначительному изменению времени срабатывания реле
в связи с изменением скорости вращения ведущей шестерни. Вы-
держка времени реле в широких пределах'регулируется изменением
расстояния между подвижной и неподвижной частями контакта.
В этой конструкции контактная система связана не с якорем, а с
часовым механизмом. Реле имеет независимую выдержку времени
благодаря гибкой связи между часовым механизмом и якорем ре-
ле. Конструкция реле времени с ограниченно зависимой характери-
стикой выполнена так, что при определенных значениях электромаг-
нитной силы эта связь становится жесткой.
§ 2.8. Электромагнитные вторичные реле
тока и напряжения прямого действия
Максимальное реле тока с ограниченно зависимой характери-
стикой типа РТВ, разработанное заводом «Электроаппарат», пока-
зано на рис. 2.20, а. Реле основано на электромагнитном принципе
2* 35
с использованием системы с втягивающимся якорем. Выдержка
времени создается с помощью часового механизма 1 и регулирует-
ся в независимой части в пределах до 4 с рычагом 2, который при
помощи пластины 3 связан с установочным винтом 4. Выдержка
времени в зависимой части характеристики (рис. 2.20, б) определя-
ется уставкой реле в независимой части. Для регулирования тока
Рис. 2.20. Вторичное реле тока прямого действия
типа РТВ
36
срабатывания токовая обмотка 11 имеет ответвления, выведенные
на переключатель 6.
Подвижная система реле состоит из сердечника 12 и ударни-
ка 10. Ударник жестко связан с часовым механизмом тягой 5.
Связь сердечника с ударником, а следовательно, и с часовым ме-
ханизмом осуществляется пружиной 7, которая одним концом сое-
динена с сердечником, а другим упирается в стопорное кольцо 8
ударника. В зависимости от величины тока в обмотке реле эта
связь может быть жесткой или гибкой.
При протекании по обмотке реле тока, равного или превышаю-
щего ток срабатывания, сердечник 12 будет стремиться притянуть-
ся к неподвижному полюсу 9, увлекая за собой ударник.
При токах, меньших трехкратного тока срабатывания, электро-
магнитная сила, действующая на сердечник, оказывается меньше
противодействующей силы пружины; по этой причине пружина не
сжимается и действует как жесткая связь. При этом скорость пе-
ремещения сердечника и ударника будет одинаковой: она опреде-
ляется величиной электромагнитной силы и регулировкой часового
механизма. Поэтому с увеличением тока выдержка времени реле
уменьшается, образуя зависимую часть характеристики. _
При токах, больших трехкратного тока срабатывания, величина
электромагнитной силы оказывается достаточной для преодоления
противодействующей силы пружины. Сердечник мгновенно притя-
гивается к неподвижному полюсу и сжимает пружину. При этом
скорость движения ударника вверх не зависит от электромагнитной
силы. Для любого тока, большего трехкратного тока срабатывания,
скорость остается постоянной. Она определяется только регулиров-
кой часового механизма. В этом случае реле работает в независи-
мой части-характеристики.
В целом реле РТВ имеет ограниченно зависимую характеристи-
ку выдержки времени. Ток срабатывания реле регулируется изме-
нением числа витков с помощью поворотного переключателя. Об-
мотки реле выполняются в трех вариантах, обеспечивающих регу-
лирование-тока срабатывания в пределах 5—10, 11—20 и 20—35 А.
Часто эти пределы бывают недостаточны и их расширяют путем
пересоединения ответвлений. Новые токи срабатывания для отпаек,
отличных от заводских, определяют исходя из предположения по-
стоянства ампер-витков срабатывания [Л. 3], т. е.
^с.р® ^с.р.мии®^!’
НЛИ
Л.Р=4.;.мпн(®2/®'), (2.10)
где /с.рмин — минимальный ток срабатывания (5, И или 20 А);
w^/w — отношение полного числа витков обмотки реле к числу вит-
ков соответствующей отпайки.
По заводским данным реле РТВ имеет погрешность в выдержке
времени ±0,3 с при работе в независимой части характеристики.
Эта погрешность возрастает в два-три раза при работе реле в за-
37
висимой части характеристики, и при токе срабатывания достигает
нескольких секунд.
Реле РТВ имеет сравнительно низкий коэффициент возврата, из-
меняющийся в зависимости от положения сердечника от 0,4 до 0,8.
В расчетах рекомендуется принимать йв = 0,65.
Максимальное реле тока мгновенного действия типа РТМ кон-
структивно отличается от реле РТВ тем, что не имеет часового ме-
ханизма. Реле изготовляется на различные пределы регулирования
тока срабатывания. Например, реле, встроенное в привод ПРБА,
позволяет установить ток срабатывания 54-15 А.
Следует отметить, что как реле РТВ, так и реле РТМ характе-
ризуются большой потребляемой мощностью при срабатывании,
порядка 504-100 В А, что является одним из существенных их недо-
статков. Реле имеют сложную систему регулирования тока сраба-
тывания. Переключатель витков сложен по своей конструкции и
мало надежен в эксплуатации. В связи с этим созданы реле РТМ
с обмотками без ответвлений [Л. 4]. При этом регулировка тока
срабатывания достигается путем аксиального перемещения сердеч-
ника специальным винтом. Благодаря плавному перемещению сер-
дечника достигается и плавная регулировка тока срабатывания от
5 до 15 А. Предел регулировки токов срабатывания можно расши-
рить до 120 А путем замены катушки реле. Однако с увеличением
тока срабатывания мощность, потребляемая реле при срабатыва-
нии, значительно возрастает и при максимальных уставках может
превышать 700 ВА.
Более совершенна конструкция реле РТМ Рижского опытного
завода Латвэнерго, в котором используются оба способа регулиро-
вания уставки тока срабатывания [Л. 4]. За счет этого, несмотря на
расширение предела регулирования тока срабатывания до 260 А,
максимальная величина потребляемой мощности не превышает
600 ВА. Тем не менее и данная конструкция не может считаться
удовлетворительной, так как большинство трансформаторов тока
не обеспечивают такой большой мощности.
Таким образом, конструкция реле РТВ и РТМ нуждается в улуч-
шении. Желательным является снижение погрешностей реле, умень-
шение их потребления и расширение шкалы тока и времени.
Рассмотренные реле могут применяться в установках напряже-
нием до 35 кВ.
Минимальное реле напряжения мгновенного действия типа РИМ
показано на рис. 2.21. Во включенном состоянии обмотка реле 3 в
нормальном режиме находится под нормальным рабочим напряже-
нием, вследствие чего сердечник 4 притянут к стопу 2 и удержи-
вается в этом положении; пружина 8 стремится оттянуть его вниз.
Отключающая пружина 7, связанная с ударником 1, находится в
сжатом состоянии и удерживается системой рычагов 6. В таком
положении (см. рис. 2.21) реле подготовлено к работе.
При снижении напряжения на обмотке до величины, равной или
меньшей напряжения срабатывания, реле приходит в действие. При
этом сердечник 4, падая вниз, ударяет по одному из плеч рычага 5.
38
Второе плечо этого рычага ударяет в свою очередь по системе ры-
чагов 6, которые освобождают отключающую пружину 7. Под дей-
ствием этой пружины ударник 1 движется вверх, ударяет по планке
отключающего валика и отключает выключатель. Реле остается в
Рис. 2.21. Реле напряжения пря-
мого действия типа РИМ
Рис. 2.22. Реле напряжения прямого действия
типа РНВ
незаведенном положении. Для подготовки его к повторному дейст-
вию необходимо завести пружину 7 и вернуть в исходное положе-
ние ударник 1 и систему рычагов 6. Обычно возврат реле осуществ-
ляется автоматически при включении привода выключателя. У реле
РИМ напряжения срабатывания и возврата не регулируются и ле-
жат в пределах (7С.Р = (0,35—0,65) UB и (7В.Р= (0,65—0,85) UH, где
UB — номинальное напряжение. Потребляемая мощность реле около
30 ВА. В зависимости от номинального напряжения реле может
включаться в сеть непосредственно или через трансформатор на-
пряжения.
39
Минимальное реле напряжения типа PH В в отличие от мгно-
венно действующего реле типа РНМ имеет часовой механизм 8
(рис. 2.22), связанный с сердечником 4 тягой 6. В нормальном ре-
жиме, когда к катушке 3 подводится номинальное напряжение, реле
находится в заведенном положении (см. рис. 2.22). При этом, сер-
дечник 4 притянут к стопу 2, часовой механизм 8 не заведен, от-
ключающая пружина 9, связанная с ударником 1, сжата и удер-
живается в этом положении системой рычагов 7. При снижении на-
пряжения до величины, равной или меньшей 0,65 UH, сердечник 4
под действием собственного веса опускается. В конце движения он
ударяет по плечу рычага 5, при этом рычаги 7 освобождают пру-
жину 9, под действием которой ударник движется вверх и отклю-
чает выключатель. В отличие от реле РНМ в реле РНВ сердечник
при срабатывании перемещается вниз с некоторой выдержкой вре-
мени. Его быстрому падению препятствует часовой механизм.
Выдержка времени регулируется, как и у реле типа РТВ, от 0
до 4 с. Она позволяет отстраивать защиту от кратковременных сни-
жений напряжения. Вместе с тем необходимо отметить, что реле
имеет устойчивую выдержку времени лишь при напряжении ниже
35% от номинального. Недостатками реле являются также отсут-
ствие регулировки напряжения срабатывания и сравнительно боль-
шая потребляемая мощность — около 30 ВА.
§ 2.9. Электромагнитные вторичные реле
тока и напряжения косвенного действия
Реле тока типа РТ-40 используют П-образную магнитную систе-
му с поперечным движением якоря (рис. 2.23).
На полюсах магнитопровода 7 расположены обмотки реле 9, ко-
торые можно соединить между собой последовательно или парал-
лельно. Подвижная система реле состоит из Г-образного стального
якоря 6, подвижного контакта 2 и механического гасителя вибра-
ции якоря 1. Положение якоря фиксируется упорами 8 (на рисунке
виден только левый упор). В качестве противодействующего уст-
ройства служит спиральная пружина 5, которая одним своим кон-
цом связана с осью подвижной системы, а вторым — с указателем
уставки 4. Изменяя положение указателя уставки, можно плавно
регулировать величину натяжения пружины и одновременно с этим
менять величину противодействующей силы.
При протекании тока по обмотке реле электромагнитная сила Fa
будет стремиться притянуть якорь к полюсам электромагнита. Это-
му препятствует противодействующая сила Fc, обусловленная си-
лой пружины Fn и силой трения FT. При токе, равном или большем
тока срабатывания, сила F3 превысит силу Fc, якорь реле 6 повер-
нется н повернется также связанный с ним подвижный контакт 2,
замкнув неподвижный контакт.
Подвижная система реле возвращается в начальное положение
при снижении тока до величины тока возврата. Установленный за-
водом коэффициент возврата £в = 0,8.-
40
Плавная регулировка тока срабатывания осуществляется изме-
нением натяжения пружины указателем уставки 4. При перемеще-
нии указателя уставки из начального положения, отмеченного на
шкале 3, в конечное ток срабатывания увеличивается в два раза.
Шкала отградуирована в амперах для схемы последовательного
соединения обмотки реле. Переключением обмотки реле с последо-
вательного соединения на параллельное достигается расширение
шкалы тока срабатывания в два раза.
Реле напряжения типа
РН-50 по конструкции мало
отличается от реле РТ-40.
Обмотки реле напряжения
включаются в схему через
двухполупериодный выпря-
мительный мост, в, цепь ко-
торого вводится один или
два добавочных резистора.
Выпрямленный ток имеет
пульсирующий характер.
Однако индуктивность об-
мотки реле резко уменьшает
эту пульсацию. Тем самым
сглаживается пульсация
электромагнитной силы, и
вибрация якоря практически
отсутствует. Поэтому, в от-
личие от реле тока, реле на-
пряжения не имеет механи-
ческого гасителя вибрации
якоря.
Шкала реле проградуиро-
Рис. 2.23. Электромагнитное вторичное
токовое реле косвеииого действия типа
РТ-40
вана при включении на вход
измерительного моста только одного резистора. Чтобы получить
шкалу уставок, вдвое большую, необходимо включить оба резис-
тора.
§2.10. Реле времени
Реле времени с часовым механизмом для схем защиты и авто-
матики на постоянном оперативном токе выполняется на электро-
магнитном принципе с втягивающимся якорем. На рис. 2.24, а
изображено одно из таких реле типа ЭВ-122 в отключенном состоя-
нии [Л. 5]. При этом ведущая пружина 1 растянута. Она стремится
привести во вращение сектор 6, однако этому препятствует палец 8,
упирающийся в верхнюю часть якоря 13.
При подаче напряжения на обмотку реле 14, достаточного для
срабатывания реле, якорь 13, преодолевая противодействие пру-
жины 12, втягивается; этим самым убирается препятствие на пути
движения пальца 8 и жестко связанного с ним сектора 6, который
под действием ведущей пружины 1 начинает вращаться. Это вра-
41
щение через шестерню 5 передается на валик с укрепленной на нем
подвижной частью контакта 4. Валик, начиная вращаться, сцеп-
ляется с ведущей шестерней 17 посредством- фрикционного сцепле-
ния 18, устройство и работа которого показаны на рис. 2.24, бив
(18А— звездочка; 18Б — шарик; 18В — пружинка; 18Г — обойма).
Ведущая шестерня 17 через трибку 16 и промежуточные шестер-
ни /5 и 7 связана с часовым механизмом, устройство которого ана-
логично механизму, изображенному на рис. 2.19, за исключением
храпового устройства, роль которого в данном реле выполняет
фрикционное сцепление 18.
Рис. 2.24. Кинематическая схема реле времени типа ЭВ-122
Время срабатывания реле (выдержка времени) зависит от
расстояния между начальными положениями подвижного 4 и не-
подвижного 3 контактов. Это расстояние изменяется путем пере-
мещения неподвижного контакта по шкале 2, на которой указаны
выдержки времени реле в секундах. Выпускаются реле с минималь-
ной выдержкой времени 0,1 с и реле с максимальной выдержкой
времени 20 с.
Реле времени имеет также переключающие контакты (непод-
вижные 10 а 11 11 подвижный 9). При снятии напряжения с реле
возвратная пружина 12 благодаря проскальзыванию фрикционного
устройства мгновенно возвращает якорь, часовой механизм и кон-
такты 4 и 9 в исходное положение.
Выпускаются реле времени на напряжение 24, 48, НО и 220 В.
Они четко срабатывают при напряжении, равном 70% от номиналь-
42
ного и выше. Мощность, потребляемая обмоткой реле при номи-
нальном напряжении, составляет примерно 30 Вт.
Реле времени для схем защиты и автоматики на переменном
оперативном токе. В настоящее время для этих схем используют три
разновидности реле времени:
1) с часовым механизмом и соленоидным заводом рабочей пру-
жины в момент пуска реле;
2) с часовым механизмом и соленоидным заводом рабочей пру-
жины в нормальном режиме до срабатывания;
3) с синхронным микродвигателем.
1. Реле времени с часовым механизмом и соле-
ноидным заводом рабочей пружины в момент пус-
ка р е л е по принципу действия и конструктивному исполнению не
отличаются от рассмотренных реле времени постоянного тока. От
последних они несколько отличаются обмоточными данными, элек-
трическими характеристиками и конструкцией якоря. Основные не-
достатки реле: значительная величина мощности, потребляемой при
срабатывании (60 ВА и более); возможность отказа в действии при
аварии в сети, поскольку в момент к. з. напряжение питания может
снизиться до величины, меньшей напряжения срабатывания. Эти
недостатки ограничивают область применения реле.
2. Реле времени с часовым механизмом и соле-
ноидным заводом рабочей пружины в нормаль-
ном режиме до срабатывания отличаются тем, что в этом
режиме в схеме защиты и автоматики их обмотки находятся под
напряжением, а якорь реле — в притянутом состоянии. При сниже-
нии или исчезновении напряжения якорь реле отпадает, при этом
запускается заторможенный часовой механизм и через заданный
промежуток времени реле срабатывает.
Отечественной промышленностью выпускаются однофазные ре-
ле времени типов ЭВ-215; ЭВ-245 и трехфазные реле времени типов
ЭВ-215К; ЭВ-245К с выпрямительным устройством. Однофазные
реле выполняются на номинальное напряжение 100, 127 и 220 В, а
трехфазные — на 100 и 220 В.
Обычно данные реле времени применяются лишь в защитах про-
стых радиальных сетей. В сетях сложной конфигурации возможны
случаи ложной работы защиты вследствие запуска реле времени
на всех участках из-за значительного снижения напряжения.
3. Реле, времени с синхронным микродвигате-
лем (токовое реле времени типов РВМ-12 и РВМ-13) применяется
в цепях защиты на переменном оперативном токе и включается
непосредственно в цепи измерительных трансформаторов тока
[Л. 5].
Это реле (рис. 2.25) состоит из синхронного микродвигателя со
статорной обмоткой Д и втягивающимся ротором, двух насыщаю-
щихся трансформаторов 1Тр и 2Тр и контактной системы /С14-Лз.
Первичные обмотки насыщающихся трансформаторов включаются
во вторичные цепи трансформаторов тока двух фаз защищаемого
элемента. Реле приходит в действие при замыкании цепи статорной
43
обмотки между выводами 11—9 или 11—13. Для правильной рабо-
ты реле схема защиты должна выполняться так, чтобы при сраба-
тывании защиты во всех случаях осуществлялось замыкание только
одной цепи (11—9 или 11—13).
Для уменьшения количества гармонических составляющих в на-
пряжении и токе, подводимых к обмотке двигателя, и для сниже-
ния пиков напряжения, опасных для изоляции, параллельно вторич
ной обмотке каждого насыщающегося трансформатора присоеди
йены емкость С и резистор R
(последовательно с емкостью).
Реле имеет три контакта, из
них два временно замыкающих
(Ki и Кз) и один замыкающий
с выдержкой времени (Кз).
Максимальная выдержка вре-
Рис. 2.25. Монтажная схема реле Рис. 2.26. Конструкция реле времени ти-
времени типа РВМ па РВМ
мени составляет 4 с у реле РВМ-12 и 10 с у реле РВМ-13.
В зависимости от соединения секций первичной обмотки насы-
щающихся трансформаторов (последовательно или параллельно)
ток срабатывания реле равняется 2,5 или 5 А. Мощность, потреб-
ляемая реле при двойном токе срабатывания, не превышает 10 ВА.
Конструкция реле РВМ показана на рис. 2.26. При действии
защиты обмотка статора 1 подключается ко вторичной обмотке
одного из насыщающихся трансформаторов (на рис. 2.25 замыкают-
ся выводы 11—9 или И—13), ротор 2 втягивается в межполюсное
пространство статора и трибка 3 на оси ротора входит в зацепление
с замедляющим трехступенчатым редуктором, через который вра-
щение ротора передается рамке с контактными цилиндрами. Кон-
44
такты замыкаются с заданной выдержкой времени. При'исчезнове-
нии тока вращение ротора прекращается, он выходит из межполюс-
ного пространства, расцепляя трибку с редуктором.
§ 2.11. Промежуточные реле
Для выполнения промежуточных реле обычно используется
электромагнитная система с поворотным якорем. Промежуточные
реле выполняются с одной или несколькими обмотками, которые
могут включаться на полное напряжение источника оперативного
тока (обмотки напряжения) или последовательно с обмоткой како-
го-либо реле или аппарата (обмотки тока) [Л. 6].
Промежуточные реле стремятся выполнять с минимальным по-
треблением обмоток напряжения, с тем чтобы облегчить условия
работы контактов в их цепи, а также (что особенно важно для реле
переменного тока) снизить мощность источника оперативного тока.
Поэтому промежуточные реле с обмотками напряжения должны
надежно срабатывать при напряжениях, равных 70% от номиналь-
ного значения.
Потребляемая мощность токовой обмотки промежуточного реле
определяется из требования обеспечивать падение напряжения на
ней не более 5-4-10% от номинального напряжения источника опе-
ративного тока. Это необходимо для надежного действия реле или
аппарата, последовательно с обмоткой которого включена токовая
обмотка промежуточного реле. •
Промежуточные реле имеют низкий коэффициент возврата по-
рядка 0,14-0,4. Однако для них, как и для реле времени, это не име-
ет значения, поскольку по условиям работы в схемах защиты и
автоматики возврат этих реле происходит после снятия с них
питания.
К большей части промежуточных реле в схемах защиты и авто-
матики предъявляется требование быстродействия: их время сра-
батывания не должно превышать 0,014-0,03 с.
Промежуточные реле для схем защиты и автоматики на посто-
янном оперативном токе. На рис. 2.27 показана конструкция про-
межуточного реле типа РП-23. Под действием возвратной пружи-
ны 5 шток 4 с подвижными контактами 3 находится в крайнем
верхнем положении. При этом замыкающие контакты разомкнуты,
а размыкающий контакт 3 замкнут. Якорь 2, упирающийся в шток4,
оттянут вверх. При подведении к обмотке реле напряжения, доста-
точного для его срабатывания, якорь 2, притягиваясь к полюсу
электромагнита 1, воздействует на шток 4, перемещая его вниз и
переключая контакты. После снятия напряжения с обмотки реле
возврат подвижной системы в исходное положение происходит под
действием возвратной., пружины 5. Реле монтируется на цо-
коле 6.
Эти реле изготовляются на номинальные напряжения 12, 24, 48,
ПО и 220 В постоянного тока; они четко срабатывают при напря-
45
Рис. 2.27. Промежуточное реле типа РП-23
жении, равном 70% от номинального и выше. Время замыкания
контактов при номинальном напряжении не более 0,06 с, а потреб-
ляемая при этом катушкой реле мощность около 6 Вт. Реле дли-
тельно выдерживает 110% от номинального напряжения.
Промежуточные реле для схем защиты и автоматики на пере-
менном оперативном токе. В отличие от реле постоянного тока в
данном случае используется шихтованный магнитопровод, состоя-
щий из набора отдельных штампованных листов электротехниче-
ской стали толщиной 0,34-0,5 мм. Такая конструкция магнитопро-
вода необходима для уменьшения потерь на вихревые токи. Кроме
того, полюс магнитной системы снабжается экраном для получе-
ния тяговой электромагнит-
ной силы, незначительно из-
меняющейся во времени.
Одним из таких реле яв-
ляется реле типа РП-25, уст-
ройство и принцип действия
которого аналогичны реле
постоянного тока. Оно пред-
назначено для питания от
трансформатора напряже-
ния. Его недостатки: воз-
можность отказа в действии
при коротких замыканиях
и снижении напряжения;
значительная мощность, по-
требляемая при срабатыва-
нии.
В этом отношении более
совершенными являются то-
ковые промежуточные реле типов РП-321 и РП-341. На рис. 2.28, а
показана схема внутренних соединений реле РП-341. В схеме ис-
пользуется электромагнитное реле постоянного тока, обмотка 1 ко-
торого включается на выход двухполупериодного выпрямительного
моста 2. Благодаря использованию двухполупериодного выпрями-
теля снижается потребление реле и улучшается работа контактов.
Выпрямительный мост подключается ко вторичной обмотке насы-
щающегося трансформатора 3, первичная обмотка которого имеет
две секции, выведенные на зажимы 8—12 и 10—14. В зависимости
от схемы соединения этих секций реле имеет две уставки по току
срабатывания: 2,5 А — при последовательном соединении и 5 А —
при параллельном. Секции могут соединяться и на разность токов.
Насыщающийся трансформатор ограничивает ток и напряжение во
вторичной цепи, при этом облегчаются условия работы контактов
реле защиты, управляющих работой реле РП-341, и условия рабо-
ты диодов выпрямительного моста; кроме того, ограничивается по-
требление реле при больших краткостях тока. Параллельно выпря-
мительному мосту 2 ко вторичной обмотке насыщающегося транс-
форматора 3 подключается конденсатор 7, который предназначен
46
для сглаживания пиков перенапряжений, обусловленных наличием
высших гармоник в э. д. с. насыщающегося трансформатора. Кон-
денсатор снижает также потребление реле.
Реле РП-341 имеет два переключающих контакта: 6 — нор-
мального исполнения и 4—5 — усиленный переходный без разрыва
цепи в момент переключения. При срабатывании реле сначала за-
мыкается контакт 5, а затем размыкается контакт 4. Для повыше-
ния разрывной способности размыкающий контакт 4 помещается
внутри магнитопровода, представляющего собой рамку с воздуш-
ным зазором в боковой части. Магнитное поле, возникающее от
тока, проходящего по кон-
тактным пластинам, за-
мыкается через этот маг-
нитопровод. При размы-
кании контакта появляет-
ся дуга, которая за счет
взаимодействия магнитно-
го поля в рамке и тока в
дуге выталкивается впе-
ред. Таким образом осу-
ществляется магнитное
дутье п облегчаются усло-
вия гашения дуги. При
этом усиленные переход-
ные контакты способны
коммутировать ток до
150 А.
При токе, равном
2/с.р, реле имеет потреб-
ление не более 6 ВА и вре-
мя срабатывания не более
0,05 с.
Управление реле
РП-341 в схемах защиты
(рис. 2.28, б) может осу-
ществляться как замыка-
ющим Ti, так и размыка-
ющим Т2 контактами реле
Т. В первом случае ис-
пользуются зажимы
11—13, в цепь которых
Рис. 2.28. Промежуточное реле типа РП-341:
а —схема внутренних соединений; б — схема
включения
может дополнительно включаться одно указательное реле У типа
РУ-21/0,05. Для управления размыкающими контактами исполь-
зуются зажимы 7—9. При этом на зажимы 11—13 можно подклю-
чить указательные реле или, в случае их отсутствия в схеме, уста-
новить перемычку. Конструкция реле РП-341 показана на рис. 2.29.
Реле типа РП-321 отличается от рассмотренного тем, что может
управляться только замыкающими контактами и имеет два замы-
кающих и два переключающих контакта нормального испол-
нения.
47
В схемах автоматики и дистанционного управления применяют
двухпозиционные промежуточные реле типов РП-351, РП-9, РП-12.
Реле РП-351 состоит из двух промежуточных реле (рис. 2.30) с
магнитными системами 1, обмотками 2 и общим подвижным яко-
рем 3, который удерживается
в одном из двух крайних поло-
, жений пружиной 4. Контактная
система реле 5 имеет один за-
мыкающий, один размыкающий
и два переключающих контак-
та. Кроме того, в цепь каждой
обмотки включен один контакт;
он замкнут, если якорь притя-
нут к магнитной системе дру-
гой обмотки. Так выполняется
блокировка, автоматически сни-
мающая напряжение с обмотки
при притяжении якоря к ее
, магнитной системе и замыкаю-
I щая цепь другой обмотки, под-
J готавливая реле для переклю-
Рис. 2.29. Конструкция промежуточ- пения. Реле срабатывает и
иого реле типа РП-341 переключает контакты при по-
даче напряжения на одну из
обмоток, цепь которой была
подготовлена к действию. Для возврата реле необходимо подать на-
пряжение на другую обмотку.
Рис. 2.30. Конструкция двухпозиционного промежу-
точного реле типа РП-351
48
Подобную конструкцию имеет реле РП-352, применяемое
в схемах защиты и автоматики на оперативном постоянном
токе.
§ 2.12. Указательные реле
В условиях эксплуатации контроль за действием защиты и авто-
матики осуществляется с помощью указательных реле с последова-
тельным и параллельным включением обмоток. Наибольшее рас-
пространение получили реле с последовательным включением об-
моток. Их обмотки включаются последовательно с обмотками реле
или отключающих аппаратов, действие которых контролируется.
Промышленностью выпускаются указательные реле типа.РУ-21
на электромагнитном принципе с поворотным якорем для включе-
ния в цепь постоянного тока (рис. 2.31). Они также могут быть ис-
пользованы в схемах защиты и автоматики на переменном опера-
тивном токе и в цепях с выпрямленным током, например совместно
с промежуточным реле РП-341.
При отсутствии тока в обмотке реле 1 якорь 8 оттянут пружи-
ной 2. При этом флажок 5 и изоляционный барабанчик с контакт-
ными "мостиками 7 удерживается в положении, при котором флажок
не виден в смотровых окнах скобы 4, а положение контактов соот-
ветствует отключенному состоянию реле. При появлении тока в
обмотке реле якорь, преодолевая усилие пружины, притягивается
к сердечнику 9. Этим снимается упор с флажка, который выпадает
в смотровых окнах скобы. Одновременно с поворотом флажка по-
ворачивается изоляционный барабанчик с контактными мостиками,
которые в зависимости от исполнения реле замыкают или размы-
кают контактные пластины 3. При исчезновении тока в обмотке ре-
ле якорь под действием пружины возвращается в исходное положе-
ние, а флажок и контакты реле остаются в сработанном состоянии.
Этим достигается длительная фиксация действия защиты при сра-
батывании. Возврат флажка и контактов производится вручную
кнопкой возврата 6.
49
Реле последовательного включения должно быть выбрано та-
ким образом, чтобы падение напряжения на его обмотке не превы-
шало 5-5-10% от номинального напряжения цепи оперативного тока
.защиты, при этом ток в обмотке реле для обеспечения его надежно-
го действия должен быть не менее полуторакратного тока срабаты-
вания.
§ 2.13. Использование индукционного
принципа для выполнения реле
В индукционных реле вращающий момент, действующий на под-
вижную систему реле (диск или цилиндрический ротор), возникает
в результате взаимодействия изменяющихся во времени магнитных
потоков с токами, индуцированными этими потоками в подвижной
части реле. Поэтому на индукционном принципе могут выполнять-
ся лишь реле переменного тока.
В соответствии с законом Био и Саварра мгновенное значение
силы взаимодействия между потоком Ф и током / при расположе-
нии проводника с током длиной А/ в плоскости, перпендикулярной
оси потока,
Ft=MBti. (2.11)
Заменяя Bt потоком Ф/, получим
— или Ft=k^ti. (2.12)
Известно, что при наличии только одного потока выполнить ре-
ле на индукционном принципе невозможно, так как сила Ft от взаи-
Рис. 2.32. Принцип действия индукционного реле с короткозамк-
нутым витком:
а — конструктивная схема; б — векторная диаграмма
модействия тока с потоком, которому ток обязан своим возникно-
вением, равна нулю [Л. 7].
Непременным условием получения вращающего момента на под-
вижном элементе индукционной системы является наличие не менее
двух магнитных потоков (Ф] и Ф2), сдвинутых в пространстве
(рис. 2.32, а). Возникающий при этом вращающий момент [Л. 8]
= (2.13)
Таким образом, для получения вращающего момента необходим
также сдвиг по фазе между потоками (рис. 2.32, б). Два магнитных
потока, смещенных пространственно и по фазе, могут быть получе-
50
ны, в частности, с помощью короткозамкнутого витка, одеваемого
на часть магнитопровода. На рис. 2.32, а этот виток обозначен циф-
рой 1. Потоки Ф1 и Фа обусловлены током /р в обмотке реле; в не-
насыщенной магнитной системе они будут пропорциональными это-
му току. Поскольку угол <р при изменении тока не меняется, то вра-
щающий момент можно выразить следующим образом:
<Р = /г"/р2. (2.14)
В неподвижном диске (цилиндрическом роторе) индуцируются
только э. д. с. трансформации (£i и Е2 на рис. 2.32, б), которые и
обусловливают вращающий момент Л1вр. Во вращающемся диске
наряду с э. д. с. трансформации появляются еще э. д. с. резания,
вызванные пересечением магнитных потоков Ф1 и Ф2 вращающимся
диском. Эти э. д. с. создают в диске токи, которые при взаимодей-
ствии с вызвавшими их потоками обусловливают появление тормоз-
ных моментов Mt = k^{daldt), где а — угол поворота подвижной
системы. Тормозные моменты пропорциональны скорости вращения
диска и зависят от величины магнитных потоков. На подвижную
систему реле действуют также тормозной момент пружины Мп и
момент инерции Ma=\j(d2a/dt2). При этом движение диска (цилин-
дрического ротора) без учета момента трения определяется усло-
вием:
Жвр=Жи+Жт+Жп, (2.15)
или
^Bp-A4n = J(d2a/di2)+kt(da/dt). (2.16)
Анализ выражения (2.16) показывает, что индукционные системы
позволяют выполнить как быстродействующие, так и медленнодей-
ствующие реле. Подвижная система быстродействующих реле за
время срабатывания не успевает развить больших окружных ско-
ростей, пбэтому можно принять Л4т = 0; тогда Л1вр—Mn=j(d2a/dt2),
откуда
/=/2;а/(Л1вр'-Жй) . (2.17)
Из выражения (2.17) следует, что для уменьшения времени сраба-
тывания реле необходимо: принять угол поворота а минимальным;
добиться минимального момента инерции j подвижной системы (ее
необходимо выполнить в виде цилиндрического ротора малого ди-
аметра из алюминия); получить максимальный избыточный момент
(Л4вр—Л4П).
Для реле замедленного действия влияние момента инерции Ми
на общее время срабатывания будет незначительным, поэтому
можно принять Ми=0; тогда Л4вр—Mn=ka(da/dt), откуда
/=Ада/(Мвр-Жп). (2.18)
Таким образом, для получения реле замедленного действия необхо-
димо иметь максимально возможными а и йд. В существующих кон-
струкциях реле это-достигается тем, что их снабжают постоянными
51
магнитами, а подвижную систему выполняют в виде диска. При
вращении диск пересекает поле постоянного магнита, в результате
чего возникает дополнительный тормозной момент. Такие реле име-
ют ограниченно зависимую от тока характеристику выдержки вре-
мени. В ее независимой части удается получить выдержки времени
более 10 с.
§ 2.14. Реле тока типа РТ-80
Реле тока типа РТ-80 является комбинированным и состоит из
двух элементов: индукционного с диском, создающего ограниченно
зависимую характеристику выдержки времени, и электромагнитно-
Рис. 2.33. Индукционное реле тока типа РТ-80
го мгновенного действия, создающего «отсечку» при больших крат-
ностях тока в обмотке реле. Оба элемента используют одну об-
щую магнитную систему (рис. 2.33, а).
Индукционный элемент реле состоит из электромагнита 1 с ко-
роткозамкнутыми витками 2 на полюсах. Обмотка 3 электромагнита
имеет ответвления для регулирования тока срабатывания. Ответ-
вления подведены к гнездам штепсельного мостика 4 и переключа-
ются винтами 5. Между полюсами электромагнита расположен
алюминиевый диск 16, ось которого укреплена на подвижной рам-
ке 13. Рамка 13 имеет свою неподвижную ось вращения 14. При
52
оках в обмотке реле, меньших тока срабатывания индукционно-
о элемента, рамка 13 оттянута пружиной 20 в крайнее положение,
гри этом червяк 11, насаженный на ось диска, не сцеплен с зубча-
ым сегментом 12, который имеет неподвижную ось вращения и мо-
кет свободно перемещаться вверх и вниз. Нижнее положение
:егмента фиксируется устройством, с помощью которого регули-
руется выдержка времени. Это устройство состоит из регулировоч-
юго винта 8 и движка 19. При перемещении вверх сегмент 12 своим
эычагом поднимает коромысло 10.
Диск приходит во вращение при токе, равном 10-4-20% от тока
срабатывания индукционного элемента. При этом вращение диска
не приводит к замыканию контактов. На вращающийся диск дейст-
вуют сила Fg, вызывающая вращение диска, и противодействующая
сила FT, препятствующая его вращению (рис. 2.33, б). Противодей-
ствующая сила возникает в связи с пересечением вращающимся
диском магнитного потока постоянного магнита 15. Эта сила про-
порциональна скорости вращения диска. Поэтому при увеличении
тока в обмотке реле наряду с ростом силы F3 возрастает сила FT.
Установившаяся скорость вращения диска определяется равновеси-
ем этих сил (при увеличении тока она будет возрастать до тех пор,
пока эти силы не выравняются). Равнодействующая этих сил F' стре-
мится повернуть диск вместе с рамкой 13 вокруг оси рамки. Этому
препятствует сила пружины Fn. Током срабатывания индукционного
элемента называется такой минимальный ток, при котором сила F'
преодолеет силу пружины Fn и рамка 13 вместе с диском повернет-
ся, произведя сцепление червяка 11 с зубчатым сегментом 12. При
этом благодаря вращению диска червяк И поднимет зубчатый сег-
мент 12. Его рычаг в конце пути соприкоснется с коромыслом 10
якоря 6, подняв его вверх, благодаря чему якорь 6 повернется на
своей оси так, что воздушный зазор между электромагнитом 1 и-
правым концом якоря 6 уменьшится. Якорь быстро притянется к
электромагниту, замкнув контакты 9 с помощью коромысла 10.
В процессе работы индукционного элемента при наличии сцепле-
ния между червяком и сегментом на вращающий диск кроме сил
F3 и FT действует еще сила, обусловленная трением в червячной пе-
редаче и собственным весом сегмента. Эта сила возникает сразу же,
как только произойдет зацепление червяка с сегментом. При этом
скорость вращения диска и результирующая сила F' уменьшаются,
что может привести к расцеплению червячной передачи. Для пред-
отвращения этого служит стальная скоба 17, которая за счет по-
токов рассеяния обеспечивает дополнительное усилие, удерживаю-
щее подвижную рамку в притянутом положении. Время от момента
сцепления червяка с зубчатым сегментом до момента замыкания
контактов является, временем срабатывания реле, его выдержкой
времени. Это время при заданной уставке зависит только от скоро-
сти подъема сегмента вверх. Скорость подъема сегмента опреде-
ляется скоростью вращения диска, т. е. зависит от величины тока.
Чем больше ток, тем больше скорость вращения диска и скорость
подъема сегмента и тем меньше выдержка времени реле.
53
Рис. 2.34. Характеристики вы-
держки времени реле тока РТ-80
Магнитная система реле РТ-80 выполнена так, чго примерн
при семикратном токе срабатывания она насыщается. Дальнейше
увеличение тока не приводит к росту магнитного потока, поэтом
остаются постоянными вращающий момент, скорость вращени:
диска и выдержка времени. Таким образом, реле РТ-80 имеет огра
ниченно зависимую характеристику выдержки времени.
Выдержка времени реле зависит от длины пути перемещени:
сегмента 12. Длина пути определяется начальным полбжениек
сегмента, которое может изменяться перемещением движка 19 пс
винту 8. Благодаря этому может быть получена серия характери
стик 1, 2, 3, 4, 5 выдержек времени (рис. 2.34). Необходимо имет£
в виду, что на шкале 18 (см. рис. 2.33, а) указаны пределы регули-
рования выдержки времени в неза
висимой части характеристики.
Электромагнитный элемент реле
использует электромагнит 1 индук-
ционной системы. Подвижной систе-
мой элемента является якорь 6 с ко-
ромыслом 10. Ток срабатывания
электромагнитного элемента изме-
няется с изменением числа витков
обмотки. Кроме того, его можно ре-
гулировать винтом 7, изменяя воз-
душный зазор между электромагни-
том 1 и правым концом якоря 6. Ток
срабатывания регулируется в пре-
делах 2—8 от /с.р индукционного
элемента. При этих токах электро-
магнитный элемент срабатывает
мгновенно, и реле действует без выдержки времени. Для уменьше-
ния вибрации якоря при срабатывании на часть его правого конца
насажен короткозамкнутый виток.
Использование в одном реле индукционного и электромагнитно-
го принципов, а также применение в индукционном элементе сцеп-
ления червяка с сегментом и постоянного магнита для создания
противодействующей силы позволяют выполнить реле с надежной
контактной системой, с коэффициентом возврата индукционного
элемента не менее 0,8 и с малой инерционной ошибкой.
К достоинствам реле следует отнести то, что с помощью одного
реле РТ-80 можно выполнить быстродействующую отсечку от ко-
ротких замыканий и защиту с выдержкой времени, действующую
при перегрузке. Недостатком реле является его сложность, а также
значительная потребляемая мощность при срабатывании (около
10 ВА).
Реле РТ-80 выполняют на разные пределы уставок тока сраба-
тывания, времени срабатывания и с различной контактной систе-
мой. Например, реле РТ-85, предназначенное для защиты на опера-
тивном переменном токе, имеет усиленный переходный контакт,
который способен коммутировать ток до 150 А [Л. 9].
54
§ 2.15. Использование полупроводниковых
приборов для выполнения реле
Использование полупроводниковых приборов для выполнения
реле позволяет получить более быстродействующие устройства ре-
лейной защиты и автоматики (порядка 0,014-0,02 с), меньшего веса
и габаритов, а также уменьшенного потребления мощности от из-
мерительных трансформаторов. Кроме того, в связи с отсутствием
движущихся частей и контактов реле на полупроводниковых при-
борах имеют более высокую надежность по сравнению с электро-
механическими реле. Наиболее существенным их недостатком яв-
ляется зависимость параметров от температуры. Однако при соот-
ветствующем выполнении реле эти недостатки можно свести к
допустимым пределам [Л. 10].
В настоящее время наибольшее распространение получили германиевые кри-
сталлические диоды и триоды [ЛЛ1]. Они содержат так называемые р— «-пере-
ходы, образованные на месте стыка кристалла с дырочной (положительной) про-
а) ____________________________________р п р

Рис. 2.35. Принцип работы кри-
сталлического триода:
а — при внешнем напряжении, прило-
женном между коллектором и базой в
запирающем направлении; б — при
внешнем напряжении, приложенном
между коллектором и базой в запира-
ющем, а между эмиттером и базой — в
пропускном направлении; в — условное
обозначение кристаллического триода
5) Р
Р
Эмиттер I База Коллектор
Коллектор
Эмиттер
в)
База
П
водимостью р и кристалла с электронной (отрицательной) проводимостью п. Со-
противление такого перехода зависит от направления приложенного к нему на-
пряжения: оно велико в направлении п — р и мало в направлении р — п. Таким
образом, р — «-переход ведет себя как хороший выпрямитель, что и используется
в точечных и плоскостных германиевых диодах.
Использование р — «-перехода в полупроводниках позволяет не только вы-
прямлять переменный ток, но и усиливать электрические величины. Для этого
применяются полупроводниковые кристаллы, имеющие не один, а два и более
р — «-переходов. Кристаллический триод (транзистор) имеет два р — «-перехода
(рис. 2.35).
Одна из областей р называется эмиттером, вторая — коллектором, а область
с проводимостью «— базой, или основанием. Если между базой и коллектором
приложить внешнее напряжение так, чтобы база получила более положительный
потенциал, то в цепи коллектор — база будет протекать обратный ток, который
весьма мал (рис. 2.35, а). При этом триод будет закрыт. Однако с момента прило-
жения напряжения между базой и эмиттером так, чтобы эмиттер получил более
положительный потенциал, в цепи база — эмиттер начнет протекать большой ток
в прямом направлении. При этом и ток коллектора будет возрастать; он станет
55
примерно равным току эмиттера. Таким образом, меняя ток эмиттера /э, можн
менять ток коллектора 1К.
Так как часть тока /э ответвляется в цепь базы (/б), то коллекторный toi
оказывается несколько меньшим тока эмиттера:
/к = /э 76-
Степень уменьшения тока /к характеризуется коэффициентом усиления триод;
а=/к//э. С учетом этого коэффициента ток коллектора
7к = а/б/(1 — а).
Для обычных плоскостных триодов a=0,9-i-0,98. Таким образом, ток коллектора
оказывается значительно большим тока базы. Так, при а=0,95 ток коллектора
Рис. 2.36. Схемы вклю-
чения транзистора:
а«—с общей базой; б —с
общим эмиттером; в — с об-
щим коллектором
Рис. 2.37. Стабилитрон:
а — характеристика; б — схема
включения
/к = 19/в, т. е. происходит усиление по току: ток выходной цепи /к больше тока
входной цепи 1г>. Кроме того, сопротивление цепи эмиттер — база очень мало, а
цепи эмиттер — коллектор весьма велико. Поэтому напряжение выходной цепи
также значительно больше, чем напряжение входной. Этим достигается усиление
по напряжению, в результате чего значительно усиливается мощность.
При включении в схему выводов триода один из иих является входным, дру-
гой выходным, а третий общим относительно входной и выходной цепи. В зави-
симости от того, какой из выводов является общим, различают схемы с общей
базой (рис. 2.36, а), общим эмиттером (рис. 2.36, б) и общим коллектором
(рис. 2.36, в). Чаще других применяется схема с общим эмиттером, как обеспе-
чивающая наибольшее усиление по мощности.
Наряду с триодами типов р— п — р существуют триоды с проводимостью
л — Р — п. При замене одного триода другим необходимо поменять знаки всех
токов и напряжений на обратные.
Наряду с триодами в схемах защиты и автоматики применяют диоды. Среди
них такие, например, как стабилитроны и туннельные диоды.
56
Стабилитрон представляет собой кремниевый диод с крутыми прямой и об-
атной характеристиками (рис. 2.37, а). В области обратной проводимости инте-
ес представляет точка, соответствующая напряжению пробоя Uapo5, при кото-
ом диод пробивается. После того как диод пробьется, его обратный ток может
зменяться в широких пределах, а обратное напряжение при этом остается
рактически неизменным. Это свойство стабилитрона используют для получения
табильного напряжения при изменяющемся напряжении источника.
На рис. 2.37, б показана схема включения стабилитрона. К источнику напря-
кения Uo диод Д подключен в обратном направлении через резистор R с большим
опротивлением. Напряжение UQ всегда превышает напряжение 7/проб, ио изме-
1яется в некоторых пределах. Напряжение 7/Вых на нагрузке 7?н остается практи-
|ески постоянным.
В отличие от стабилитронов туннельные диоды включаются в схемы пере-
генного тока. Вольт-амперная характеристика туннельного диода имеет участок
ib с отрицательным динамическим сопротивлением (рис. 2.38). При изменении то-
:а от нуля до некоторого значения Д (точка а на характеристике) падение на-
Рис. 2.38. Диаграмма, иллюстрирую-
щая работу туннельного диода в схе-
ме измерительного органа
Рис. 2.39. Симметричный
триггер
пряжения на диоде плавно увеличивается. Если же ток в цепи превысит значе-
ние Ii, то падение напряжения на диоде увеличится скачкообразно (точка с).
При уменьшении тока уменьшается и напряжение, сначала незначительно (уча-
сток cb), а затем скачком до нулевого значения. Отмеченное свойство диода по-
зволяет использовать" его, например, в схеме измерительного органа [Л.12].
Для выполнения реле применяют известные в радиотехнике схе-
мы соединения полупроводников (симметричный триггер, одновиб-
ратор, однокаскадный и многокаскадные усилители, блокинг-гене-
ратор, двухполупериодный выпрямитель и др.). Рассмотрим некото-
рые из этих схем [Л. 13].
Симметричный триггер (рис. 2.39) состоит из двух транзисторов
1Т и 2Т, включенных по схеме с общим эмиттером. Резистор 2R
связывает коллектор одного транзистора с базой другого, образуя
положительную обратную связь. Схема триггера совершенно сим-
метрична. Она имеет два устойчивых состояния равновесия. В од-
ном из них триод 1Т открыт, а триод 2Т закрыт, в другом, наоборот,
закрыт триод 1Т и открыт триод 2Т. В каждом из состояний схема
может находиться сколь угодно долго. В самом деле, пусть в силу
каких-либо причин открытым оказался триод 1Т. Его сопротивле-
57
ние мало, а коллектор и связанная с ним база триода 2Т приобре-
тают потенциал эмиттера. При равенстве потенциалов эмиттера и
базы триод 2Т может находиться только в закрытом состоянии.
В это время открытое состояние триода 1Т обеспечивается благода-
ря тому, что его база через обратную связь приобретает потенциал
более низкий, чем потенциал эмиттера. Для того чтобы перемести
триггер в другое устойчивое состояние, необходимо подать сигнал
положительной полярности на базу триода 1Т или сигнал отрица-
тельной полярности на базу триода 2Т. Для ускорения перехода
триггера из одного состояния в другое параллельно резисторам 2R
и 2R' включают конденсаторы.
Рис. 2.40. Одновибратор
Рис. 2.41. Двухкаскадный усили-
тель в релейном режиме
Из описания триггера следует, что его поведение похоже на ра-
боту двухпозиционного промежуточного реле типа РП-351 (см.
рис. 2.30).
Одновибратор (рис. 2.40) отличается от симметричного тригге-
ра тем, что один из резисторов 2R обратной связи заменен конден-
сатором С и между базой и эмиттером триода 2Т включен резистор
3R. Такая схема имеет одно устойчивое состояние, при котором три-
од 1Т открыт, а триод 2Т закрыт. Открытое состояние триода 1Т
поддерживается за счет того, что его база как и в схеме триггера,
имеет более низкий, чем у эмиттера, потенциал. При этом конден-
сатор С шунтируется малым сопротивлением открытого триода 1Т
и находится в разряженном состоянии. Триод 2Т оказывается за-
крытым, так как его база, связанная с эмиттером резистором 3R,
имеет потенциал эмиттера.
Переход в новое неустойчивое состояние произойдет, если по-
дать на базу триода 1Т кратковременный положительный сигнал.
При этом триод закрывается, дешунтируя конденсатор С. Сразу
же открывается триод 2Т, так как в начальный момент заряда со-
противление конденсатора мало и потому потенциал базы триода
2Т оказывается более низким, чем потенциал его эмиттера. Это
состояние не является устойчивым. По мере заряда конденсатора
потенциал базы триода 2Т возрастает, достигая значения, при ко-
тором триод закрывается. При этом открывается триод 1Т и схема
возвращается в исходное устойчивое состояние.
58
Двухкаскадный усилитель в релейном режиме (рис. 2.41) отли-
зется от триггера тем, что при отсутствии сигнала на входе триод
Г всегда открыт, так как потенциал его базы относительно эмит-
зра отрицателён благодаря цепи с резистором 3R. Триод 2Т за-
рыт и ток в его коллекторной цепи практически отсутствует.
Усилитель приходит в действие при подаче на его вход положи-
гльного сигнала, величина которого должна быть достаточной для
акрытия триода 1Т. При этом, как и в схеме триггера, триод 1Т
акрывается, а триод 2Т открывается и в его коллекторной цепи
ачинает протекать значительный ток. В таком состоянии схема
удет находиться до тех пор, пока входной сигнал не будет снят
ли уменьшен до некоторого значения. Ток в коллекторной цепи
Рис. 2.42. Элемент времени на по-
лупроводниковом триоде с исполь-
зованием заряда конденсатора
Рис. 2.43. Блокинг-генератор,
работающий в режиме автоко-
лебаний
триода 2Т изменяется скачком от минимального до максимального
значения в зависимости от величины входного положительного
тигнала. Такое действие усилителя похоже на работу электромаг-
нитного реле. В устройствах защиты и автоматики усилитель может
использоваться в качестве нуль-индикатора.
Элемент времени у реле, выполненных на полупроводниковых
приборах, обычно использует для получения выдержки времени за-
ряд или разряд конденсатора. Принципиальную возможность вы-
полнения такого элемента можно уяснить из рассмотрения схемы,
показанной на рис. 2.42. При отсутствии сигнала на входе потен-
циал базы триода Т по отношению к эмиттеру отрицателен, поэто-
му триод открыт и конденсатор С зашунтирован. При этом к диоду
Д приложено напряжение обратной полярности и он закрыт. Сиг-
нал на выходе отсутствует.
Устройство действует, если на его входе появится положитель-
ный сигнал. При этом триод открывается и дешунтирует конденса-
тор. Последний начинает заряжаться. С течением времени потен-
циал точки а станет ниже потенциала точки б и диод Д откроется,
замыкая цепь выхода. На выходе появляется сигнал в виде тока
или падения напряжения на нагрузке Ra. Время от момента подачи
положительного сигнала на вход устройства до момента возникно-
вения сигнала на выходе является выдержкой времени.
59
Блокинг-генераторы в устройствах релейной защиты и автомг
тики применяются для получения кратковременных импульсов. Он
могут работать как в режиме постороннего запуска (ждущий рс
жим), так и в режиме автоколебаний.
Упрощенная схема блокинг-генератора, работающего в режим
автоколебаний, показана на рис. 2.43. В коллекторную цепь траь
зистора включена первичная обмотка трансформатора Тр. Черё
одну из его вторичных обмоток осуществлена положительная оС
ратная связь между коллекторной и базовой цепями. В цепь об
ратной связи входят также конденсатор С и резистор R, шунтирую
щий вход триода. Другая вторичная обмотка трансформатора явля
ется выходом устройства.
Работу этой схемы упрощенно можно объяснить следующим об
разом. Благодаря обратной связи триод попеременно находится т<
в открытом, то в закрытом состоянии. Когда он открыт, конденса
тор С заряжается, а на выходе блокинг-генератора (резистор Ru
появляется сигнал. Когда триод закрыт, сигнала нет и происходи'
разряд конденсатора через вторичную обмотку трансформатора i
резистор R. По мере разряда положительное напряжение на базе
убывает и в тот момент, когда оно становится примерно равныь
нулю, триод открывается. Ток в его коллекторной цепи обусловли
вает появление э. д. с. во вторичных обмотках трансформатора
Конденсатор начинает заряжаться, а на выходе появляется сигнал
В процессе заряда конденсатора потенциал базы повышается. На-
ступает момент, когда потенциал эмиттера относительно базы ста-
новится- отрицательным. При этом триод закрывается, сигнал на
выходе устройства исчезает, конденсатор начинает разряжаться.
Вновь повторяется описанный выше процесс.
Для того чтобы блокинг-генератор мог работать в ждущем ре-
жиме, необходимо ввести в цепь базы источник положительного
смещения. В этом случае блокинг-генератор открывается отрица-
тельным сигналом, подводимым к базе .триода. Для создания жду-
щего режима можно также использовать отрицательное смещение
в цепи эмиттера.
В настоящее время разработана единая серия ЭТ, включающая
в себя логические и функциональные элементы, выходные усили-
тели, а также блоки питания [Л. 14].
§ 2.16. Полупроводниковые реле
тока и напряжения
Наиболее распространенным способом выполнения измеритель-
ных органов, реагирующих на одну электрическую величину, к ка-
ким относятся реле тока и напряжения, является сравнение абсо-
лютного значения подводимого к реле напряжения с напряжением
постоянного тока заданной величины. В качестве источника ста-
бильного постоянного напряжения обычно используют стабилитрон.
60
У реле тока подводимой величиной является ток; его предваритель-
но преобразовывают в напряжение. В остальном реле тока и реле
напряжения мало чем отличаются друг от друга [Л. 12; 15; 17].
Импульсное реле на основе одновибратора показано на рис. 2.44
[Л. 15]. В схему одновибратора входят транзисторы 1Т и 2Т разной
проводимости. В цепь выхода реле включен транзистор ЗТ. Он от-
крыт, когда реле находится в сработанном состоянии. В нормаль-
ном режиме, пока амплитуда входных сигналов ниже напряжения
пробоя стабилитрона Д, все транзисторы находятся в закрытом
состоянии, конденсатор С разряжен, напряжение на выходе реле
отсутствует. Для срабатывания реле необходимо, чтобы амплитуда
входных сигналов превысила величину напряжения пробоя стаби-
Рис. 2.44. Импульсное реле на основе одновибратора
литрона Д. В этом случае стабилитрон пробьется и на базу триода
1Т будет подан отпирающий отрицательный сигнал. Вместе с трио-
дом 1Т открываются триоды 2Т и ЗТ, на выходе реле появляется
сигнал, а через открытый триод 1Т создается цепь заряда конден-
сатора С. По мере его заряда потенциал базы триода 2Т повышает-
ся, что ведет к закрытию триода. Если к этому моменту сигнал на
входе реле исчезнет, то вместе с триодом 2Т закроется и триод 1Т.
При этом цепь заряда конденсатора размыкается и конденсатор
начинает разряжаться через эмиттерный переход триода ЗТ и ре-
зисторы 1R и 2R. В связи с этим триод ЗТ продолжает оставаться
открытым до тех пор,' пока напряжение на конденсаторе не умень-
шится почти до нуля.
Параметры реле подбирают так, чтобы время от начала заряда
конденсатора до момента закрытия триода ЗТ было больше макси-
мального периода повторения входных импульсов. При этом на
выходе реле получают непрерывный сигнал. Реле возвращается в
первоначальное состояние только при уменьшении амплитуды вход-
ных сигналов ниже напряжения пробоя стабилитрона. Коэффици-
ент возврата реле близок к единице.
61
Реле с измерительным элементом в виде моста с двумя напря-
жениями в плечах показано на рис. 2.45 [Л. 12]. В этой схеме срав-
нение воздействующей величины с заданной производится с по-
мощью измерительного моста, на одно плечо которого подается на-
пряжение, пропорциональное воздействующей величине (ток или
напряжение). Предварительно это напряжение выпрямляется двух-
прлупериодным диодным мостом В и сглаживается емкостью С. На
второе плечо измерительного моста подается стабилизированное
напряжение, полученное от делителя, состоящего из резистора 3R
и диода 1Д. Резисторы 1R и 2R образуют два других плеча моста.
В зависимости от того, какое из сравниваемых напряжений оказы-
вается больше, на выходе измерительного моста (точки а и б) по-
является напряжение того или другого знака. Это напряжение по-
дается на переход база — эмиттер триода 1Т, который совместно с
триодом 2Т, резисторами 4R-^7R и диодом 2Д выполняет роль
Рис. 2.45. Реле с измерительным элементом в виде
моста
нуль-индикатора, построенного на основе двухкаскадного усили-
теля.
В нормальном режиме триод 1Т открыт, а триод 2Т закрыт и
сигнал на выходе реле отсутствует. Реле срабатывает, если воздей-
ствующая величина достигнет или превысит значение уставки. При
этом напряжение на выходе измерительного моста меняет направ-
ление: триод 1Т закрывается, а триод 2Т открывается.
Полупроводниковое реле с ограниченно зависимой характери-
стикой выдержки времени. На автоматах серии «Электрон» уста-
навливается блок защиты, содержащий два полупроводниковых
реле: с ограниченно зависимой характеристикой (реле перегрузки)
и с независимой характеристикой (реле «отсечки»). Этот блок яв-
ляется полупроводниковым аналогом рассмотренного выше индук-
ционного реле РТ-80. Исполнительным органом блока служит мак-
симальный расцепитель, катушка которого подключена к источнику
оперативного тока через тиристор, запертый в нормальном режиме.
62
В режимах, требующих отключения автомата, на тиристор поступа-
ют отпирающие импульсы, вырабатываемые блокинг-генератором.
В нормальном режиме блокинг-генератор заторможен.
Упрощенная схема реле перегрузки и блокинг-генератора [Л. 16]
показана на рис. 2.46. Реле перегрузки выполнено на основе триг-
гера. Этот триггер отличается от ранее рассмотренного симметрич-
ного триггера (см. рис. 2.39) тем, что на эмиттер одного из транзи-
сторов (1Т) подано запирающее напряжение (с делителя 5R—6R).
На вход триггера (базу 1Т) подано напряжение 1Д выпрямленного
тока, пропорциональное току первичной цепи автомата, а к выходу
триггера (коллектору 2Т) присоединена времязадающая цепочка
10R—1С. Кроме того, имеется вторая времязадающая цепочка
11R—12R—2С, входное напряжение U2 которой пропорционально
току автомата. Выходы обеих цепочек подключены к противопо-
ложным выводам диода ЗД (выход второй цепочки-—через 14R и
базовую обмотку блокинг-генератора). Полярность напряжений на
Рис. 2.46. Упрощенная схема защиты автомата «Электрон»:
1 — триггер; 2 — времязадающие цепочки; 3 — блокинг-генератор
конденсаторах 1С и 2С является открывающей для диода ЗД, одна-
ко в нормальном режиме он заперт, так как его аноду через сопро-
тивление 1.3R подан запирающий потенциал. Напряжение на кон-
денсаторе 1С при этом близко к нулю, так как он зашунтирован
открытым транзистором 2Т и диодом ЗД, а напряжение на конден-
саторе 2С невелико. На запертом диоде ЗД размыкается цепь по-
ложительной обратной связи блокинг-генератора и он затормажи-
вается.
Когда напряжение 1Д начинает соответствовать току срабаты-
вания, триггер переключается и начинается заряд конденсатора 1С.
Через некоторое время напряжение на конденсаторе 1С оказывает-
ся достаточным для открывания диода ЗД; при его открывании
63
запускается блокинг-генератор и автомат срабатывает. Большему
току автомата соответствует большее зарядное напряжение U2,
поэтому с возрастанием тока напряжение на конденсаторе 2С ме-
няется быстрее, а время действия защиты сокращается.
В независимой части характеристики срабатывания зарядное
напряжение конденсатора 2С не должно зависеть от тока первич-
ной цепи. Для выполнения этого условия в схему включен стаби-
литрон 2Д.
Диод 1Д служит для быстрого разряда конденсатора 1С после
исчезновения кратковременной перегрузки (в случае снижения то-
ка перегрузки до 0,754-0,85 уставки срабатывания по току пере-
грузки). В качестве источника оперативного тока может использо-
ваться либо независимый источник постоянного тока, либо выпря-
митель, подключаемый через промежуточные трансформаторы к
трансформаторам тока каждой фазы автомата. Выходное напря-
жение выпрямителя стабилизируется.
Если из рассмотренной схемы исключить все элементы, изобра-
женные ниже нулевой шинки, и соединить с ней нижний вывод со-
противления 14R, то получится схема реле с независимой характе-
ристикой. Такую схему имеет реле «отсечки» блока релейной за-
щиты автомата «Электрон». «Отсечка» этого блока может быть
мгновенной или иметь небольшую выдержку времени.
§ 2.17. Условия работы трансформаторов
тока и требования к ним в схемах
релейной защиты и автоматики
Для релейной защиты применяются трансформаторы тока с но-
минальным вторичным током, равным 1 или 5 А при любых значе-
ниях номинального первичного тока.
Условия работы трансформаторов тока в схемах релейной за-
щиты и требования, которые к ним предъявляются, во многом от-
личаются от условий их работы и требований к ним при питании
токовых цепей измерительных приборов. Измерительные приборы
требуют точной работы трансформаторов тока при нормальных ре-
жимах, малых нагрузках и при незначительных перегрузках.
Для правильного действия релейной защиты требуется точная
работа трансформаторов тока при протекании в защищаемой цепи
токов перегрузки и токов коротких замыканий, которые во много
раз могут превышать их номинальные первичные токи. Кроме того,
для быстродействующих защит следует рассматривать работу
трансформаторов в переходном режиме.
На сердечник трансформатора тока наложены две изолирован-
ные друг от друга и от сердечника обмотки: первичная с числом
витков Wi и вторичная с числом витков w2 (рис. 2.47, а). Начала и
концы обмоток трансформатора тока указываются на их выводах.
Выводы первичной обмотки (Л1 и Л2) маркируются произвольно, а
выводы вторичной обмотки (7Z1 и И2~) —с учетом принятого обозна-
64
[ения выводов первичной обмотки. При этом за начало вторичной
)бмотки Их принимается вывод, из которого мгновенный ток на-
фавляется в цепь нагрузки, в то время как в первичной обмотке
гок направлен от начала Лх к концу Л2. При такой маркировке
мгновенное значение тока в обмотке реле имеет то же направле-
гие, что и в обмотке реле, включенной непосредственно в защищае-
мую цепь.
На рис. 2.47, а указаны направления токов для некоторого мо-
мента времени и принятой намотки витков. Направление потока Ф
три заданном направлении тока 1Х определяется по правилу бурав-
тика. Ток /2 всегда направлен так, чтобы размагничивать магнито-
провод.
При построении векторной диаграммы первичного и вторичного
токов трансформатора тока необходимо задаться их положитель-
ными направлениями.’ Если для первичного тока /1 принять поло-
жительное направление от начала к концу обмотки, а для вторич-
ного /2 — от конца к началу обмотки, как показано стрелками на
рис. 2.47, а, то векторы намагничивающих сил первичной и вторич-
Рис. 2.47. Принцип работы трансформатора тока:
а — разметка концов обмоток трансформатора тока; б —
векторная диаграмма токов при разных положительных на-
правлениях первичного и вторичного токов; в —векторная
диаграмма токов при одинаковых положительных направле-
ниях токов
ной обмоток оказываются направленными противоположно. При
этом, согласно закону полного тока,
/\™х-12™2=Лиаы. (2.19)
В идеальном трансформаторе результирующая намагничиваю-
щая СИЛа Ёнам = 0. При этом
l1w1 — /2'W2 = 0, (2.20)
или
4 =4l^i/®2)=4- (2-21)
Токи /2 и // равны по величине и совпадают по фазе. На векторной
диаграмме они могут быть изображены одним вектором
3—2008 . 65
(рис. 2.47, б). Если положительное направление токов Л и /2 при
пять от начала обмоток к их концам, то намагничивающие силь
обеих обмоток будут направлены одинаково, а токи /2 и //, равные
по величине, будут изображаться векторами, сдвинутыми по фазе
на угол 180° (рис. 2.47, в).
В дальнейшем при построении векторных диаграмм положитель-
ное направление тока Л принимается от начала к концу обмотки,
а тока /2— от конца к началу (см. рис. 2.47, б).
Схема замещения трансформатора тока (рис. 2.48, а) принципи-
ально не отличается от схемы замещения силового трансформато-
ра. Сопротивления Z/, /'нам и токи //, /'нам приведены ко вторич-
ной обмотке.
Направление токов определено на основании выражения (2.19).
Для принятого положительного направления токов
/2W2==/Ha„W1,
откуда
, 71(w1/w2)=/2 + /нам (W®2), •
или
Л = 72+7нам- (2.22)
В отличие от силового трансформатора трансформатор тока пи-
тается от источника тока, поскольку первичная обмотка трансфор-
матора тока включается последовательно в защищаемую цепь, че-
рез которую протекает весь первичный ток.
Из схемы замещения трансформатора видно, что сопротивление
первичной обмотки Z/ не влияет на распределение тока между
ветвью намагничивания /'нам и ветвью нагрузки ZH, поэтому оно
может быть исключено из схемы (рис. 2.48, б) [Л. 18]. В соответст-
вии со схемой, изображенной на рис. 2.48, б, построена векторная
диаграмма (рис. 2.49). За исходный при построении принят ток
НЯМЯГНИЧИВЯНИЯ 1 нам- Магнитный поток Ф отстает от этого тока на
некоторый угол у, величина которого определяется потерями в ста-
ли. Положительное направление э. д. с. Ё2 принято совпадающим с
положительным направлением тока /2, т. е. от конца к началу об-
мотки. В связи с этим э. д. с. Ё2, наводимая потоком Ф во вторичной
обмотке, опережает его на угол 90°. В замкнутой вторичной
обмотке протекает ток /2, отстающий от э. д. с. Ё2 на некоторый
угол, определяемый соотношением R и X в сопротивлениях Z2 и ZH.
На основании схемы замещения и выражения (2.22) определя-
ется ток У/. Из векторной диаграммы видно, что вторичный ток 12
отличается от приведенного первичного /,' не только на величину
А/, но и по фазе на угол б.
Ток /'нам значительно меньше тока //, поэтому результирующая
намагничивающая сила /?нам = /намаУ1, определяющая рабочий маг-
нитный поток Ф и э. д. с. Е2, во много раз меньше намагничивающей
силы первичной обмотки I\WX. Очевидно, что чем меньше сопротив-
66
ление нагрузки ZH, тем большая часть тока 7/ замыкается по цепи
вторичной обмотки и тем точнее работает трансформатор тока.
По мере увеличения сопротивления нагрузки Zn ток У/ распре-
деляется таким образом, что ток 12 уменьшается, а ток /'нам увели-
чивается, т. е. трансформатор тока начинает работать с большими
погрешностями. В пределе, когда ZH==°o (обмотка разомкнута),
ток /2=0, а //нам=/1/ и результирующая намагничивающая сила
резко возрастает. Она становится равной намагничивающей силе
первичной обмотки. Следствием этого является значительное уве-
личение магнитного потока Ф.
Рис. 2.48. Схемы замещения транс-
форматоров тока
Рис. 2.49. Векторная диа-
грамма трансформатора
тока
При размыкании вторичной обмотки сталь сердечника быстро
насыщается, что обусловливает появление на разомкнутой обмотке
трансформатора э. д. с. е2, пики которой могут достигать тысяч и
даже десятков тысяч вольт, что представ-
ляет опасность для обслуживающего пер-
сонала и изоляции. Наряду с этим, в свя-
зи с увеличением магнитного потока, воз-
растают потери в стали, и магнитопровод
трансформатора недопустимо перегрева-
ется, что может привести к усиленному
износу или даже повреждению изоляции
трансформатора тока. Таким образом,
нормальным режимом работы трансфор-
матора тока является режим короткого
замыкания вторичной цепи с малой на-
магничивающей СИЛОЙ /’нам-
Рис. 2.50. Зависимость вто-
ричного тока от кратности
первичного тока
На точность работы трансформатора тока влияет не только на-
грузка, но и величина первичного тока /]. На рис. 2.50 представле-
3*
67
на зависимость вторичного тока /2 трансформатора тока от крат-
ности первичного тока А = Л/Лном для некоторой постоянной нагруз-
ки Zn. До точки перегиба , (точка а) эта зависимость близка к
прямолинейной. Дальнейшее увеличение первичного тока Л благо-
даря насыщению стали трансформатора почти не приводит к росту
вторичного тока, намагничивающий же ток резко возрастает. Та-
ким образом, точность трансформатора тока с ростом кратности k
ухудшается. С увеличением нагрузки перегиб наступает при мень-
ших кратностях тока. Значит, наличие намагничивающего тока и
увеличение его с ростом нагрузки и ростом первичного тока обус-
ловливают погрешность в работе трансформатора.
Согласно ГОСТ 7746—68 точность работы трансформаторов то-
ка, предназначенных для релейной защиты, характеризуется пол-
ной погрешностью. Ее величина (в %)
/ т.
-е=7;|/ v J ~ l^dt ’ (2.23)
где /1 — действующее значение первичного тока; Т — длительность
периода тока; пт — номинальный коэффициент трансформации (от-
ношение номинального первичного тока к номинальному вторичному
току); i’i — мгновенное значение первичного тока; i2—мгновенное
значение вторичного тока.
Трансформаторы тока должны выбираться так, чтобы полная
погрешность не превышала 10% при заданной вторичной нагрузке
и предельной кратности (&ю) трансформатора тока. Под предель-
ной кратностью понимают наибольшее отношение первичного тока
к его номинальному значению. С увеличением вторичной нагрузки
предельная кратность уменьшается. Предприятие — поставщик га-
рантирует значение предельной кратности для номинальной нагруз-
ки (номинальная предельная кратность £юн).
Трансформаторы тока устанавливают во всех трех или только
в двух фазах защищаемого элемента. Схемы.соединения вторичных
обмоток трансформаторов тока определяются назначением релей-
ной защиты и требованиями, которые к ней предъявляются.
§ 2.18. Фильтры тока
При нарушении симметричного режима трехфазной системы,
например вследствие несимметричных коротких замыканий, в пол-
ных фазных токах наряду с током прямой последовательности Ц
появляются составляющие обратной последовательности /2 и нуле-
вой последовательности 70 (при коротком замыкании на землю).
Это дает возможность выполнить 'защиту, реагирующую на появ-
ление данных составляющих. Для их выделения из полных фазных
68
токов используют устройства, называемые фильтрами симметрич-
ных составляющих.
Фильтр тока обратной последовательности (ФТОП).
Ток обратной последовательности /2 определяется следующим выражени-
ем [Л.19]:
ilA ~ (Л* + + aic№,
где Iа, 1в и 1с—фазные токи, соответственно фаз А, В н С; а — оператор фа-
зы; a=eil20°.
Таким образом, складывая
геометрически ток 1л с повер-
нутыми против часовой стрелки
на 240° током 1в н на 120° то-
ком 1с, можно выделить из
полных фазных токов составля-
ющую обратной последователь-
ности. При подведении к тако-
му фильтру полных фазных то-
ков или их разностей на его
выходе должен появляться (при
наличии несимметрии) только
ток обратной последовательно-
сти. Составляющие нулевой по-
следовательности в полных
фазных токах равны по вели-
чине и совпадают по направле-
нию, поэтому в разностях фаз-
ных токов, например (/л —/в),
(/в — ic), (1с—1л), эти со-
ставляющие отсутствуют. В
связи с этим для упрощения
фильтра следует включать его
не на фазные токи, а на их
разность.
Существует множество раз-
личных схем фильтров токов
обратной последовательности
[Л.20]. Одним нз ннх является
фильтр, используемый в уст-
ройстве фильтр-реле РТ-2 (рис.
2.51, а). Это устройство со-
стоит ’из трансформатора Тр$,
имеющего две первичные н од-
ну вторичную обмотку, рези-
стора R и трансформатора Трк,
который служит для компен-
Рис. 2.51. Фильтр-реле РТ-2:
a — электрическая схема; б — векторная диаграмма
при питании токами прямой последовательности; в —
векторная диаграмма при питании токами обратной
последовательности
сации токов нулевой последовательности н поэтому включается в схему (замы-
кают зажимы 9 н 11) только при использовании устройства в сетях с большими
токами замыкания на землю. К выходу фильтра (точки пг, п) подключены об-
мотки реле 1Т и 2Т. Первичные обмотки трансформатора Тр$ включаются на пол-
ные фазные токи 1л и 1в так, что иа его вторичной обмотке наводится э. д. с.
£тр, пропорциональная разности этих токов и опережающая вектор (Цл— Iib)
на угол 90° (рис. 2.51, б). Резистор R включен ца ток фазы С. Поэтому падение
напряжения на нем IicR совпадает по направлению с вектором тока /,с.
69
Параметры фильтра подбираются так, чтобы э. д. с. трансформатора £тр и
падение напряжения на сопротивлении hcR были равны по величине. Напряжение
на выходе фильтра равно разности векторов £тр и hcR- При подведении к
фильтру токов прямой последовательности напряжение ДЙ равно нулю, посколь-
ку векторы £тр и hcR совпадают по направлению и равны по величине (рис.
2.51, б). Если же на вход фильтра подать токи обратной последовательности, то
векторы £тр и I?cR сместятся относительно друг друга на 180°, а на выходе
фильтра появится значительное напряжение ДЙ=2£тр, и реле сработает (рис.
2.51, в).
Таким образом, если в токах, подводимых к фильтру, будут содержаться
составляющие прямой н обратной последовательностей, то на выходе фильтра
появится напряжение, пропорциональное только току обратной последова-
тельности.
В сетях с заземленной нейтралью при замыканиях на землю в полных фаз-
ных токах появляются токи нулевой последовательности. Они не оказывают
влияния на величину э. д. с. трансформатора £тр, поскольку она пропорциональна
разности фазных токов. Но ток нулевой последовательности фазы С создает па-
дение напряжения на резисторе R, внося погрешность в работу фильтра. Для
компенсации этого напряжения в схему включают трансформатор Трк, по первич-
ной обмотке которого пропускают утроенный ток нулевой последовательности
3/0; при этом вторичная обмотка включается так, чтобы ее ток при протекании по
резистору R компенсировал падение напряжения от тока нулевой последователь-
ности, содержащегося в токе 1с-
В нормальном режиме и при трехфазных коротких замыканиях к фильтру
тока обратной последовательности подводятся токи, содержащие только состав-
ляющие прямой последовательности. Поэтому в этих режимах ток в реле должен
отсутствовать. Однако, в действительности, за счет погрешностей в работе само-
го фильтра и наличия некоторой несимметрии подводимых токов в обмотке реле
имеется небольшой ток, называемый током небаланса.
Рассмотренный фильтр превращается в фильтр тока прямой последовательно-
сти, если поменять местами токи на входных зажимах 1 и 3 (см. рис. 2.51, а).
Распространение получили также комбинированные фильтры, одновременно
выделяющие составляющие прямой и обратной последовательностей. Такой
фильтр в общем случае можно получить, если расстроить фильтр тока обратной
последовательности, изменяя, например, сопротивление резистора R.
Фильтр тока нулевой последовательности. В соответствии с ме-
тодом симметричных составляющих [Л. 19] ток нулевой последова-
тельности
io=O в-\-1 с)/3.
Сложение токов можно выполнить, если вторичные обмотки
трансформаторов тока, установленных в трех фазах, соединить па-
раллельно одноименными выводами, а к точкам соединения под-
ключить обмотку реле (рис. 2.52). При этом
/р=Л+Л+Л-
Для реальных трансформаторов тока с учетом их токов намаг-
ничивания и коэффициентов трансформации
или
/р— 31о1пт—/нб-
(2.24)
70
Ток нулевой последовательности появляется при замыканиях на
землю. В других режимах через реле протекает только ток неба-
ланса
в
“F нам
с)/«т,
максимальная величина которого может достигать 0,14-0,2 А.
Рассмотренная схема соединения трансформаторов называется
трехтрансформаторным фильтром тока нулевой последовательности.
Применяется также однотрансформаторный фильтр, представ-
ляющий собой специальный трансформатор тока нулевой последо-
вательности (ТИП). Этот трансформатор (рис. 2.53) состоит из
стального сердечника С, на котором располагается вторичная об-
мотка w2. Сердечник надевается на трехфазный кабель К, который
следовательности
Рис. 2.53. Одиотрансформатор-
ный фильтр тока нулевой по-
следовательности
является первичной обмоткой ТНП. Изготовляются также транс-
форматоры тока нулевой последовательности с сердечником прямо-
угольной формы для шинного токопровода.
Первичным током ТНП является сумма фазных токов, проте-
кающих по проводам кабеля или шинам. В нормальном режиме и
при междуфазных коротких замыканиях магнитный поток в сер-
дечнике отсутствует, а э. д. с. вторичной обмотки и ток в реле равны
нулю. При замыкании же на землю эквивалентный первичный ток
/1=#0. Величина его определяется токами нулевой последователь-
ности, так как 1а + 1в+1с — 31о- Наличие этого тока обусловливает
в магнитопроводе поток, который в свою очередь наводит э. д. с.
во вторичной обмотке ТНП; под влиянием э. д. с. в реле протекает
ток. Таким образом, ток в обмотке реле появляется только при за-
мыкании на землю; он пропорционален току нулевой последователь-
ности /0-
Следует отметить, что в действительности в ТНП осуществля-
ется суммирование не токов 1а, 1в и /с, а соответствующих маг-
нитных потоков Фа, Фв и Фс, которые, замыкаясь по магнитопро-
71
воду, образуют результирующий поток первичной обмотки Ф1 =
— Фа + Фв + Фе-
Взаимные индуктивности между проводами фаз защищаемого’
элемента и вторичной обмоткой ТНП не одинаковы, что обусловли-
вает наличие некоторого потока небаланса Фнб в магнитопроводе
и тока небаланса /нб в обмотке реле при нормальной работе и мно-
гофазных коротких замыканиях без земли.
Из сказанного следует, что принципиальным отличием ТНП от
трехтрансформаторного фильтра является то, что его ток небалан-
са определяется только несимметрией расположения проводов фаз
кабелей относительно магнитопровода и вторичной обмотки и обыч-
но не превышает 8-5-10 мА. В трехтрансформаторном же фильтре,
в связи с суммированием вторичных токов, ток небаланса создает-
ся -за счет погрешностей трансформаторов тока, а его величина
определяется суммой их токов намагничивания. В связи с этим то-
ки небаланса трехтрансформаторного фильтра значительно больше
токов небаланса ТНП.
Для повышения чувствительности защиты к ТНП, как и к любо-
му другому фильтру тока, предъявляется требование отдачи мак-
симальной мощности. Это условие обеспечивается при равенстве
сопротивлений фильтра 7ф и реле Zp [Л. 20; 21]. Из схемы заме-
щения ТНП, которая аналогична схеме замещения обычного транс-
форматора тока (см. рис. 2.48, б), 2ф=7'нам-|-22- Поскольку
Z'нам 3>Z2, то можно считать Zф^^Z/нам; тогда условие отдачи мак-
симальной мощности фильтром выполняется при Zv~Z'n3Al. В этом
случае погрешность ТНП достигает величины порядка 50%, так как
нам == 0,5/3'. В связи с такой большой погрешностью пользо-
ваться коэффициентом трансформации ТНП в расчетах нельзя.
Реле в схемах защиты с ТНП должно иметь минимально воз-
можную мощность срабатывания.
§ 2.19. Трансформаторы напряженно схемах
релейной защиты и автоматики
Трансформаторы напряжения, как и трансформаторы тока, обес-
печивают изоляцию реле и цепей вто.ричной коммутации от высо-
кого напряжения, а также позволяют независимо от величины но-
минального первичного напряжения получить стандартную величи-
ну вторичного напряжения, обычно равную 100 В. По устройству и
принципу действия трансформатор напряжения сходен с силовым
трансформатором (рис. 2.54).
Первичная обмотка трансформатора с числом витков гс.»1 вклю-
чается на напряжение сети U\. Под действием этого напряжения по
обмотке wI протекает ток намагничивания /нам, который создает в
сердечнике магнитный поток Ф. Магнитный поток, в свою очередь,
будет наводить в первичной Wi и вторичной w2 обмотках э. д. с. с
действующими значениями соответственно: Е[ = 4,44(сС'1Ф; Е2=
= 4,44/х'2Ф. Отсюда следует, что
72
EjE^wJw^ (2.25)
Отношение wjw2 называется коэффициентом трансформации и
обозначается па. В режиме холостого хода ток /2=0, а ток в пер-
вичной обмотке /1 = /Нам- При этом U2=E2 и напряжение Ui незна-
чительно отличается от э. д. с. Е\. Поэтому можно считать, что
n.H=wllw2=U1lU2. (2.26)
На рис. 2.55 а показана схема замещения, а на рис. 2.55, б —
векторная диаграмма приведенного трансформатора напряжения.
Работа трансформатора с нагрузкой сопровождается протеканием
тока 12 и увеличением по сравнению с холостым ходом тока //.
Рис. 2.55. Схема замещения и векторная
диаграмма однофазного трансформатора
напряжения
Рис. 2.54. Однофазный трансформа-
тор напряжения
Эти токи создают падение напряжения ЕЕ в первичной и вторичной
обмотках, вследствие чего Е2=Е/—&.Е.
Из векторной диаграммы (рис. 2.55, б) следует, что вторичное
напряжение Е2 отличается от приведенного первичного Е/ не толь-
ко по величине, но и по фазе. Поэтому трансформатор имеет две
погрешности:
1) погрешность в величине вторичного напряжения Д(7 =
= (АП/П/) 100%, или, принимая во внимание небольшую величину
угла б (м.енее 1°),
At7=[(«Ht72-t71)/t71]100%; (2.27)
• 2) погрешность в угле, которая определяется углом б между
векторами напряжений Е\ и Е2.
Величины погрешностей трансформатора напряжения определя-
ются падением напряжения А(7, которое увеличивается с ростом
вторичной нагрузки (тока 12). Вместе с ним растут и погрешности.
Поэтому желательным режимом работы трансформатора является
режим, близкий к холостому ходу.
В условиях эксплуатации трансформатор напряжения может ра-
ботать ~ оазличными погрешностями. В зависимости от величины
73
этих погрешностей ГОСТом установлены четыре класса точности:
0,2; 0,5; 1 и 3. Эти цифры соответствуют погрешности трансформа-
тора в величине вторичного напряжения в процентах.
Номинальная мощность трансформатора отнесена к определен-
ному классу точности. Однако по условию нагрева он может допу-
скать перегрузки в несколько раз, выходя при этом из заданного
класса точности.
Начала и концы обмоток трансформатора напряжения маркиру-
ются в соответствии с правилом, которое было изложено i>pn рас-
смотрении трансформаторов тока (см. § 2.17). Принято обозначать:
А — начало первичной обмотки; а — начало вторичной обмотки;
X — конец первичной обмотки; х — конец вторичной обмотки.
Для трансформаторов напряжения, как и для трансформаторов
тока, в зависимости от принятого положительного направления то-
ка и напряжения можно построить векторные диаграммы с совпа-
дающими или противоположно направленными векторами вторич-
ного t?2 и приведенного первичного J7/ напряжений. Погрешности
при этом не учитываются. Для анализа релейной защиты более
удобной является векторная диаграмма с совпадающими векторами
Съ и О\. В схемах защиты реле включаются на фазные и между-
фазные напряжения, а также на напряжения нулевой и обратной
последовательностей. Для получения этих напряжений используют-
ся однофазные или трехфазные трансформаторы напряжения и
фильтры напряжения обратной последовательности.
Трансформаторы в этом случае имеют различные схемы соеди-
нения обмоток, при выполнении которых придерживаются следую-
щих правил:
в случае включения первичных обмоток на фазные напряжения
их начала присоединяются к соответствующим фазам, а концы объ-
единяются в звезду и соединяются с землей;
при включении первичных обмоток на междуфазные напряже-
ния их начала присоединяются к предыдущим, а концы к после-
дующим фазам в порядке их электрического чередования.
Включение однофазного трансформатора напряжения (рис. 2.56,
а). Первичная обмотка трансформатора включается на напряже-
ние двух любых фаз. Такая схема применяется в тех случаях, когда
достаточно иметь одно междуфазное напряжение между двумя ка-
кими-либо фазами, например напряжение UBc-
Схема соединения обмоток трансформаторов напряжения в от-
крытый треугольник (рис. 2.56, б). Первичные обмотки двух одно-
фазных трансформаторов напряжения включаются на два любых
междуфазных напряжения. Вторичные обмотки соединяются после-
довательно. Такая схема дает возможность включать реле на все
междуфазные напряжения (реле /Я, 2Н, ЗН) и на напряжения фаз
по отношению к нулевой точке системы междуфазных напряжений.
В последнем случае включение может быть выполнено тремя реле,
обмотки которых имеют равные сопротивления и соединены в звез-
ду (реле 4Н, 5Н, 6Н). Схема соединения двух однофазных транс-
форматоров в открытый треугольник является наиболее распростра-
74
ненной. Она не может применяться в тех случаях, когда для
защиты необходимо иметь фазные напряжения по отношению
к земле.
Схема соединения обмоток трансформаторов напряжения в
звезду (рис. 2.56, в). Эта схема, как и рассмотренная схема соеди-
нения обмоток в открытый треугольник, дает возможность вклю-
Рис. 2.56. Основные схемы соединения обмоток трансформато-
ров напряжения
75
чать реле на любые междуфазные напряжения (реле 1Н, 2Н, ЗН)
и на напряжения фаз по отношению к нулевой точке системы (ре-
ле 4Н, 5Н, 6Н), а также по отношению к земле, т. е. на любые
фазные напряжения (реле 7Н, 8Н, 9Н).
Рассматриваемая схема может быть выполнена посредством
трех однофазных трансформаторов напряжения или одного трех-
фазного пятистержневого. Применение трехфазных трехстержне-
вых трансформаторов напряжения в данном случае не допускается
в связи с тем, что при замыкании на землю в сети по первичным
обмоткам трансформатора через его заземленную нейтраль проте-
кают большие токи намагничивания нулевой последовательности и
трансформатор сильно перегревается.
Схема соединения обмоток трансформаторов напряжения в
фильтр напряжения нулевой последовательности (рис. 2.56, г). На-
пряжения отдельных последовательностей можно выделить из пол-
ных фазных напряжений посредством фильтров напряжений сим-
метричных составляющих. Так, для получения напряжения нулевой
последовательности Uo первичные обмотки трансформаторов долж-
ны соединяться в звезду с заземленной нейтралью. Полученные
при этом вторичные фазные напряжения суммируются путем сое-
динения вторичных обмоток в разомкнутый треугольник, к которо-
му подключается реле (см. рис. 2.56, г). Напряжение на обмотке
реле
6гр = (^д+47в4-47с)/ян=3^о/«н-
При отсутствии в полных фазных напряжениях составляющих ну-
левой последовательности напряжение на выходе разомкнутого
треугольника близко к нулю.
В связи с погрешностью трансформаторов напряжения, наличи-
ем в первичных напряжениях гармоник, кратных трем, и по другим
причинам на зажимах разомкнутого треугольника в нормальном
режиме будет иметь место напряжение небаланса Uns, величина
которого обычно не превышает 34-4 В (при замыкании на зем-
лю максимальное напряжение на зажимах фильтра 3(/омакс =
= 100 В).
Обычно трансформаторы напряжения изготовляются с двумя
вторичными обмотками, одна из которых может быть использова-
на в схеме соединения звезды, а другая — разомкнутого треуголь-
ника (рис. 2.56, <Э). В системах с заземленной нейтралью напряже-
ние на зажимах разомкнутого треугольника при замыкании на
землю не превышает фазного t/ф, а в системах с изолированной
нейтралью оно может достигать 317ф. Поэтому номинальное вто-
ричное фазное напряжение обмоток, соединяемых в треугольник,
принимается равным 100 В, если трансформатор устанавливается
в системе с большими токами замыкания на землю (нейтраль за-
землена), и равным 100/3 В, если трансформатор устанавливается
в системе с малыми токами замыкания на землю (нейтраль изоли-
рована).
76
Фильтр напряжения обратной последовательности.
Напряжение обратной последовательности можно выделить при помощи
фильтра напряжения обратной последовательности (ФНОП). Междуфазные на-
пряжения £/«ь, ОЬс, Оса, как известно, не содержат составляющих нулевой по-
следовательности. Поэтому, с точки зрения упрощения конструкции фильтра, целе-
сообразно включать его не на фазные, а на линейные напряжения.
Наибольшее распространение получили фильтры, состоящие из активно-емко-
стных цепей. Электрическая цепь из последовательно соединенных R и X
(рис. 2.57) дает возможность получать напряжения Un=IR и Ux=IX, пропор-
циональные подведенному (7, ио смещенные относительно него на некоторые углы
в сторону опережения (t/л) и в сторону отставании (Ох). Величина этих углов
определяется соотношением сопротивлений R и X, а угол между Or и Ох во
Рис. 2.57. Активно-емкостная цепь и ее век-
торная диаграмма напряжений
всех случаях остается равным 90°. Таким образом, напряжения О, Or и Ох обра-
зуют прямоугольный треугольник, опирающийся на диаметр окружности U с
вершиной, скользящей по дуге этой окружности прн изменении соотноше-
ния R и X.
Рис. 2.58. Фильтр напряжения обратной
последовательности с активно-емкостны-
ми сопротивлениями плеч
Фильтр напряжения обратной последовательности с активно-емкостными эле-
ментами состоит из двух аналогичных электрических цепей, образующих два
«плеча» а и с, включенных соответственно на напряжения Оаь и иье (рис. 2.58).
77
При этом вершине прямоугольного треугольника напряжений в «плече» а соот-
ветствует точка т, а в «плече» с — точка п. Эти точки являются выходными за-
жимами фильтра. Сопротивления плеч фильтра Ха, Ra и Хс, Rc подбираются
таким образом, чтобы при подводе к фильтру (зажимы а, Ь, с) междуфазных
напряжений, не содержащих составляющих обратной последовательности, на его
выходных зажимах (между точками тип) напряжение trmn равнялось нулю.
В этом случае на векторной диаграмме фильтра точки тип совпадают (рис.
2.59, а). .
При построении векторной диаграммы прежде всего изображаются векторы
подведенных к «плечам» фильтра напряжений, в данном случае напряжений пря-
мой последовательности О^ьа и t/иь. Затем для каждого «плеча» строят тре-
угольник напряжений с учетом принятых направлений токов «плеч» 7. и /с. Из
полученных треугольников можно определить соотношения сопротивлений «плеч»
Ra, Ха И Rc, Хс:
для «плеча» а
laRal^aXa) = 0,5V3'/0,5, нлн Ra = /з"ха;
для «плеча» с
/С/?С/(7СХС) = О,5/(о,5]/3~~), или /?с = Хс/УТ.
В фильтре конденсаторы имеют стандартные емкости, а активные сопротив-
ления выполняются с плавной регулировкой, позволяющей получить расчетные
Рис. 2.59. Векторные диаграммы фильтра напряжения
обратной последовательности
соотношения сопротивлений. Абсолютная величина сопротивлений определяется
конкретным расчетом фильтра, исходя из условия отдачи максимальной мощности
[Л.20; 21]. Это достигается при равенстве по абсолютной величине сопротивле-
ния реле Zp, подключаемого к фильтру, и внутреннего сопротивления фильтра
7К.Ф, замеренного со стороны вторичных зажимов при закороченных первичных,
т. е. Zp = ZK-(j).
Векторная диаграмма напряжений обратной последовательности отличается
от векторной диаграммы напряжений прямой последовательности тем, что меж-
дуфазные напряжения Uba и Uca меняются местами, а напряжение (Ль повора-
чивается на 180° (рис. 2.59, б). При этом изменяют положение и треугольники на-
пряжений, а их вершины тип смещаются относительно друг друга.
Напряжение итп между точками тип является напряжением на выходе
фильтра в режиме, когда его выходные зажимы разомкнуты. Оно пропорцио-
78
нально подведенному напряжению обратной последовательности. Нетрудно дока-
зать, что
^mn=l,5C/2a^60’-
В общем случае, когда в подведенных к фильтру напряжениях будут содер-
жаться составляющие прямой и обратной последовательностей, анализ работы
фильтра проводится аналогично. При этом на его разомкнутых выходных зажи-
мах т и п появляется напряжение Umn, пропорциональное только напряжению
обратной последовательности U2, т. е.
Umn —
где тх.х — коэффициент пропорциональности, называемый отношением, холосто-
го хода.
В нормальном симметричном режиме и при трехфазных коротких замыкани-
ях на выходе фильтра имеется небольшое напряжение (не более 1Д-2 В), на-
зываемое напряжением небаланса UHs, которое определяется погрешностью в
работе самого фильтра и наличием некоторой несимметрии в напряжении.
Погрешность в работе фильтра увеличивается при отклонении частоты, так
как при этом изменяется сопротивление конденсаторов плеч фильтра и нарушает-
ся расчетное соотношение между R и X.
Выполнение вторичных цепей трансформаторов напряжения и
контроль за их состоянием. Исходя из требований техники безопас-
ности, вторичные обмотки трансформаторов напряжения в установ-
ках напряжением 500 В и выше должны обязательно заземляться.
Предохранители с первичной стороны трансформаторов напряже-
ния не защищают их от перегрузок и коротких замыканий в их
вторичных цепях. Поэтому все незаземленные провода, подключае-
мые ко вторичным обмоткам трансформаторов напряжения, соеди-
няются с ними через низковольтные плавкие предохранители или
малогабаритные автоматы. Последние являются более быстродей-
ствующими; они надежнее и удобнее предохранителей.
При наличии двойной системы шин и соответственно двух групп
трансформаторов напряжения переключение какого-либо присоеди-
нения с одной системы шин на другую должно сопровождаться
также переключением цепей напряжения его защиты на трансфор-
матор напряжения-другой системы шин. Это переключение выпол-
няется обычно с помощью реле-повторителей, управляемых блок-
контактами разъединителей. При этом возможны обрывы в цепях
напряжения. Нарушения эти будут т.акже иметь место при перего-
рании предохранителей или срабатывании автоматов. Все это мо-
жет повлечь за собой неправильное действие некоторых защит, ко-
торые поэтому должны снабжаться специальными устройствами,
автоматически выводящими их из действия при нарушениях цепей
напряжения. В тех случаях, когда эти нарушения непосредственно
не приводят к неправильной работе защиты, достаточно иметь
только устройство, сигнализирующее об исчезновении напря-
жения.
Рассмотрим некоторые схемы таких устройств [Л. 8, 22]. Сигна-
лизация в схемах с соединением обмоток трансформаторов в звез-
79
ду и открытый треугольник может быть выполнена при помощи
ламп (рис. 2.60, а) или минимальных реле напряжения. Такие
устройства будут приходить в действие при снижении напря-
жения по любой причине, в том числе и при коротких замыка-
ниях в сети.
В схемах соединения обмоток трансформаторов в звезду с за-
земленной нулевой точкой широкое распространение получило уст-
ройство с включением реле на фильтр напряжения нулевой после-
довательности. Это реле будет срабатывать при появлении напря-
жения нулевой последовательности по любой причине, в том числе
и при замыканиях на землю в сети. Поэтому в таком виде схема
не может быть использована для автоматического вывода защиты
из действия.
В сетях с большими токами замыкания на землю устройство до-
полняется реле тока, включенным на ток нулевой последовательно-
сти. При коротком замыкании на землю в первичной сети реле сра-
батывает и размыкает цепь обмотки реле напряжения, тем самым
предотвращая его действие. При повреждении в цепях напряжения
реле тока не срабатывает. Недостатком устройства является не-
действие его при перегорании предохранителей во всех трех фазах
и при обрыве нулевого провода. Этот недостаток может быть ус-.
Рис. 2.60. Схемы устройств, контролирующих исправность
цепей напряжения
транен путем параллельного включения емкости 4С к одному из
предохранителей (см. рис.2.60,б). В результате к обмотке реле под-
водится напряжение, достаточное для срабатывания при перегора-
нии предохранителей во всех трех фазах.
80
§ 2.20. Оперативный ток
Защиты с реле косвенного действия могут быть выполнены
только при наличии оперативного тока, который необходим для пи-
тания отключающего устройства выключателя и вспомогательных
реле защиты. Оперативный ток требуется и для питания цепей ди-
станционного управления выключателями, а также в схемах авто-
матики, телемеханики и сигнализации. Из этого следует, что источ-
ник оперативного тока должен быть постоянно готов к действию, а
его напряжение и мощность должны иметь достаточную величину
для действия реле защиты и автоматики, для надежного отключе-
ния и включения соответствующих выключателей независимо от
состояния системы электроснабжения.
На электрических станциях, а также на крупных подстанциях
источниками оперативного тока в настоящее время являются в ос-
новном вспомогательные установки постоянного тока, состоящие из
аккумуляторной батареи и зарядного агрегата со стандартными но-
минальными напряжениями 220, 110, 48 и 24 В. Монтаж дорого-
стоящих аккумуляторных батарей, а также значительный расход
контрольного кабеля требуют дополнительных капитальных затрат.
Аккумуляторные батареи сложны в эксплуатации и требуют тща-
тельного ухода. В Советском Союзе разработаны и находят приме-
нение устройства с использованием переменного и выпрямленного
оперативного тока [Л. 23, 24]. При этом появляется возможность
отказаться от дорогостоящих аккумуляторных батарей, сократить
расход контрольного кабеля, упростить схему оперативного тока и
схемы защит, а в целом удешевить и ускорить строительство новых
объектов, а также облегчить их эксплуатацию.
В качестве источников переменного оперативного тока могут
быть использованы трансформаторы тока, трансформаторы напря-
жения, трансформаторы собственных нужд.
Для надежного действия защиты необходимо, чтобы величина
максимальной отдаваемой мощности трансформаторов тока при
минимальном токе короткого замыкания была достаточной для пи-
тания оперативных цепей защиты, включая потребляемую мощность
реле и отключающей катушки выключателя. Как показывают рас-
четы [Л. 24] и накопленный энергосистемами опыт, это обеспечива-
ется на присоединениях, оборудованных выключателями с грузо-
выми и пружинными приводами.
Когда ток короткого замыкания оказывается недостаточным
для получения необходимой мощности, в качестве дополнительного
источника питания используют трансформаторы напряжения или
трансформаторы собственных нужд.
При недостаточной отдаваемой мощности трансформаторов тока
для действия катушки отключения можно использовать также раз-
ряд предварительно заряженных конденсаторов. Трансформаторы
напряжения и трансформаторы собственных нужд нельзя самостоя-
тельно применять в качестве источников питания оперативных це-
пей защиты от коротких замыканий, поскольку при возникновении
81
коротких замыканий могут иметь место значительные понижения
напряжения. Исключение могут составлять защиты, действующие
при повреждениях и ненормальных режимах, не сопровождающих-
ся снижением междуфазного напряжения в системе. Трансформа-
торы напряжения и трансформаторы собственных нужд можно ис-
пользовать как надежные источники оперативного тока в схемах
автоматики и управления, поскольку на включение выключателей,
как правило, автоматика действует при наличии напряжения на
шинах.
Непосредственное питание оперативной цепи защиты от вторич-
ной обмотки трансформатора тока (схема с дешунтированием ка-
тушки отключения выключателя). В данном случае трансформато-
ры тока используются как для питания токовых цепей защиты, так
и для питания катушки отключения выключателя. Схема выполня-
ется так, что катушка отключения КО подключается к трансфор-
матору тока ТТ только при срабатывании защиты (рис. 2.61). При
этом для предотвращения разрыва цепи трансформатора тока ис-
пользуют реле с переходным контактом, например реле РТ-85. Сра-
батывание реле сопровождается переключением переходного кон-
такта. В процессе переключения сначала катушка отключения вы-
ключателя В подключается к трансформатору тока (замыкается
нижний контакт), а затем она дешунтируется (размыкается верх-
ний контакт). Выключатель отключится, если ток в катушке от-
ключения окажется достаточным для ее срабатывания.
Отечественная промышленность вы-
пускает устройства и реле, позволяющие
выполнить такую защиту на большинст-
ве присоединений 24-35 кВ, оборудован-
ных выключателями с легкими привода-
ми (ПРБА, ПП-61, ПГ-10 и др.).
Питание оперативных цепей выпрям-
ленным током трансформаторов тока,
трансформаторов напряжения и транс-
форматоров собственых нужд. Для этой
цели используют блоки питания и заря-
да— блок напряжения типа БПЗ-401,
подключаемый к трансформатору напря-
жения или трансформатору собственных
нужд, и блок тока типа БПЗ-402, подклю-
чаемый к трансформаторам тока (рис.
2.62, а и б). Блоки содержат двухполупё-
риодные выпрямительные мосты, осу-
ществляющие выпрямление напряжения,
которое затем подводится к оперативным
цепям защиты. При этом они работают в
режиме питания.
Блоки питания БПЗ-401 и БПЗ-402 можно использовать как для
раздельной, так и для совместной работы. В последнем случае
осуществляется суммирование мощности на стороне выпрямленно-
Рис. 2.61. Принципи-
альная однолинейная
схема максимальной
токовой защиты с не-
посредственным пита-
нием оперативных це-
пей переменного тока
от вторичной обмотки
трансформатора тока
82
го напряжения (рис. 2.62, в, г, д), а оперативные цепи защиты вы-
полняют так же, как и в схеме на оперативном постоянном токе
(см. рис. 2.13). При использовании только блока БПЗ-402 блок-кон-
такт в цепи катушки отключения выключателя не нужен, так как
после отключения короткого замыкания напряжение на выходе бло-
ка исчезает.
Питание оперативных цепей от предварительно заряженного
конденсатора. Заряд конденсатора производится блоками БПЗ-401
и БПЗ-402. В режиме заряда к блокам можно также подключить
небольшую нагрузку. Схема выполняется так, что предварительно
Рис. 2.62. Схемы включения блоков питания:
а — блока БПЗ-402; б — блока БПЗ-401; в — блока БПЗ-402
совместно с блоком БПЗ-401; г — двух блоков БПЗ-402; д —
блока БПЗ-402 совместно с двумя блоками БПЗ-401
(
83
заряженный конденсатор замыкается на катушку отключения толь-
ко при срабатывании защиты (рис. 2.63). Емкость конденсатора
подбирают такой, чтобы ток разряда оказался достаточным для
действия катушки отключения.
Рис. 2.63. Принци-
пиальная одноли-
нейная схема мак-
симальной токо-
вой защиты, име-
ющей ограничен-
но зависимую ха-
рактеристику, с ис-
пользованием
предварительно за-
ряженного конден-
сатора
В отличие от схемы на постоянном оперативном токе (см.
рис. 2.13) в цепи катушки отключения выключателя блок-контакт
не предусматривается, так как ток разряда конденсатора при сра-
батывании защиты протекает кратковременно и разрывать его кон-
тактом реле не приходится.
ГЛАВА III
ДИСТАНЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ
И СИГНАЛИЗАЦИЯ
§ 3.1. Общие сведения
Применяемые в электроустановках различные коммутационные
аппараты (автоматы, выключатели и др.) действуют не только при
срабатывании релейной защиты или автоматики, но и при неавто-
матическом (оперативном) управлении электрооборудованием.
В зависимости от того, откуда ведется это управление, различают
схемы местного управления (с места установки аппарата), дистан-
ционного управления (со щита или пульта, удаленного от аппарата
на несколько десятков или сотен метров) и телеуправления (с пунк-
та, удаленного от аппарата на десятки и сотни километров). При
этом схемы оперативного управления, защиты и автоматики явля-
ются взаимозависимыми из-за наличия общих элементов. Схемы
защиты, автоматики и телемеханики будут понятнее, если сначала
рассмотреть схемы дистанционного управления.
Чтобы управлять аппаратом дистанционно, на щите управления
необходимо иметь устройства сигнализации положения оператив-
ных аппаратов. Кроме сигнализации положения применяются и дру-
гие виды сигнализации: аварийная — о действии релейной защиты
на отключение; предупреждающая — о появлении ненормального
режима, требующего вмешательства персонала (при повышении
температуры масла в трансформаторе; при появлении замыкания
на землю в сети с изолированной нейтралью или в цепях оператив-
ного постоянного тока; при снижении давления в резервуарах ком-
прессорных установок и др.); командная (на тепловых электро-
станциях) — для передачи в машинный зал основных распоряжений
и получения подтверждений об их исполнении.
Сигнализация выполняется со звуковыми и со световыми сигна-
лами. Аппаратура звуковой сигнализации и некоторые другие уст-
ройства являются общими для всех присоединений одного щита
управления, поэтому их называют устройствами центральной сиг-
нализации. Световая сигнализация является индивидуальной и ука-
зывает на место возникновения ненормального режима или на его
характер. Она может выполняться в виде мигающего света. При
этом сигнальные лампы подключаются к шинкам мигающего света
(ШМ), а схемы звуковой сигнализации -— к шинкам звуковой ава-
рийной сигнализации (ШЗА) и шинкам звуковой предупредитель-
ной сигнализации (ШЗП).
Цепи схем дистанционного управления также присоединяются к
нескольким системам шинок: цепи управления — к шинкам управ-
ления (ШУ), цепи катушек включения выключателей -— к шинкам
включения (ШВ). Для питания всех указанных шинок применяется
постоянный или переменный оперативный ток.
85
§ 3.2. Основная аппаратура устройств
дистанционного управления
и сигнализации
Ключи управления. В схемах дистанциоииого управления высоковольтными
выключателями в качестве органов управления наиболее часто применяют ключи
управления типов КВФ (ключ с возвратом и фиксированным положением руко-
ятки) и КСВФ (то же, что и КВФ, но со светящейся лампой в рукоятке). Кон-
тактная система ключа состоит из набора стандартных пакетов, содержащих че-
тыре неподвижных и один подвижный контакт. Подвижные контакты насажены
на общий валик и в пакетах различных типов имеют разное коиструктивиое вы-
полнение: одни из них жестко соединены с валиком, а другие имеют свободный
ход относительно валика на некоторый угол (45, 90 и 135°). Кроме того, подвиж-
ные контакты могут иметь различную форму. Применение в ключе управления
контактных пакетов того или иного типа зависит от назначения контактов:
оперативные контакты замыкаются только иа время подачи команд и автомати-
чески размыкаются при пружинном возврате валика с рукояткой; сигнальные
контакты переключаются при переводе рукоятки из одного фиксироваииого поло-
жения и другое; аварийные контакты размыкаются иа время подачи команды на
включение.
При дистанционном включении выключателя рукоятка ключа управления
последовательно занимает три положения, соответствующие трем этапам процес-
са включения: ручной поворот рукоятки на 90° по часовой стрелке (положение
«предварительно включено», произошло переключение сигнальных контактов);
дополнительный ручной поворот в ту же'сторону на 45° (положение «включить»,
замкнулись оперативные контакты); самовозврат в обратную сторону на 45° под
действием пружины (положение «включено», оперативные контакты разомкну-
лись). Такой порядок выполнения операции включения способствует предотвра-
щению ошибок персонала.
Дистанционное отключение выполняется в обратном порядке, и ему соответ-
ствуют еще три положения рукоятки ключа: «предварительно отключено»; «от-
ключить», «отключено». Эти шесть положений рукоятки на схемах дистанцион-
ного управления часто обозначаются буквами: — «предварительно включено»;
В2 — «включить»; В — «включено»; О! — «предварительно отключено»; О2 —
«отключить»; О — «отключено».
Положения, занимаемые рукояткой ключа управления типа КВФ, и его ус-
ловное обозначение для одного из вариантов набора пакетов показаны на рис. 3.1.
Горизонтальные линии в обозначении ключа соответствуют переключаемым цепям,
а вертикальные пунктирные линии — положениям рукоятки ключа. Точки, стоя-
щие на пунктирных линиях иозле отдельных цепей, показывают, в каких именно
положениях контакты ключа в этих цепях оказываются замкнутыми. Например,
в положении рукоятки «отключено» замкнуты контакты 2—4, 11—10, 14—15.
20—18 и 24—22. Стрелки в верхней части показывают направления самовозврата
рукоятки.
Сигнально-блокировочные контакты. Хотя рукоятка ключа и является со-
ставным'элементом мнемосхемы, в процессе управления выключателем она ино-
гда занимает положения «предварительно включено» или «предварительно от-
ключено», которые не соответствуют действительному положению выключателя.
Такое же несоответствие имеет место после отключения выключателя защитой
(рукоятка осталась в положении «включено») или после включения устройствами
автоматики выключателя, ранее отключенного вручную (рукоятка осталась в по-
ложении «отключено»). Поэтому на щит управления должны поступать сигналы о
действительном положении выключателя. Для получения таких сигналов исполь-
зуют сигнально-блокировочные контакты типа КСА (контакты сигнальные аппа-
ратные), устанавливаемые на приводе выключателя. Контакты типа КСА приме-
няются также в цепях сигнализации положения разъединителей и в схемах раз-
личных электрических блокировок. Другим типом сигнально-блокировочных кон-
тактов являются контакты КСУ (с ускорением), включаемые в цепи включения
и отключения выключателей. Эти контакты не меняют своего положения почти
в течение всего хода привода и переключаются (действуют ускоренно) лишь в
86
обеспечивается с помощью специального
управления блок-контактамн КСУ огранн-
в катушках приводов, а также облегчает
конце хода. Такая работа контактов
рычага-ускорнтеля. Размыкание цепей
чнвает длительность протекания тока
работу других контактов в тех же цепях: оперативных контактов ключа управле-
ния, контактов релейной защиты и автоматики.
На электрических схемах сигнально-блокировочные контакты часто обозна-
чают буквами БК-
Устройства сигнализации. От блок-контактов КСА сигналы положения вы-
ключателей и разъединителей поступают на щит управления. Сюда же приходят
и сигналы от реле, фиксирующих возникновение ненормального режима работы,
установленных на контролируемом оборудовании. Все эти сигналы воспроизво-
дятся на щите с' помощью специальных устройств звуковой и световой сигнали-
зации. К устройствам звуковой сигнализации относятся сирены, звонки и дина-
мические громкоговорители. Одновременное приме-
нение разных устройств сигнализации позволяет
легко отличать друг от друга действие различных
видов сигнализации.
Для световой сигнализации на щитах управле-
ния устанавливаются лампы накаливания с цветны-
ми светофильтрами и световые табло. В схемах ди-
станционного управления с ключом управления типа
КСВФ в его рукоятке монтируется лампа белого све-
та, по характеру горения которой (ровный свет или
мигание) можно судить о соответствии (или несоот-
ветствии) положений выключателя и рукоятки ключа
управления. При использовании ключа управления
типа КВФ применяют две лампы: красную и зеле-
ную. Горение красной лампы сигнализирует о вклю-
ченном положении выключателя, горение зеленой —
об отключенном (или наоборот). Иногда применяют
третью лампу (с желтым светофильтром), сигнали-
зирующую только об аварийных отключениях.
Для бесконтактных устройств релейной защиты и
автоматики в качестве устройств световой сигнали-
зации можно использовать тиратроны с холодным
катодом типа МТХ-90 [Л.25] и электролюминесцент-
ные индикаторы [Л.26]—плоские конденсаторы с ди-
электриком, в который входит электролюминофор.
При,- подключении такого индикатора к источнику
напряжения повышенной частоты (несколько сотен
герц) возникает свечение люминофора, которое мож-
но наблюдать сквозь электрод конденсатора, выпол-
ненный из прозрачной проводящей пленки. Так как
электролюминесцентные индикаторы имеют сравни-
тельно небольшой срок службы, то схемы сигнализа-
ции на их основе работают по вызову: свечение ин-
дикаторов начинается после нажатия вызывной
—j—i%2Z6-
кнопки.
Контакторы. В тех случаях, когда коммутацион-
ная способность контактов ключа управления оказы-
вается недостаточной, схема дистанционного управле-
ния дополняется контакторами — аппаратами, кото-
рые способны коммутировать значительные токи.
вНВШЙШ
о b2 в
-I--1—ф! J>
I I ! *
-I--1---фэ 8<j>
4--^>6 7^
I t I I
--i-
* т f i
-I-1—10^
-•-1—6s .<
Illi
iаФ-
p-r-f 4
-I-i-C?1S 159-
Рис. 3.1. Положе-
ння, занимаемые
рукояткой ключа
управления типа
КВФ и его услов-
ное обозначение
По своей конструкции контакторы сходны с промежуточными реле, отличаясь
от них большими размерами и наличием дугогасительных устройств у главных
контактов. Кроме главных контактов контакторы имеют дополнительные блок-кон-
такты, включаемые в цепи управления и сигнализации. Существуют конструкции
контакторов, в которых контактная система удерживается в замкнутом состоянии
с помощью специальной защелки. Такие контакторы имеют две катушки управле-
ния: включающую и отключающую. Ток в эти катушки подается только на время
включения или отключения.
87
Комплектное устройство, состоящее из трехполюсного контактора перемен-
ного тока н двух тепловых реле, называют магнитным пускателем. Магнитные
пускатели предназначаются в основном для управления короткозамкнутыми асин-
хронными двигателями. Тепловые реле пускателя защищают двигатель от. дли-
тельных перегрузок, разрывая цепь удерживающей катушки.
От автюматики
ЛВ
ВК
,Вкл II
/ГЛ/? р
^.Откл БКг *
,Г
"ТТПГ
бм^бк5
IDf-----
кв
Рис. 3.2. Схема дистанционного
управления автоматом

§ 3.3. Дистанционное управление
автоматами
В большинстве случаев низковольтные автоматы имеют местное
управление. Дистанционно можно отключать только автоматы,
снабженные независимыми или минимальными расцепителями.
Автоматы на большие токи должны иметь большое контактное
давление, и их включение обычно осуществляется с помощью элект-
ропривода. Такие автоматы можно
включать дистанционно. В качестве
примера на рис. 3.2 приведена схе-
ма дистанционного управления и си-
гнализации, составленная примени-
тельно к автоматам серии «Элект-
рон» на 10004-4000 А [Л. 27].
Прежде чем рассматривать вза-
имодействие элементов этой схемы,
остановимся' на особенностях рабо-
ты входящих в нее блок-контактов,
связанных с приводом автомата. Та-
кие же блок-контакты имеют пру-
жинно-грузовые приводы высоко-
вольтных выключателей, к которым
в равной мере относится все, что бу-
дет говориться об автоматах при
дальнейшем описании работы блок-
контактов. В зависимости от того, с
какими деталями или узлами привода связаны блок-контакты, их
можно разделить на три группы:
первая группа . связана с механизмом натяжения включающей
пружины и переключается при изменении состояния пружины.
Блок-контакты, разомкнутые при ненатянутых пружинах и замы-
кающиеся только в момент их полного'натяжения, получили назва-
ние контактов готовности привода (КГП). Другие блок-контакты,
связанные с пружиной, действуют в обратном порядке и использу-
ются в качестве -конечного выключателя (ВК) в цепи электродви-
гателя, заводящего включающую пружину;
вторая группа связана с кнопкой местного отключения и с неза-
висимым расцепителем автомата. При местном или дистанционном
отключении эти блок-контакты размыкаются, но остаются замкну-
тыми при отключении автомата максимальными расцепителями.
Через такие блок-контакты можно подавать сигнал аварийного от-
ключения автомата, поэтому они получили название аварийных
блок-контактов (БКА). Такие же блок-контакты удобно включать
88
в цепи автоматики (например, осуществлять через них ее пуск).
Возврат блок-контактов БКА в исходное положение производится
вручную путем нажатия на специальный шток;
третья группа связана с валом привода и переключается при
изменении положения автомата по любой причине. Эти блок-кон-
такты (БК) можно использовать в цепях управления и сигнали-
зации.
В изображенной на рис. 3.2 схеме блок-контакты КГП и ВК по-
казаны в положении, соответствующем полностью заведенной-
включающей пружине. Натяжение пружины осуществляется элект-
родвигателем М за 6-У10 с; в течение этого времени блок-контакт
КГП остается разомкнутым, не допуская включения автомата при
неполностью натянутой пружине. По окончании натяжения пружи-
ны блок-контакт КГП подготовляет цепь электромагнита включе-
ния, а конечный выключатель ВК размыкаем цепь электродвига-
теля М.
При нажатии на кнопку включения Вкл. (или при действии
включающей автоматики) катушка включения КВ освобождает за-
пирающую защелку включающей пружины, и автомат включается.
Блок-контакты КГП и ВК переключаются, и электродвигатель М
снова натягивает пружину, подготовляя ее к следующему включе-
нию автомата.
В конце операции включения цепь катушки КВ размыкают
контакты- БК1- Этим предотвращается обгорание контактов кнопки
Вкл.'Аналогичную роль выполняет блок-контакт Б Кг, облегчающий
работу кнопки Откл. в цепи катушки независимого расцепителя
Ри.
Сигнализация включенного положения автомата осуществляет-
ся лампой ЛВ, при дистанционном или местном отключении заго-
рается лампа <770, а при аварийном отключении загораются лампы
<770 и ЛАО и раздается звуковой сигнал. Цепь электродвигателя,
цепи управления и цепи сигнализации получают питание от общих
шинок, подключаемых либо к источнику постоянного оперативного
тока, либо к той же сети, в которой установлен автомат.
§ 3.4. Дистанционное управление
контакторами
Типовая схема управления нереверсивным магнитным пускате-
лем показана на рис. 3.3, а. Магнитный пускатель состоит из кон-
тактора К и тепловых реле IT, 2Т. В цепь удерживающей катушки
контактора включены кнопки управления Вкл. и Откл. После на-
жатия на кнопку Вкл. контактор срабатывает и подает напряжение
к нагрузке. Отпускание кнопки Вкл. не ведет к отключению кон-
тактора, так как он самоудерживается через свои блок-контакты К,
включенные параллельно кнопке. Удерживающая катушка К пита-
ется напряжением первичной цепи. Если это напряжение выше
380 В, то цепи управления следует питать либо от постороннего
89
источника низкого напряжения, либо от промежуточного понижаю-
щего трансформатора.
Для отключения пускателя необходимо кратковременно нажать
на кнопку Откл. При перегрузке оборудования, включаемого через
магнитный пускатель, тепловые реле 1Т и 2Т срабатывают и раз-
мыкают цепь удерживающей катушки. Исчезновение или значи-
тельное снижение напряжения также приводит к отключению пу-
скателя. Если отключение контактора при исчезновении или сни-
жении напряжения недопустимо, то вместо кнопок управления с
Рис. 3.3. Схемы управления контакторами:
а— магнитным пускателем; б — контактором с защелкой
самовозвратом следует применить ключ с двумя фиксированными
положениями или использовать контактор с защелкой.
Схема управления контактором с защелкой показана на
рис. 3.3, б. При включении контактора кнопкой Вкл. сердечник ка-
тушки включения КВ втягивается и поворачивает вал контактора.
Блок-контакты БТС и БК2 переключаются, причем БК2 подготовля-
ет цепь отключения, а БК\ размыкает цепь катушки КВ. После
этого контактор оказывается запертым на защелку, которая при
запирании контактора одновременно переключает свои блок-кон-
такты: БКО\ размыкается, а БКО2 замыкается.
' При подаче кнопкой Откл. отключающего сигнала он одновре-
менно поступает в катушку отключения КО и катушку включения
КВ. Последняя несколько смещает подвижную систему контактора
в сторону включения и освобождает зажатую до этого защелку.
После этого сердечник катушки КО легко сдвигает защелку, и кон-
90
тактор отключается. Блок-контакты контактора и защелки переклю-
чаются, и схема готова к новому включению.
Сигнализация положения осуществляется лампами ЛВ и ЛО,
включенными через блок-контакты контактора БЛз и БКц. Автома-
тическое управление контактором производится с помощью контак-
тов реле автоматики А и релейной защиты 3.
§ 3.5. Дистанционное управление
выключателями с пружинно-грузовым
приводом
Пружинно-грузовые приводы используют для включения вы-
ключателя механическую энергию заведенных пружин и поднятых
грузов. Для натяжения пружин и поднятия грузов применяется ав-
томатический моторный редуктор, универсальный двигатель которо-
го имеет относительно небольшую мощность (до 350 Вт). Мощность
катушек включения и отключения этих приводов также неве-
лика. Поэтому пружинно-грузовые приводы имеют широкое рас-
пространение в электроустановках с переменным оперативным то-
ком.
Схема дистанционного управления и сигнализации выключате-
ля с пружинно-грузовым приводом типа ПП-61 почти полностью
повторяет ранее рассмотренную схему управления и сигнализации
автоматов серии «Электрон» (см. рис. 3.2); разница заключается
лишь в том, что вместо независимого расцепителя используется ка-
тушка отключения.
§ 3.6. Дистанционное управление
выключателями с электромагнитным
приводом
Схема управления с использованием ключа, имеющего фиксиро-
ванные положения. Рассматриваемая схема дистанционного управ-
ления выключателем с электромагнитным приводом показана на
рис. 3.4. Органом управления в ней является ключ КУ типа КСВФ,
в рукоятку которого встроена сигнальная лампа Л. Особенностью
электромагнитного привода является то, что его катушка включе-
ния КВ потребляет ток, значительно превышающий коммутацион-
ную способность ключа управления. Поэтому цепь катушки вклю-
чения КВ замыкается контактором КП, расположенным в рас-
пределительном устройстве. Катушка отключения привода КО
потребляет небольшой ток и включена в цепь управления непосред-
ственно.
В отключенном положении выключателя его блок-контакты БК\
замкнуты и последовательно с обмоткой контактора КП включены
обмотка реле ПО (реле положения «отключено») и резистор R.
Соотношение сопротивлений обмотки реле, резистора и обмотки
контактора таково, что реле надежно срабатывает, но ток, проходя-
щий через его обмотку, недостаточен для срабатывания контактора.
Добавочный резистор 1R устраняет возможность ложного включе-
91
ния выключателя при коротких замыканиях в обмотке реле ПО.
Срабатывая, реле контроля контактом ПО\ замыкает цепь лампы
Л, которая загорается ровным светом, указывая на соответствие
положений выключателя и рукоятки ключа управления КУ.
При дистанционном включении рукоятку ключа КУ сначала ста-
вят в положение «предварительно включено» (Bi). Сигнальные кон-
такты 11—10 ключа размыкаются, а контакты 9—10 замыкаются,
подключая цепь сигнальной лампы к шинке мигающего света ШМ.
Рис. 3.4. Схема дистанционного управления выключателем
с электромагнитным приводом со звуковым контролем це-
пей управления
Лампа начинает мигать, сигнализируя о несоответствии положений
рукоятки ключа и выключателя. После дальнейшего перевода ру-
коятки в положение «включить» (Вг) замыкаются оперативные кон-
такты ключа 17—20. При этом цепь обмотки реле ПО шунтирует-
ся и якорь реле отпадает, а на обмотку контактора КП подается
полное напряжение питания; контактор КП срабатывает и подклю-
чает катушку включения КВ к шинкам включения Ц1В. В конце
операции включения выключатель запирается защелкой, а блок-
контакты БК1 размыкаются, отключая контактор КП. Одновремен-
но блок-контакты БКг замыкают цепь катушки отлючения КО и об-
мотки реле ПВ (реле положения «включено»). Возникающий в цепи
отключения ток достаточен лишь для срабатывания реле ПВ. Кон-
92
тактом ПВ\ лампа Л включается на ровный свет. После самовозв-
рата рукоятки ключа в положение «включено» (В) цепь шунтирова-
ния обмотки реле ПО (контакты ключа 17—20) размыкается.
Дистанционное отключение выполняется аналогично: в положе-
нии рукоятки «предварительно отключено» лампа Л переключается
на мигание контактами ключа 14—13; в положении «отключить»
происходит шунтирование цепи обмотки реле ПВ и подача полного
напряжения на катушку отключения КО, а после размыкания блок-
контактов БК? — прекращение тока в цепи отключения.
При отключении релейной защитой (контактами 3) ток в катуш-
ку отключения подается так же, как и при дистанционном отклю-
чении, но рукоятка ключа КУ остается в положении «включено»,
т. е. сигнальные контакты 9—10 замкнуты. Поэтому после возврата
реле ПВ и срабатывания реле ПО контактами ПОг лампа Л вклю-
чается на мигающий свет. Контакты ключа 5—7 и 21—23 также
остаются замкнутыми, а контактами ПВ3 подается плюс оператив-
ного тока на шинку звукового сигнала ШЗ.
Включение от реле автоматики (контактами Л) также приво-
дит к переключению сигнальной лампы Л на мигающий свет (кон-
тактами ключа 14—13 и контактами реле ПВ^. Для прекращения
мигания лампы рукоятку ключа следует поставить в положение со-
ответствия.
При включении на короткое замыкание (ключом или от автома-
тики) действует блокировка от многократных включений, выпол-
ненная с помощью реле блокировки БМ. Токовая обмотка этого
реле включена последовательно с катушкой отключения, поэтому
реле срабатывает при любых отключениях. Если в момент подачи
отключающего импульса включающий сигнал отсутствовал, то
якорь реле БМ отпадает после размыкания блок-контактов БК?.
Если же включающий и отключающий сигналы подаются одновре-
менно, то через замкнувшийся контакт БМ2 получает питание вто-
рая обмотка реле БМ и оно самоудерживается в течение всего вре-
мени подачи включающего сигнала. При этом контактом БМХ раз-
мыкается цепь включения.
При любом положении рукоятки ключа управления одно из двух
реле контроля находится в состоянии срабатывания, а цепь обмотки
второго реле разомкнута. Поэтому будет разомкнут один из двух
последовательно соединенных контактов ПО? и ПВ?, соединяющих
шинку сигнализации обрыва ШО с положительной шинкой ШС.
При обрыве контролируемой цепи или при перегорании предохра-
нителей в цепях управления якорь реле контроля отпадает и его
контакты подают плюс на шинку обрыва ШО, вызывая появле-
ние звукового сигнала. Таким образом, рассматриваемая схема
имеет звуковой контроль цепей управления. После появления зву-
кового сигнала и загорания табло «обрыв цепи» тот из выключате-
лей, в цепи управления которого возникла неисправность, находят
по погасшей лампе. Включив вместо обмоток реле ПВ и ПО две
сигнальные лампы, можно получить световой контроль цепей уп-
равления. Недостатком светового контроля является то, что погаса-
93
ние лампы при обрыве цепи может длительное время оставаться не-
замеченным.
Релейные схемы дистанционного управления.
В рассмотренной на рис. 3.4 схеме ключ КУ, имеющий фиксированные поло-
жения, использовался не только для подачи команд управления, но и для созда-
ния цепей соответствия и несоответствия. В некоторых случаях, например на теле-
механизированных подстанциях, применяются схемы с ключами управления без
фиксации или с кнопками управления. Цепи соответствия и несоответствия в та-
ких схемах создаются с помощью специальных реле фиксации, а сами схемы
носят название релейных схем дистанционного управления [Л.28].
В качестве реле фиксации используются двухпозициоиные реле типа РП-351
(переменного тока) или РП-352 (постоянного тока). Переключающие импульсы
подаются к обмоткам реле при дистанционном (ручном) управлении выключате-
лем, а прн аварийном отключении или автоматическом включении импульсы пере-
ключения отсутствуют и реле фиксации не переключается. При этом через соот-
ветствующие контакты реле фиксации создаетря цепь несоответствия.
Достоинством релейных схем дистанционного управления по сравнению со
схемами, использующими ключи КВФ и КСВФ, является меньшее число прово-
дов, идущих от щита управления к, приводу выключателя. Недостаток этих
схем — необходимость применения специального реле фиксации.
Особенности схем дистанционного управления воздушными вы-
ключателями.
Большинство типов воздушных выключателей выполняется с отдельными
приводами для каждой фазы, поэтому основное отличие схем их управления со-
стоит в утроенном количестве катушек включения и отключения, а также блок-
контактов. Кроме того, с помощью специального контактного манометра вводится
блокировка, запрещающая управление выключателем прн недостаточном давлении
воздуха в пневматической системе привода.
Схемы дистанционного управления воздушными выключателями, имеющими
общий привод всех трех фаз (выключатели типов ВВ-15 и ВВН-35), аналогичны
схемам управления выключателями с электромагнитным приводом.
§ 3.7. Устройства центральной
сигнализации
Одним из устройств центральной сигнализации является пульс-
пара, назначение которой — периодическая подача плюса оператив-
ного тока на шинку мигающего света (шинка ШМ на рис. 3.4). Так
как необходимость в пульсирующем напряжении на шинке ШМ
возникает лишь при появлении несоответствия между положениями
ключа управления и выключателя, то обычно пульс-пара выпол-
няется так, чтобы при отсутствии несоответствия она не пульсиро-
вала.
Схема такой пульс-пары показана на рис. 3.5. В ней применены
промежуточные реле 1П и 2П, имеющие замедление на отпадание
якоря. В нормальном состоянии оба реле пульс-пары обесточены.
При появлении несоответствия к шинке ШМ подключается сигналь-
ная лампа положения того аппарата, у которого возникло несоответ-
ствие. Сигнальная лампа оказывается последовательно включенной
с обмоткой реле 1П (чтобы проследить эту цепь, необходимо
рис. 3.5 рассматривать совместно с рис. 3.4, имея в вйду общность
шинки ШМ на обоих рисунках). Реле 1П срабатывает и включает
цепь обмотки реле 2П. Последнее своим контактом разрывает цепь
обмотки 1П, хотя якорь этого реле остается притянутым некоторое
94
время (0,34-0,5 с), в течение которого лампа {Л на рис. 3.4) вклю-
чается на полное напряжение контактом 1П\. При отпадании якоря
реле 1П контакт 1П\ размыкает цепь лампы, а контакт /772 размы-
кает цепь обмотки реле 2П. В течение времени замедления на от-
падание якоря реле 2П (0,34-0,5 с) лампа не горит, а после отпа-
дания якоря реле 2П она опять включается последовательно с об-
моткой реле 1П. Далее описанные процессы повторяются и пульс-
пара работает до тех пор, пока рукоятка ключа управления не бу-
дет поставлена в положение соответствия.
После аварийного отключения
выключателя мигание лампы со-
провождается звуковым сигна-
лом. Услышав сигнал, дежурный
должен прекратить его действие.
Определив по мигающей лампе,
какой выключатель отключился,
рукоятку его ключа переводят в
положение «отключено», тем са-
Рис. 3.5. Схема пульс-пары
мым выключая звуковой сигнал.
Снятие сигнала ключом управления называют местным снятием.
При местном снятии исчезает и световой мигающий сигнал, хотя до
ликвидации последствий аварии его желательно сохранять.
На электроустановках со сложными схемами первичных цепей
применяют центральное снятие звукового сигнала, например пово-
ротом ключа или нажатием кнопки на столе дежурного. При про-
стом размыкании цепи гудка контактами ключа дежурный не услы-
шит сигнала о втором аварийном отключении, если оно произойдет
до ликвидации последствий первого отключения, т. е. поворотом
ключа осуществится центральное снятие сигнала без повторности
действия.
Более совершенным является центральное снятие сигнала с пов-
торностью действия, для осуществления которого может быть при-
менена схема с использованием специального реле импульсной сиг-
нализации типа РИС-Э2 (рис. 3.6). Реле РИС-Э2 состоит из транс-
форматора Тр и поляризованного реле с двумя обмотками. Это
реле переключается при поочередной подаче импульсов тока в его
обмотки, т. е. работает так же, как и реле РП-352.
В рассматриваемой схеме при включении звукового сигнала
импульсы тока подаются в обмотку реле, подключенную через
трансформатор Тр к шинке звукового аварийного сигнала ШЗА,
а при снятии сигнала кнопкой центрального съема КЦС посылают-
ся импульсы тока в другую обмотку. Повторность действия обеспе-
чивается тем, что в цепях аварийной сигнализации выключателей
содержатся резисторы 1R, 2R,..., nR (цифры 1, 2,..., п в обозначе-
ниях резисторов, ключей управления и блок-контактов указывают
на принадлежность этих элементов к схемам управления 1, 2, ..., п-го
выключателей). Если после аварийного отключения одного выклю-
чателя и последовавшего затем центрального съема сигнала отклю-
чится другой выключатель, то возрастет ток в первичной обмотке
95
трансформатора Тр, а в цепи его вторичной обмотки пройдет им-
пульс тока, снова переключающий поляризованное реле.
Промежуточное реле Л уменьшает нагрузку на контакты поля-
ризованного реле, а кнопка К.ОС служит для опробования сигнала.
При снятии светового сигнала рукояткой ключа управления импульс
шс
1КУ
0 0-0
дг
Р
IR
РИС-Э2
2R
и БК nR
“ДГ
R

Рис. 3.6. Схема центрального снятия аварийного сигнала с повторно-
стью действия
тока в цепи вторичной обмотки трансформатора Тр имеет обратное
направление, поэтому поляризованное реле не переключается и
ложный звуковой сигнал не возникает.
§ 3.8. Управление короткозамыкателями
и отделителями
Привод короткозамыкателя и привод отделителя выполняются
на основе приводов пружинно-грузовых выключателей, причем пер-
вый из них освобождает включающую пружину короткозамыкате-
ля, а второй — отключаю-
щие пружины отделителя.
Отключение короткозамыка-
теля и включение отделите-
ля осуществляются с по-
мощью этих приводов вруч-
ную.
Схема управления корот-
козамыкателем Кз и отдели-
телем Од, установленными
на тупиковой подстанции,
показана на рис. 3.7. Под-
станция питается от линии
Л. В рассматриваемой схеме
Рис. 3.7. Схема управления короткозамыка- питание катушки отключе-
телем и отделителем: Ния Отделителя 1\ОО, катуш-
а — первичные цепи; б — цепи управления КИ ОТКЛЮЧеНИЯ ВЫКЛЮЧатеЛЯ
96
КОВ на стороне 6 (10) кВ и промежуточного реле П осуществляет-
ся от предварительно заряженных конденсаторов 1С, 2С, включен-
ных через разделительные диоды 1Д, 2Д. Для заряда конденсато-
ров использовано зарядное устройство БПЗ-401.
При оперативном отключении подстанции ключом КУВ отклю-
чают выключатель В на стороне низшего напряжения, а затем клю-
чом КУО отключают отделитель Од. Обратный порядок отключе-
ния (сначала Од, а затем В) невозможен, так как блок-контакт
БКВ выключателя препятствует отключению отделителя, способно-
го отключать лишь ток холостого хода трансформатора Тр.
4—2008
ЧАСТЬ ВТОРАЯ
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА
ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
ГЛАВА IV
ЗАЩИТА ПЛАВКИМИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЯМИ
И АВТОМАТИЧЕСКИМИ ВОЗДУШНЫМИ
ВЫКЛЮЧАТЕЛЯМИ (АВТОМАТАМИ)
§ 4.1. Характеристики плавких предохранителей
Плавкие предохранители широко применяются для защиты ли-
ний низкого напряжения, трансформаторов, двигателей, абонент-
ских вводов, трансформаторов напряжения. Они также использу-
ются в сетях высокого напряжения до ПО кВ включительно. Основ-
ными характеристиками предохранителя являются: номинальный
ток плавкой вставки /вс.ном; номинальный ток предохранителя
Лгр.НОм! номинальное напряжение предохранителя ^пр-вом', предель-
ный ток отключения предохранителя /пр.откл’, защитная (время-то-
ковая) характеристика предохранителя.
В нормальном режиме плавкая вставка длительно нагревается
током нагрузки. При этом имеет место установившийся тепловой
процесс, при котором, начиная с предельной температуры вставки,
выделяемое в ней тепло полностью отдается окружающей среде, и
температура плавкой вставки не повышается. Величина допустимой
температуры и определяет номинальный ток вставки. Номинальным
током плавкой вставки 7вс.Ном называется ток, на который рассчи-
тана плавкая вставка для длительной работы ее в нормальном ре-
жиме.
Наряду с нагревом плавкой вставки при протекании по ней тока
нагреваются до установившегося состояния и другие элементы пре-
дохранителя (патрон, контакты и др.). При этом в нормальном ре-
жиме нагрев предохранителя в целом не должен превышать допу-
стимой температуры длительного нагрева. В связи с этим одной из
характеристик предохранителя является номинальный ток предо-
хранителя /Пр.ном. Необходимо иметь в виду, что, с точки зрения на-
грева предохранителя в целом, в нем может быть использована
плавкая вставка с номинальным током, меньшим номинального то-
ка предохранителя.
Номинальное напряжение предохранителя Ипр.ном определяет
конструкцию предохранителя и длину плавкой вставки, являясь
одной из основных характеристик предохранителя.
98
В режиме перегрузки или короткого замыкания через плавкую
вставку могут протекать токи, значительно большие номинального
тока. При этом плавкая вставка должна перегореть, а предохрани-
тель надежно отключить поврежденный участок. Отключающая
способность предохранителя характеризуется предельным током
отключения /пр.откл или разрывной мощностью, являющимися соот-
ветственно наибольшим током или наибольшей мощностью корот-
кого замыкания, при которых предохранитель разрывает цепь без
каких-либо повреждений, препятствующих его дальнейшей работе
после смены плавкой вставки.
При увеличении тока равновесие между выделяемым и отводи-
мым теплом нарушается. Выделяемое тепло не полностью отводит-
ся в окружающую среду; часть его идет на повышение температуры
плавкой вставки, в результате чего при некотором значении тока
плавкая вставка перегорает. Графическое изображение зависимости
времени перегорания плавкой вставки предохранителя от величины
проходящего через нее тока называется защитной (время-токовой)
характеристикой предохранителя. Эта характеристика (рис., 4.1)
определяется экспериментально и строится в зависимости от отно-
Рис. 4.1. Защитная характеристика закрытых предохра-
нителей с заполнением типов НПН, НПР
4*
99
шения абсолютного значения тока вставки /Вс к ее номинальному
ТОКу /вс.ном, т. е. t = f (Iвс//вс.ном) •
Для обеспечения нормального срока службы того или иного
элемента электрической установки допускается прохождение по не-
му токов выше номинальных только в течение ограниченного вре-
мени, определяемого тепловой, или перегрузочной характеристикой.
Эта характеристика представляет собой кривую, выражающую за-
висимость допустимого времени перегрузки от величины тока.
Предохранитель может обеспечить защиту элементов электриче-
ских установок от перегрузки при условии, что его защитная ха-
рактеристика располагается ниже тепловой характеристики защи-
щаемого элемента.
Защитная характеристика плавкой вставки изменяется в зависи-
мости от ее материала, длины и формы.
§ 4.2. Выбор плавких
предохранителей
Плавкий предохранитель должен защищать элемент электроус-
тановки от токов короткого замыкания и от длительной перегрузки.
Надежная работа предохранителя при этом обеспечивается, если
предельный ток отключения предохранителя /пр.Откл будет не мень-
ше максимального расчетного тока короткого замыкания /к.з.макс,
проходящего в защищаемом элементе, а номинальное напряжение
предохранителя (7пр.Вом будет равно номинальному напряжению той
сети Uc, в которой он установлен. Наряду с этим плавкая вставка
предохранителя не должна перегорать в нормальном режиме рабо-
ты и при кратковременных перегрузках защищаемого элемента
электроустановки.
Плавкие предохранители применяются в электроустановках с
различным характером нагрузки. Нагрузка может иметь постоян-
ный характер без значительного увеличения тока при ее включении
(освещение, асинхронные двигатели с фазным ротором). Бывают и
такие нагрузки, характер которых вызывает кратковременные пе-
регрузки элементов, защищаемых плавкими предохранителями.
Кратковременные перегрузки могут возникнуть при пуске или са-
мозапуске асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ро-
тором, технологических перегрузках механизмов и по другим причи-
нам; при этом предохранитель не должен перегорать.
Однако благодаря кратковременному характеру перегрузки
(54-10 с) номинальный ток плавкой вставки можно выбирать мень-
шим тока перегрузки /вер. Соотношение между током перегрузки и
номинальным током плавкой вставки определяется коэффициентом
перегрузки йПеР. Величина коэффициента йПеР установлена на осно-
вании длительного опыта эксплуатации. При этом принимаются во
внимание условия пуска электродвигателей в. защищаемой сети.
Различают тяжелые условия пуска, когда производятся частые
пуски с большой длительностью разворота (10 с и выше), и легкие
условия пуска с небольшой длительностью разворота (до 10 с).
Для тяжелых условий пуска рекомендуется коэффициент feBeP при-
300
нимать равным 1,64-2, а для легких условий пуска — 2,5. В случае
применения предохранителя с плавкой вставкой из легкоплавкого
материала можно увеличить коэффициент kaep. При этом рекомен-
дуется для тяжелых условий пуска принимать &Пер=|3,75, а для лег-
ких условий пуска режим кратковременной перегрузки не учи-
тывать.
Если в защищаемой предохранителями сети установлены маг-
нитные пускатели или контакторы, то для исключения их отпадания
из-за снижения напряжения при коротких замыканиях плавкая
вставка предохранителя должна перегореть за 0,14-0,2 с при по-
вреждении в наиболее удаленной точке-сети. Из защитной характе-
ристики предохранителей, приведенной на рис. 4.1, видно, что это
условие обеспечивается при токе короткого замыкания протекаю-
щем через вставку, примерно в 104-15 раз большем номинального
тока вставки.
Исходя из сказанного при выборе предохранителя должны учи-
тываться условия:
^/ир.нвм == ^/с И /пр.откл /к.з.макс’
а его плавкая вставка выбирается с учетом следующего:
/веном > Агзап/раб.макс (первое условие); '
/вс.ном > /пер/^нер (второе условие);
/Вс.ном</к.з/10- 15 (третье условие),
где /раб.макс — максимальный рабочий ток, проходящий через пре-
дохранитель; /гзап= 1,14-1,25 — коэффициент запаса.
Ток перегрузки /пер принимается большим из двух значений, рас-
считанных:
а) для случая пуска наиболее мощного двигателя и режима
нормальной работы всех остальных потребителей, подключенных к
защищаемой линии,
(4.1)
(4.2)
л—1
/пер /раб.макс~Р~-^пуск.макс’
б) для режима запуска неотключаемых потребителей, если не-
обходимо обеспечить самозапуск двигателей,
пуск’
/7 — 1
где 2/раб.макс — сумма максимальных рабочих токов всех потреби-
телей, присоединенных к защищаемой линии без учета двигателя с
т
наибольшим пусковым ТОКОМ /пуск.макс; S/пуск — Сумма ПУСКОВЫХ
токов самозапускающихся двигателей; п — число потребителей;
т — число самозапускающихся двигателей; kc — коэффициент спро-
са; /гс<1.
В зависимости от характера нагрузки и необходимости самоза-
пуска номинальный ток плавкой вставки выбирают по первому или
второму условию, принимают ближайшим по шкале стандартных
токов и проверяют по третьему условию при наличии в защищаемой
101
сети магнитных пускателей или контакторов. Выбранные предохра-
нители должны удовлетворять требованиям чувствительности и се-
лективности.
Рис. 4.2. Размещение предохранителей
в радиальной сети с односторонним
питанием
§ 4.3. Селективность и чувствительность
плавких предохранителей
Если в сети установлено несколько последовательно включенных
предохранителей, то при коротком замыкании в какой-либо точке
сети перегорать должен ближайший к точке короткого замыкания
предохранитель.
На ‘рис. 4.2 представлена сеть с последовательно включенными
предохранителями 1 и 2. Очевид-
но, селективная работа предохра-
нителей будет обеспечена при лю-
бых токах к. з., если при корот-
ком замыкании в точке К. плав-
кая вставка предохранителя 2, пе-
регорая, разорвет дугу раньше,
чем плавкая вставка предохрани-
теля 1 успеет нагреться до тем-
пературы плавления. Это возмож-
но только в том случае, если, при совмещении защитных характе-
ристик характеристика предохранителя 1 будет располагаться вы-
ше характеристики предохранителя 2 во всем диапазоне токов, про-
ходящих по защищаемой цепи при перегрузках и при коротких за-
мыканиях (рис. 4.3).
Из сопоставления защитных характеристик видно, что разница
во времени перегорания плавких вставок уменьшается с увеличе-
нием тока. Кроме того, необходимо иметь в виду, что длительность
перегорания плавкой вставки при малых кратностях тока порядка
(1,4ч-3,5) /вс.ном, т. е. при токах перегрузки, изменяется в широких
пределах. Таким образом, поскольку при этих величинах токов за-
щитная характеристика предохранителя имеет большой разброс,
ее правильнее было бы изображать не в виде кривой; а в виде не-
которой зоны, ограниченной двумя кривыми. Разброс характеристи-.
ки обусловлен тем, что при токах перегрузки на время перегорания
плавкой вставки существенное влияние оказывают условия отвода
тепла через контакты и в окружающую среду.
При коротком замыкании, когда через предохранители протека-
ют большие токи (больше 3,5 /Вс.ном), процесс перегорания плавкой
вставки происходит очень быстро (сотые доли секунды), поэтому
условия отвода тепла почти не оказывают влияния на длительность
перегорания. Необходимо также иметь в виду разную степень пред-
варительного нагрева последовательно установленных предохрани-
телей. С учетом всего этого для получения селективного действия
большинства типов предохранителей рекомендуется руководство-
ваться следующими правилами:
для последовательно установленных однотипных низковольтных
предохранителей (за исключением СПО) необходимо выбирать
плавкие вставки с номинальными токами, отличающимися на две
102
ступени шкалы. Для предохранителей типа СПО, а также для по-
следовательно установленных разнотипных предохранителей из-за
больших погрешностей желательно выбирать плавкие вставки с но-
минальными токами, отличающимися больше чем на две ступени
шкалы, сохраняя требуемую чувствительность;
Рис. 4.3. Согласование
. защитных характеристик
плавких предохранителей
для последовательно установленных
высоковольтных предохранителей типа
ПК необходимо выбирать плавкие встав-
ки с номинальными токами, отличающи-
мися на одну ступень шкалы;
во всех случаях должно выполняться
условие (4.2).
Однако такое согласование характе-
ристик низковольтных предохранителей
не всегда обеспечивает их селективную
работу при больших токах короткого за-
мыкания (больших 3,5/вс.ном). На осно-
вании длительной эксплуатации установ-
лено, что фактическое время отключения
отличаться от полученного по его защитной характеристике на
±50%. При этом селективность обеспечивается, если 1,5/2<0,5/|
или t}>3 /г-
Таким образом, для получения селективного действия последо-
вательно включенных предохранителей необходимо, чтобы при мак-
предохранителя может
симальном токе короткого замыкания время отключения, опреде-
ленное по защитной характеристике предохранителя 1, более уда-
ленного от места повреждения, было не менее чем в три раза
больше времени отключения предохранителя 2, расположенного
вблизи точки короткого замыкания (см. рис. 4.2).
Для разнотипных предохранителей селективность должна про-
веряться для всех токов цепи в нормальном режиме и при коротких
замыканиях.
Селективное действие низковольтных предохранителей можно
обеспечить при соответствующем выборе сечений плавких вставок с
учетом материала их изготовления и конструкции предохранителя.
Сущность этого метода основана на решении дифференциального
уравнения теплового баланса наиболее нагретого элемента плавкой
вставки. Общий вид этого уравнения:
APdt=Bdx-\-Cdt,
где APdt — количество тепла, выделяющегося в элементе вставки
за время dt\ Bdr — количество тепла, идущего на повышение тем-
пературы элемента; Cdt — количество тепла, отводимого от элемен-
та за время dt. Коэффициенты А, В и С находятся в сложной зави-
симости от температуры вставки. Поэтому решение уравнения воз-
можно лишь при введении ряда упрощений, основное из которых
состоит в допущении, что все тепло, выделяющееся в элементе плав-
кой вставки, идет только на повышение температуры этого эле-
мента.
103
Результаты этих расчетов сведены в табл. 4.1. Проверка селек-
тивной работы последовательно установленных предохранителей
производится следующим образом:
1) определяется соотношение площадей поперечного сечения
плавких вставок последовательно установленных предохранителей:
а=51/52, (4.3)
где Si — площадь поперечного сечения плавкой вставки предохра-
нителя 1, расположенного ближе к источнику питания; S2 — пло-
щадь поперечного сечения плавкой вставки предохранителя 2, рас-
положенного ближе к нагрузке (ближе к точке к. з.);
2) полученное значение а сравнивается с данными табл. 4.1.
Таблица 4.1
Отношение площадей сечения плавких вставок предохранителей,
обеспечивающих селективность, a=Si/S2
Металл плавкой вставки предохрани- теля 1 Металл плавкой вставки предохранителя 2
закрытого типа открытого типа или закрытого типа без заполнителя
медь серебро цинк свинец медь серебро ЦИНК свинец
Медь . . .... 1,55 1,33 0,55 0,2 1,15 1,03 0,4 0,15
Серебро , . ... 1,72 1,55 0,62 0,23 1,33 1,15 0,46 0,17
Цинк ' 4,5 3,95 1,65 0,6 3,5 3,06 1,2 0,44
Свинец 12,4 10,8 4,5 1,65 9,5 8,4 3,3 1,2
Селективность будет обеспечена, если расчетное значение а по-
лучится равным или большим соответствующей величины, приве-
денной в табл. 4.1. Зная тип предохранителя 2, материал и площадь
поперечного сечения его плавкой вставки, можно, пользуясь
табл. 4.1, определить требуемую площадь поперечного сечения
плавкой вставки предохранителя 1, исходя из условий селективно-
сти. При этом должно выполняться условие (4.2).
К предохранителям, как и к другим устройствам защиты, предъ-
являются требования чувствительности [Л. 29]:
а) номинальный ток плавкой вставки должен быть по крайней
мере в три раза меньше минимального тока короткого замыкания
в конце защищаемого участка;
б) если предохранитель защищает сеть только от коротких за-
мыканий, то требования, изложенные в пункте (а), не обязательны
при условии, что номинальный ток плавкой вставки не превышает
длительно допустимый ток для защищаемого участка сети более
чем в три раза.
Предохранитель заменяет одновременно выключатель и релей-
ную защиту. Во всех случаях, когда предохранитель может успеш-
но выполнять указанные функции, его рекомендуется применять^
так как он значительно дешевле, чем совокупность выключателя и
релейной защиты. Недостатки предохранителя (нестабильность за-
щитной характеристики; невозможность в ряде случаев выполнить
104
защиту от перегрузки и др.) ограничивают область его применения.
В настоящее время созданы конструкции, позволяющие использо-
вать предохранитель только как коммутационный аппарат, управ-
ляемый устройствами релейной защиты (управляемый предохрани-
тель) [Л. 30].
§ 4.4. Разновидности автоматических
воздушных выключателей.
и их характеристики
В установках низкого напряжения широкое распространение по-
лучили автоматические воздушные выключатели (автоматы), вы-
пускаемые в одно-, двух- и трехполюсном исполнении, постоянного
и переменного тока. Автоматы снабжаются специальным устройст-
вом релейной защиты, которое в зависимости от типа автомата вы-
полняется в виде токовой отсечки либо в виде максимальной токо-
вой защиты. Для этого используются электромагнитные первичные
реле тока прямого действия с выдержкой и без выдержки времени и
тепловые реле. Эти реле принято называть расцепителями. Конст-
руктивно автоматы значительно сложнее плавких предохранителей
и представляют собой сочетание выключателя и первичного реле
прямого действия. Однолинейная принципиальная схема действия
автомата с максимальным расцепителем мгновенного срабатывания
показана на рис. 2.11. К таким автоматам относится, например, ав-
томат типа АК-63.
Номинальным током автомата /а.пом называется наибольший
ток, при котором автомат может работать в течение неограниченно
длительного времени. Номинальным напряжением автомата 17а.ном
называется указанное в паспорте напряжение, численно равное на-
пряжению электрической сети, для работы в которой этот автомат
предназначен. Номинальным током расцепителя /раСц.ном называет-
ся указанный в паспорте ток, длительное протекание которого не
вызывает срабатывания расцепителя. Током уставки расцепителя
/уст называется наименьший ток, при протекании которого расцепи-
тель срабатывает. Автомат АК-63 при отсутствии замедлителя яв-
ляется быстродействующим аппаратом; полное время его отключе-
ния— около 0,03 с.
Для выполнения защиты, надежно и селективно действующей
при коротких замыканиях и перегрузках, максимальные расцепите-
ли автоматов снабжают элементами выдержки времени в виде часо-
вых механизмов (рис. 4.4). При этом обеспечивается необходимая
выдержка времени срабатывания расцепителя при малых токах и
мгновенное отключение автомата при больших токах. Такой макси-
мальный расцепитель имеет две уставки тока срабатывания: замед-
ленного срабатывания и мгновенного срабатывания. В нормальном
режиме отключению автомата препятствует жесткая пружина 6,
связывающая защелку 3 с рычагом 12 часового механизма 13, и
слабая пружина 9. Когда ток в защищаемой цепи и соответственно
в обмотке максимального расцепителя 4 достигнет тока уставки за-
медленного срабатывания, якорь 5 защелки 3 начнет притягиваться
105
Рис. 4.4. Конструкция автомата серии АВМ
Чем больше ток в обмотке максимального
к электромагниту максимального расцепителя 4. При этом растя-
нется только пружина 9, а пружина 6 будет играть роль жесткой
связи между защелкой 3 и рычагом 12 часового механизма. Этот
рычаг начнет двигаться
вниз под действием уси-
лия, равного разности
электромагнитной силы
F3 и силы Гп пружины
9. При этом часовой
механизм будет мед-
ленно отпускать рычаг
12, а по истечении вы-
держки времени осво-
бодит его и даст воз-
можность якорю 5
мгновенно притянуться
к электромагниту 4.
Таким образом, ав-
томат при перегрузках
будет отключаться с
выдержкой времени,
асцепителя, тем меньше
выдержка времени. Ток уставки замедленного срабатывания регу-
лируется натяжением пружины 9 при помощи устройства 11. При
этом по шкале 10 передвигается указатель, положение которого по-
зволяет судить о величине тока уставки. Выдержка времени осу-
ществляется часовым механизмом, встроенным в расцепитель. Уст-
ройство механизма позволяет осуществить регулировку выдержки
времени. Когда ток в обмотке расцепителя, например при коротком
замыкании в защищаемой цепи, достигнет тока уставки мгновен-
ного срабатывания, растянется не только пружина 9, но и пружи-
на 6. В результате якорь 5 мгновенно притянется к электромагни-
ту 4, защелка 3 повернется и освободит рычаг 2; под действием пру-
жины 1 автомат отключится без выдержки времени. Ток уставки
мгновенного срабатывания регулируется натяжением пружины 6
при помощи устройства 7. При этом на шкале 8 передвигается ука-
затель, по положению которого можно судить о величине тока
уставки.
К числу таких автоматов относятся, например, автоматы серии
АВМ, выпускаемые на номинальные токи 400-1-2000 А, 500 В пере-
менного напряжения и 460 В постоянного напряжения. Их макси-
мальная отключающая способность составляет 20 кА для перемен-
ного и 30 кА для постоянного тока [Л. 31]. На рис. 4.5 дана защит-
ная характеристика автомата серии АВМ.
В ряде случаев автоматы серии АВМ не обеспечивают селектив-
ного действия при коротких замыканиях. Для получения селектив-
но действующей защиты не только при перегрузках, но и при всех
допустимых для данных автоматов токах короткого замыкания воз-
никает необходимость ввести некоторое небольшое замедление в
106
действие автоматов при коротких замыканиях. Такие автоматы по-
лучили название селективных. Замедление достигается за счет так
называемого замедлителя расцепления. У селективных автоматов
серии АВМ замедлитель рас-
цепления выполняется на
основе анкерного механиз-
ма, который создает неза-
висимую выдержку време-
ни, регулируемую в преде-
лах 0,25—0,4 или 0,4—0,6 с.
Основной и наиболее
массовой серией выпускае-
мых в настоящее время оте-
чественной промышлен-
ностью автоматов являются
автоматы АЗ 100 на 50-=-
. 600 А, 500 В переменного рис 4 5 Защитная характеристика авто-
и 220 В постоянного напря- мата серии АВМ
жения. Защита от перегруз-
ки выполняется у них нерегулируемым тепловым реле (тепловой
расцепитель), основным элементом которого является биметалли-
ческая пластинка. Время срабатывания этого реле зависит от тока
и тем меньше, чем больше перегрузка.
С тепловым расцепителем на номинальные токи 154-50 А вы-
пускаются автоматы типа А3160. Расцепитель не срабатывает при
токах перегрузки, равных 1,1 /раСц-ном, и срабатывает за время не
более одного часа при перегрузках, равных 1,35 7раСц.ном-
Сочетание теплового расцепителя с максимальным электромаг-
нитным расцепителем мгновенного действия позволяет выполнить
защиту, при перегрузках действующую с выдержкой времени, а при
коротких замыканиях — мгновенно. Такое сочетание называется
комбинированным расцепителем. Отечественной промышленностью
выпускаются автоматы типов А3110, А3120, А3130, А3140 с комби-
нированным расцепителем.
Номинальная уставка электромагнитного расцепителя (отсечка)
равна (84-13) 7раСц.ном в зависимости от типа автомата, кроме авто-
матов А3120, которые имеют несколько иную характеристику. Теп-
ловой расцепитель не срабатывает при токах перегрузки, равных
1,1 Л>асц.ном, и срабатывает за время не более одного часа при пе-
регрузках, равных 1,45 /раСц.ном.
На рис. 4.6 в качестве примера показана типовая характеристи-
ка автомата А3110 с комбинированным расцепителем на ток 15 А.
Комбинированный расцепитель рассматриваемых автоматов являет-
ся нерегулируемым, и в условиях эксплуатации его характеристика
не может быть изменена.
Кроме максимальных, тепловых и комбинированных расцепите-
лей на некоторых автоматах, например А3140, могут быть установ-
лены один независимый расцепитель или минимальный расцепитель
107
Рис. 4.6. Типовая характеристика автомата А3110 с
комбинированным расцепителем на ток 15А
напряжения и, кроме того, электродвигательный привод, который
включает, отключает и подготовляет к включению автомат.
При наличии нескольких расцепителей каждый из них действует
на отключение автомата независимо от других расцепителей. Для
оучного управления' автоматом имеется рукоятка или рычажный
привод. Чтобы исключить включение автомата при ненормальном
режиме в цепи, автоматы снабжаются механизмом свободного рас-
цепления. Для ускорения гашения дуги и увеличения отключающей
способности на каждый полюс автомата ставят камеру с дугогаси-
тельной решеткой. Наибольшую отключающую способность, равную
50 кА, имеет автомагтипа А3140.
§ 4.5. Выбор автоматов для выполнения
селективно действующей защиты
Автоматы имеют различные характеристики и различные по-
грешности в работе расцепителей, что необходимо учитывать при
выборе уставок тока срабатывания.
Выбор автоматов производится с соблюдением следующих тре-
бований:
номинальное напряжение автомата £/а.ном должно быть не ниже
напряжения сети, а отключающая способность достаточно большой,
чтобы автомат мог отключать максимальные токи короткого замы-
кания, проходящие по защищаемому элементу;
номинальный ток расцепителя /расц.ном следует выбирать не
меньшим расчетного тока нагрузки /расч., который представляет со-
бой наибольшее значение тока, длительно протекающего по защи-
щаемому элементу с учетом возможной перегрузки. Если /раСч не
совпадает со стандартной шкалой номинальных токов расцепителя,
то следует при выборе /Расц.ном принять ближайшее большее значе-
ние. Таким образом, должно выполняться условие:
108
1раса.ном ^расч’ (^’^)
автомат не должен отключаться в нормальном режиме работы
защищаемого элемента, для чего ток уставки замедленного сраба-
тывания регулируемых расцепителей, осуществляющих эту защиту
от перегрузки /устп, необходимо определять по выражению
ЛсТ.п>(1,3^1,5)/расч; . (4.5)
для автоматов А3100 с нерегулируемым тепловым расцепителем
достаточным является условие (4.4);
автомат не должен отключаться при кратковременных перегруз-
ках защищаемого элемента. Это обеспечивается при выборе тока
уставки мгновенного срабатывания электромагнитного расцепите-
ля, осуществляющего защиту от коротких замыканий, /уст.к.з по
выражению [Л. 32]:
Лст.к.з>(Ь5-1.8)/пер. (4.6)
Величину тока кратковременной перегрузки /Пер нужно определять
так же, как определяют 7Пер при выборе плавких предохранителей
(см. § 4.2). Выражения (4.5) и (4.6) получены с учетом максималь-
ных погрешностей расцепителей при срабатывании.
Из характеристик автоматов серии А3100 [Л. 33] следует, что
если выбрать автомат с расцепителем, у которого номинальный ток
не менее расчетного тока защищаемого элемента, то при кратко-
временных перегрузках автомат не будет успевать отключаться
(см. рис. 4.6). Поэтому и для отстройки автоматов серии А3100 от
7Лер достаточным является условие (4.4).
При использовании автоматов для защиты мощных двигателей
с тяжелыми условиями пуска иногда номинальный ток расцепителя
приходится завышать с тем, чтобы исключить его срабатывание при
длительном протекании пусковых токов.
Типовые характеристики теплового элемента комбинированного
расцепителя заводом-изготовителем обычно строятся при темпера-
туре окружающей среды +25° С. В эксплуатации температурные
условия могут быть другими, что влечет за собой изменение дейст-
вительной характеристики расцепителя. Действительное значение
тока срабатывания расцепителя при определенном времени сраба-
тывания с некоторым приближением без учета типа автомата и но-
минального тока расцепителя можно определить по выражению:
7Z=7/(130-/)/105 , (4.7)
где Ц — действительный ток срабатывания теплового элемента рас-
цепителя при температуре окружающей среды /; I — ток срабатыва-
ния, взятый из типовой характеристики;
для обеспечения селективного отключения последовательно уста-
новленных автоматов их характеристики не должны пересекаться,
причем уставки тока замедленного и мгновенного срабатывания у
автомата 1, расположенного ближе к источнику питания, должны
быть больше, чем у автомата 2, более удаленного (рис. 4.7).
В случае, если характеристика автомата 1, выбранная по усло-
виям (4.4), (4.5) и (4.6), не удовлетворяет требованиям селектив-
109
ности, следует уставки тока срабатывания /уст.п и /уСт.к.з автомата 1
принять выше расчетных. Но и при этом не всегда удается получить
селективно действующую защиту во всем диапазоне допустимых
токов короткого замыкания. Например, если ток короткого замыка-
ния будет выше тока уставки мгновенного срабатывания ближай-
Рис. 4.7. Защита автоматами радиаль-
ной сети с односторонним питанием
шего к источнику питания автомата, то селективное действие авто-
матов серии АВМ невозможно, так как все последовательно вклю-
ченные автоматы благодаря их быстродействию будут отключаться
практически одновременно. Селективность в данном случае может
быть достигнута некоторым замедлением действия автомата 1, т. е.
применением селективных автоматов.
Если в защищаемой цепи имеется несколько последовательно
установленных автоматов типа А3100, то условие (4.4) оказывается
недостаточным для обеспечения их селективной работы при пере-
грузках и коротких замыканиях. В самом деле, как следует из
анализа характеристик (рис. 4.8, а), все автоматы типа А3120 с
номинальными токами комбинированных расцепителей 15; 20; 25;
30 А, относящиеся к первой группе, имеют один и тот же ток мгно-
венного срабатывания, равный 430 А. Поэтому при совместной ра-
боте этих автоматов селективная защита от коротких замыканий
неосуществима. Также невозможно добиться селективного действия
автоматов A3I20 второй группы с номинальными токами расцепи-
телей 40; 50 и 60 А и третьей группы с номинальными токами 80 и
100 А.
Селективная работа возможна лишь в случае использования
автоматов, принадлежащих к различным группам. Однако при этом
следует иметь в виду погрешности в работе электромагнитных эле-
ментов комбинированных расцепителей. Для автоматов типов
А3120, А3130 и А3140 они принимаются равными ±15%. С учетом
погрешностей все автоматы первой группы мгновенно отключаются
при токах короткого замыкания 500 А (430X0,15) и выше. При токе
500 А могут отключаться также и автоматы второй группы (600 X
X0,85 — 500'А). Поэтому при совместной работе автоматов первой
и второй групп селективная защита от коротких замыканий не-
осуществима. Селективность возможна, если, например, последова-
тельно с автоматом первой группы (автомат 2 на рис. 4.7) включен
автомат третьей группы (автомат 1 на рис. 4.7), так как электро-
магнитный элемент последнего может подействовать только при
токе, не меньшем 680 А (800X0,85).
ПО

Очевидно, если ток короткого замыкания при повреждении в
любой точке сети окажется выше тока мгновенного срабатывания
расцепителя с номинальным током 600 А (автомат А3140), т. е.
больше тока 4850 А (4200X1,15), то селективную защиту от ко-
ротких замыканий автоматами А3100 выполнить невозможно.
На рис. 4.8, б показаны защитные характеристики автоматов
типа А3110; при выборе этих автоматов также следует учитывать
погрешности в работе электромагнитных элементов, которые прини-
маются равными ±30%.
Полное время отключения автоматов АЗ 140 (зона В на
рис. 4.8, а) больше, чем полное время отключения автоматов А3120,
А3130 (зона Б на рис. 4.8, а) и А3110 (зона А на рис. 4.8, б). По
абсолютной же величине оно не превышает 0,06 с, поэтому практи-
чески автоматы отключаются одновременно;
расцепители автоматов с выбранными по условию селективно-
сти уставками должны удовлетворять требованиям чувствитель-
ности, которые сводятся к следующему: минимальный ток коротко-
го замыкания в самой удаленной точке защищаемого элемента
должен быть больше номинального тока расцепителя замедленного
срабатывания не менее чем в три раза; для автоматов, имеющих
только расцепители мгновенного срабатывания, минимальный ток
короткого замыкания в самой удаленной точке защищаемого эле-
мента должен превышать ток уставки мгновенного срабатывания
/уст.к.з не менее чем в 1,4 раза для автоматов с номинальным током
до 100 Айв 1,25 раза для всех других автоматов.
Допускается не проверять чувствительность защиты по кратно-
сти тока короткого замыкания в следующих случаях: если ток ус-
тавки мгновенного срабатывания автомата, имеющего только мгно-
венно действующий расцепитель, не более чем в 4,5 раза превышает
длительно допустимый ток защищаемого элемента; если ток устав-
ки регулируемого расцепителя замедленного срабатывания не бо-
лее чем в 1,5 раза превышает длительно допустимый ток защищае-
мого элемента (при наличии на этом автомате мгновенно дейст-
вующего расцепителя его кратность тока срабатывания не
ограничивается).
Защитные устройства автомата (расцепители), как и любые
первичные реле прямого действия, позволяют выполнить токовую
защиту без трансформаторов тока и без оперативного тока. По
сравнению с предохранителями автоматы имеют более устойчивые
защитные характеристики и производят отключение всех трех фаз
защищаемого элемента. Кроме того, автоматы являются аппарата-
ми многократного действия, что позволяет с их помощью выпол-
нять схемы сетевой автоматики (АПВ и АВР). Благодаря этим до-
стоинствам автоматы находят широкое применение в установках
переменного тока напряжением до 500 В.
В настоящее время отечественной промышленностью освоен вы-
пуск автоматов «Электрон», у которых устройство защиты выполне-
но на полупроводниковых элементах. Это по существу релейная за-
щита со вторичным реле косвенного действия.
ГЛАВА V
ТОКОВЫЕ ЗАЩИТЫ
§5.1 . Основные органы
защиты
Максимальная токовая защита и токовая отсечка с выдержкой
времени содержат два органа: пусковой и выдержки времени. Токо-
вая отсечка имеет только пусковой орган. Функции пускового орга-
Рис. 5.1. Схема максимальной токовой за-
щиты на оперативном постоянном токе
на выполняет реле тока, которое входит в измерительную часть
схемы. Оно реагирует на повреждения или нарушения нормального
режима и вводит в действие другие органы защиты. Для повышения
чувствительности защиты иногда используют комбинированный пу-
сковой орган, в котором наряду с реле тока имеется реле напряже-
ния. В качестве органа выдержки времени может быть использо-
вано отдельное реле времени. Наряду с этим в одном реле тока
могут быть объединены оба органа защиты.
В схемах токовых защит имеются еще вспомогательные реле,
например промежуточные и указательные. Вместе с реле времени
они образуют логическую часть схемы. Промежуточное реле облег-
чает работу контактов основных органов защиты и, вводя некоторое
замедление, предотвращает' действие токовой отсечки при работе
трубчатых разрядников. Указательное реле позволяет контролиро-
вать срабатывание защиты. В качестве примера на рис. 5.1 приве-
дена в однофазном изображении принципиальная совмещенная схе-
ма максимальной токовой защиты на оперативном постоянном токе.
§ 5.2. Выбор параметров
максимальной токовой защиты
Выбор выдержки времени. Как уже говорилось, максимальные
токовые защиты могут выполняться с независимой и с ограничен-
но зависимой характеристиками времени срабатывания (см. § 2.2).
113
Как в том, так и в другом случае селективность защиты может
быть обеспечена, если время срабатывания ti защиты 1 (рис. 5.2),
расположенной вблизи источника питания, при коротком замыка-
нии на смежном участке в зоне действия защиты 2 (линия БВ) бу-
Рис. 5.2. Размещение максимальных токоных
защит в радиальной сети с односторонним
питанием
дет больше максимальной выдержки времени /2 защиты 2 на неко-
торую величину Bi, называемую ступенью селективности, т. е. долж-
но выполняться условие:
/1 = /2_|_Д^ (5.1)
При выборе величины ступени селективности необходимо учитывать:
а) время отключения /Вы« выключателя 2, которое не иходит в выдержку
времени защиты 2. В зависимости от типов выключателей время их действия
изменяется в пределах 0,054-0,3 с;
б) погрешности во времени действия бп защиты 1 и /пг защиты 2, которые
могут иметь как положительное, так и отрицательное значение. При определении
Д/ необходимо исходить из более тяжелого случая, когда защита 1 имеет отри-
цательную погрешность (—/щ), а защита 2 — положительную погрешность
(+Л12). При этом действительное время защиты 1
G = /i-4i ' (5-2)
и соответственно защиты 2
^2 = ^2 + ^12- (5.3)
У максимальных токовых защит с независимой характеристикой выдержки
времени погрешности времени действия обусловлены погрешностью реле времени,
а у защит с ограниченно зависимой характеристикой выдержки времени — по-
грешностью индукционного токового реле, которое совмещает в себе пусковой
орган и орган выдержки времени. Величина этой погрешности может быть приня-
та равной 0,054-0,1 с.
Для реле РТВ по заводским данным погрешность в независимой части харак-
теристики достигает ±0,3 с, а в зависимой части характеристики — доходит до
0,84-1 с [Л.4];
в) инерционную ошибку /И| в действии реле защиты 1, которая практически
имеет место только при осуществлении защиты индукционными реле, способ-
ными под влиянием сил инерции продолжать некоторое время ?и] работать и по-
сле отключения короткого замыкания на смежном участке (точка Кг для за-
щиты /).
114
Исходя из сказанного, селективное действие защит 1 и 2 с ограниченно за-
висимой характеристикой времени срабатывания будет обеспечено при условии:
> ^2 4" ^вык 4" 6«1’
нли, принимая некоторое время запаса ^зап=0,1 с и учитывая (5.2) и (5.3):
б = tl + ^вык + ^п! + ^п2 + ^и1 + ^зап»
откуда, учитывая (5.1),
Рис. 5.3. Согласование характеристик
максимальных токовых защит с незави-
симой выдержкой времени
—• ^вык + ^п1 4” ^п2 4” ^и! 4” ^зап- (5.4)
Ступень селективности А/ в расчетах принимается равной
0,64-1 с. Для защит с независимой характеристикой времени сра-
батывания инерционная ошиб-
ка (и=0, что дает возможность
несколько снизить величину А(;
она принимается равной 0,34-
4-0,6 с.
Выдержки времени у макси-
мальных токовых защит выби-
рают по ступенчатому принци-
пу. начинают выбор с наибо-
лее удаленного от источника
питания элемента и по мере
приближения к источнику пи-
тания выдержку времени уве-
личивают таким образом, что
защита последующего участка
имеет выдержку времени на ступень селективности больше, чем
максимальная выдержка времени защиты предыдущего участка:
/з=(4+А(; (2=(з4-А/; Л = (24-А/ (рис. 5.3).
Выбор выдержек времени у максимальных токовых защит с
ограниченно зависимой характеристикой должен производиться для
определенной величины тока.
Из рассмотрения рис. 5.2 очевидно, что наибольший ток корот-
кого замыкания, а следовательно, и наибольший ток в реле защиты
1 и 2 при повреждении в зоне действия защиты 2 будет протекать
при коротком замыкании вблизи места установки защиты 2 (точ-
ка /С2), т. е. у шин п/ст (подстанции) Б. При удалении точки корот-
кого замыкания от шин п/ст Б величина тока повреждения умень-
шается, и время срабатывания защит 1 и 2 увеличивается. Для
двух реле одного типа с разными уставками времени разность вы-
держек времени при изменении тока не остается постоянной: она
тем больше, чем меньше ток в реле /р (рис. 5.4). Поэтому необхо-
димо, чтобы условие селективности (5.1) было выполнено для тока
короткого замыкания /к.з2 в точке Л’2.
Характеристику защиты 1 по заданной характеристике защиты 2
выбирают следующим образом:
115
строят характеристику выдержек времени защиты 2 в зависи
мости от абсолютного значения тока в обмотке реле;
по построенной характеристике определяют время срабатывание
защиты 2 при токе короткого замыкания /к.з2 в расчетной точке
(точка /С2);
прибавив к этому времени ступень селективности, определяют
время срабатывания защиты 1 и точку а (см. рис. 5.4), принадле-
жащую характеристике защиты;
Рис. 5.5. Согласование характеристик
максимальных токовых защит с ограни-
ченно «зависимой выдержкой времени
Рис. 5.4. Выбор характеристик
максимальных токовых защит
е ограниченно зависимой вы-
держкой времени
по току срабатывания и точке а выбирают характеристику реле
по типовым характеристикам.
На рис. 5.5 показано изменение тока повреждения при переме-
щении I точки короткого замыкания от шин п/ст А к шинам п/ст В
(кривая 3) и построены характеристики защит 1 и 2. Из рис. 5.5
видно основное преимущество защиты с зависимой характеристи-
кой— отключение близких повреждений с малой выдержкой вре-
мени при обеспечении селективности, в случаях к. з. на соседней
линии. Преимуществом рассматриваемой защиты является также
отсутствие отдельных реле времени (что упрощает схему) и удоб-
ное согласование с пусковой характеристикой двигателя. Наряду с
этим она имеет ряд существенных недостатков, которых нет у мак-
симальной защиты с независимой характеристикой выдержки вре-
мени: большие выдержки времени в минимальных (точнее, не в
максимальных) режимах работы и при действии защиты в качест-
ве резервной; зависимость уставки срабатывания от величины мак-
симального тока короткого замыкания, что заставляет изменять
уставки с развитием системы электроснабжения и держать их все
время под наблюдением.
Выбор тока срабатывания. При выборе тока срабатывания за-
щиты /с.з необходимо исходить из условий возврата пускового орга-
на в начальное положение после его срабатывания при отключении
116
внешнего короткого замыкания.
В самом деле, при коротком за-
мыкании в точке К.2 (см. рис. 5.2)
срабатывают пусковые органы за-
щиты 2, расположенной ближе к
месту повреждения, и защиты 1.
При этом на отключение должна
подействовать только защита 2,
так как она имеет меньшую вы-
держку времени. Однако такое
действие защиты будет иметь мес-
Рис. 5.6. Ток в линии при нормаль-
ном режиме, при коротком за-
то только в том случае, если пос- мыкании и после его отключения
ле срабатывания защиты 2 и от-
ключения короткого замыкания пусковой орган защиты 1 вернется
в начальное положение.
Максимальный ток, при котором пусковой орган защиты воз-
вращается в начальное положение, называется током возврата за-
щиты /вз. Возврат пускового органа должен происходить после
отключения внешнего короткого замыкания..Для этого необходимо,
чтобы ток возврата защиты был больше максимально возможного
тока в линии /З.макс после отключения внешнего короткого замыка'
НИЯ (рис. 5.6), Т. е. /в.з>Л.макс.
При определении тока /З.мако необходимо учитывать возмож-
ность увеличения тока в защищаемой линии вследствие самоза-
пуска электродвигателей при восстановлении напряжения после
отключения короткого замыкания, а также длительные допустимые
перегрузки при АВР, при отключении одной из параллельных ли-
ний и т. п. Ток /з.макс обычно больше длительно существующего
максимального рабочего тока /раб.макс, что учитывается коэффи-
циентом самозапуска feC3 (&оз~2,54-3). В связи с этим селективное
действие защиты обеспечивается, если /в.3>&сз/раб.макс или, с уче-
том коэффициента запаса kaan,
/ —b h 1 -
1 в.з — лзап" сзл раб.макс’
Коэффициент запаса /гзап учитывает погрешности реле, неточности
расчета и др. и принимается равным 1,14-1,2.
Для первичных реле ток срабатывания и ток возврата защиты
являются одновременно и током срабатывания и возврата реле.
При этом ток в обмотке реле является первичным фазным током
защищаемого элемента /р = / 1ф. Для вторичных реле, обмотки ко-
торых включаются через трансформаторы тока, по обмотке реле
будет протекать вторичный ток трансформаторов тока, меньший
первичного тока на величину коэффициента трансформации пт.
Кроме того, этот ток будет зависеть от схемы присоединения реле
к трансформаторам тока.
В симметричном режиме соотношение между током в обмотке
реле /р и вторичным фазным током трансформаторов тока /2ф мо-
117
жет быть выражено коэффициентом схемы k^, т. е.
^р = Асх>Лф или /р —^сх^Лф/^т’
и соответственно этому
^C.p = ^exVc-3//гт И /в.р = ^СХ^в.з/^т'
Отсюда с учетом (2.4) получаем:
^В= ^В.з/^C.S’
Тогда из (5.5) имеем выражение для расчета тока срабатывания
защиты:
^с.з (^зап^сз/^в) -^раб.макс’ (5-6)
Таким образом, для вторичных реле общее расчетное выраже-
ние для определения тока срабатывания имеет вид
^с.р (^заи^сз/^в) ^сх (^раб.макс/^т)' ч (5-7)
Для обеспечения селективности в ряде случаев, например при
использовании реле РТВ, требуется, чтобы по мере приближения
к источнику питания ток срабатывания защит увеличивался. В дру-
гих случаях ток срабатывания /с.з1 защиты 1, расположенной вбли-
зи источника питания, должен быть не меньше тока срабатывания
/с.з2 защиты 2 (см. рис. 5.2). Таким образом, должно выполняться
уСЛОВИе /с.з1^/с.з2-
Чувствительность максимальной токовой защиты характеризу-
ется коэффициентом чувствительности, который представляет со-
бой отношение тока в обмотке реле /р при металлическом коротком
замыкании в конце защищаемой зоны (рис. 5.2; точка Кз для защи-
ты /) к току срабатывания реле /с.р:
. *ч=/р//с.р- (5.8)
Проверка чувствительности производится по минимальному
току короткого замыкания /к.з.мин- Чувствительность максимальной
токовой защиты считается достаточной при 1,5 [Л. 29]. В том
случае, если максимальная токовая защита является резервной за-
щитой, то ее коэффициент чувствительности определяется по ми-
нимальному току короткого замыкания в конце смежного участка
(рис. 5.2; точка Ki или Kt для защиты /); при этом необходимо,
чтобы /гч^1,2 [Л. 29]. При наличии нескольких линий, отходящих
от шин противоположной подстанции, такая величина k4 долж-
на обеспечиваться при коротком замыкании в конце любой
из них.
Особенности расчета максимальной токовой защиты с дешунти-
рованием катушек отключения выключателей. В таких схемах транс-
форматоры тока работают в двух режимах (см. рис. 2.61):
1) в режиме до срабатывания дешунтирующих реле, когда на-
118
грузкой трансформатора тока является сопротивление обмотки реле
и сопротивление проводов, поэтому при срабатывании защиты
мощность от трансформаторов тока необходима, как и в схемах
без дешунтирования, только для действия реле; при этом полная
погрешность трансформаторов тока не должна превышать 10%;
2) в режиме, близком к режиму максимальной мощности, когда
в результате срабатывания реле дешунтируется катушка отключе-
ния и нагрузка трансформатора тока резко возрастает. В этом ре-
жиме трансформаторы тока должны обеспечить отдачу мощности,
необходимой для срабатывания катушек отключения выключателя.
При этом уменьшившийся ток через реле должен обеспечить его
удержание в сработанном состоянии, т. е. должен быть больше тока
возврата реле. К контактной системе реле предъявляются требова-
ния надежно дешунтировать катушки отключения при возможных
токах короткого замыкания.
Таким образом, при расчете параметров (тока срабатывания и
выдержки времени) максимальной токовой защиты с дешунтирова-
нием катушки отключения выключателя необходимо дополнительно
произвести:
проверку надежности действия катушек отключения выключате-
ля после их дешунтирования;
проверку отсутствия возврата реле после дешунтирования кату-
шек отключения;
проверку коммутационной способности переключающих контак-
тов реле.
Надежное действие катушки отключения обеспечивается всег-
да, если ток срабатывания защиты /с.з превышает некоторое зна-
чение первичного тока /]К.О, при котором в катушке отключения
проходит ток, достаточный для ее срабатывания, т. е.
/с.з>Лк.о- (5-9)
Проверку этого условия проводят в следующем порядке. При за-
данном токе срабатывания катушки отключения /с.к.о определяют
вторичный ток, необходимый для надежного действия катушки от-
ключения /2 = ^зап^ско, где /г3ап — коэффициент запаса, равный
1,24-1,4.
С учетом погрешности трансформаторов тока /1К.о= (Л+^нам)^-
Таким образом, для нахождения тока /1К.О необходимо иметь ток
намагничивания /'нам, который, в частности, может быть найден по
типовой характеристике намагничивания B=f(H) при заданных се-
чении сердечника S, числе витков вторичной обмотки w2 и средней
длине пути магнитного потока /Ср- Сначала подсчитывают величину
вторичной э. д. с. трансформатора тока при дешунтированной ка-
тушке отключения E2=/2(Z2+ZH), затем определяют максимальную
индукцию Вмакс = Е2- 108/(4,44fw25) и далеё по кривой намагничи-
вания для этого значения индукции находят напряженность маг-
нитного поля Н. Соответствующий ей ток намагничивания /'нам =
= Hlcplw2. Если при этом токе намагничивания величина тока Цк,о
119
такая, что условие (5.9) не удовлетворяется, то возникает необхо-
димость в последовательном соединении трансформаторов тока.
Можно также увеличить ток срабатывания защиты, если это допу-
стимо по условию чувствительности.
Для исключения возврата пусковых органов защиты после де-
шунтирования катушки отключения необходимо, чтобы выполня-
лось условие
2 ^загт^в.р
(5.10)
где Азан— 1,2.
Возможность применения схемы с дешунтированием по условию
работы контактов реле проверяют по формуле
Л.з.макс/«т< 150А,
(5.11)
где /к.з.макс — максимальное значение первичного тока при к. з. в
зоне действия защиты. При этом сопротивление нагрузки транс-
форматора тока не должно превышать 4 Ом.
§ 5.3. Схемы включения пусковых
органов максимальной токовой
защиты
Трехфазная схема с соединением трансформаторов тока и реле
в полную звезду (рис. 5.7, а). Для выполнения схемы необходимо
иметь три реле и три трансформатора тока, установленные во всех
фазах защищаемого элемента. Вторичные обмотки трансформато-
ров тока и обмотки реле соединяются в полную звезду. При этом
в нулевую точку должны быть объединены одноименные выводы,
например концы Иг вторичных обмоток всех трех трансформаторов
тока. Провод, соединяющий нулевую точку трансформаторов тока
и нулевую точку обмоток реле, называется нулевым (обратным)
проводом.
Из анализа схемы следует, что:
при всех видах коротких замыканий токи повреждения прохо-
дят во всех или в части реле IT, 2Т, ЗТ, поэтому защита, выполнен-
ная по такой схеме, реагирует на все виды короткого замыкания,
имея при этом равную чувствительность при одинаковых токах
повреждения;
токи в реле IT, 2Т, ЗТ равны вторичным фазным токам, поэтому
коэффициент схемы йсх)=1;
при двойных замыканиях на землю в сетях с малыми токами за-
мыкания на землю, если точки замыкания расположены на разных
линиях (рис. 5.7, б), могут подействовать на отключение защиты
обеих линий (защиты / и II) при равенстве выдержек времени, что
нежелательно;
ток в нулевом проводе равен сумме фазных токов (1а + 1ъ + 1с=
120
= 3/0), поэтому в нормальном режиме и при отсутствии поврежде-
ния на землю в нулевом проводе протекает ток небаланса. В этом
случае обрыв нулевого провода не может сказаться на работе схе-
мы. Однако при повреждениях на землю по нулевому проводу замы-
кается ток повреждения. При обрыве нулевого провода ток повреж-
Рис. 5.7. Схема соединения трансформаторов тока и обмоток реле в полную
звезду и поведение защиты, выполненной по этой схеме при двойных замыка-
ниях на землю на разных линиях
денной фазы может замыкаться только через вторичные обмотки
трансформаторов тока неповрежденных фаз, которые представля-
ют для него очень большое сопротивление. Исходя из этого, выпол-
нение схемы соединения трансформаторов тока и обмоток реле в
полную звезду без нулевого провода недопустимо.
Двухфазная трехрелейная и двухрелейная схема с соединением
трансформаторов тока в неполную звезду (рис. 5.8). Эту схему
можно получить из схемы полной звезды (рис. 5.7, а), если из
последней исключить один из трансформаторов тока вместе с при-
соединенным к нему реле 2Т (двухрелейная схема неполной
звезды).
Обычно для выполнения схемы неполной звезды используются
трансформаторы тока, установленные в фазах Л и С. Из-анализа
этой схемы следует, что:
схема реагирует на все виды коротких замыканий, за исключе-
нием короткого замыкания на землю фазы, в которой трансформа-
тор тока не установлен, поэтому схема применяется только для за-
щит, действующих при междуфазных повреждениях;
в симметричных режимах в реле IT, ЗТ проходят вторичные
фазные токи, поэтому для схемы неполной звезды ^с!) = 1;
ток в обратном проводе проходит не только при некоторых за-
мыканиях на землю, но и при междуфазных коротких замыканиях,
121
Рис. 5.8. Схема соедине-
ния трансформаторов то-
ка и обмоток реле в не-
полную звезду
Рис. 5.10. Схема соедине-
ния трансформаторов то-
ка и обмотки реле на
разность токов двух фаз
Рис. 5.9. Поведение защиты, выполненной
по схеме неполной звезды, при коротких за-
мыканиях в различных точках
а также при нормальном режиме. Таким образом, обратный провод
необходим для правильной работы схемы и при коротких замыка-
ниях и при нормальном режиме, т. е. выполнять схему без обрат-
ного провода недопустимо;
в сетях с малыми токами замыкания на землю (рис. 5.9, а) при
двойных замыканиях на землю, когда точки повреждения находят-
ся на двух линиях, отходящих от общих шин, причем одна из точек
расположена на фазе без трансформатора тока (точки Ki и Кз),
122
действует на отключение только защита / и отключается линия с
местом повреждения в точке Ль В случае расположения трансфор-
маторов тока в одноименных фазах на всех присоединениях данно-
го напряжения в 66% случаев двойных коротких замыканий будет
отключаться только одно место повреждения;
в сетях с малыми токами замыкания на землю при двойных
замыканиях на землю защита может действовать неселективно, ес-
ли точки повреждения располагаются на смежных участках, при-
чем на более удаленном участке повреждается фаза без трансфор-
матора тока (точки Л1 и Ла);
чувствительность защиты может оказаться в два раза меньшей
по сравнению со схемой полной звезды при некоторых двухфазных
коротких замыканиях за трансформатором с соединением обмоток
У/A или A/У (точка Л4, защита III).
На рис. 5.9, б, в приведены векторные диаграммы токов в фазах со стороны
обмоток силового трансформатора, соединенных в А и Y (соответственно /лД
1в д и /лг, /by, Icy) при двухфазном коротком замыкании за трансформатором
между фазами А и В. Векторные диаграммы токов построены с использованием
метода симметричных составляющих. Полные токи в фазах можно выразить через
ток прямой последовательности фазы А:
-^д = ^ = 1/‘з"Ла,
где N? — коэффициент трансформации силового трансформатора. Отсюда
lAY = ZCY = ^к.з/(У 3 1VT).
Чувствительность защиты, осуществляемой по схеме неполной звезды, в данном
случае будет определяться токами /лу и Icy-
*ч = 42з/(/Г/с.3хт), .
а-защиты, осуществляемой по схеме полной звезды, — током Iby'.
< = 24^(/Г/с.зЛГт),
т. е. k4' = 2k4.
Если чувствительность двухрелейной схемы неполной звезды
оказывается недостаточной, то следует в обратный провод схемы
дополнительно включить реле 2Т', по обмотке которого, как и в
обратном проводе, будет проходить сумма токов фаз А и С (трех-
релейная схема неполной звезды). По чувствительности эта схема
включения пусковых органов равноценна схеме полной звезды.
Двухфазная однорелейная схема с соединением трансформато-
ров тока на разность токов двух фаз (рис. 5.10). Для выполнения
схемы вторичные обмотки трансформаторов тока, установленных
в двух фазах, соединяются разноименными выводами. К трансфор-
маторам тока присоединяется реле так, что по его обмотке проте-
123
кает ток, равный геометрической разности фазных токов. В соот-
ветствии со схемой, изображенной на рис. 5.10, /Р=/а —/с-
Из анализа поведения реле при различных видах короткого за-
мыкания следует, что:
схема защиты реагирует на все виды коротких замыканий, за
исключением коротких замыканий на землю фазы, в которой транс-
форматор тока не установлен, поэтому применяется только для дей-
ствия при междуфазных повреждениях. Существенным недостат-
ком схемы является то, что при двухфазном коротком замыкании
за трансформатором с соединением обмоток У/Д (точка K<t на
рис. 5.9, а) защита может отказать в действии в связи с тем, что
токи в фазах с трансформаторами тока равны по величине и фазе
(токи Ia y и 1с y на рис. 5.9, в);
в нормальном режиме и при трехфазном коротком замыкании
в обмотке реле протекает ток, в УЗ раза больший фазного тока,
поэтому коэффициент схемы =УЗ;
соотношения между токами в реле и фазными токами зависят
ют вида короткого замыкания, поэтому защита имеет разную чув-
ствительность в зависимости от вида короткого замыкания и соче-
тания поврежденных фаз. Защита обладает наименьшей чувстви-
тельностью при двухфазных коротких замыканиях между фазами
А — В и В — С. В этих случаях ее чувствительность в УЗ раз мень-
ше, чем чувствительность защит, выполненных по схеме полной и
неполной звезды.
Рассмотренные схемы включения пусковых органов неравно-
ценны как по количеству оборудования, так и по другим парамет-
рам (чувствительность, надежность, селективность и др.). Выбор
той или иной схемы определяется, в первую очередь, назначением
защиты. При условии выполнения всех' требований, предъявляемых
к защите, предпочтение отдается наиболее простой схеме, требую-
щей минимального количества оборудования.
В сетях с малыми токами замыкания на землю защита должна
отключать поврежденный участок при междуфазных коротких за-
мыканиях и при двойных замыканиях на землю, поэтому эту защиту
можно осуществить по схеме неполной звезды или по схеме вклю-
чения реле на разность токов двух фаз. Обе эти схемы при двойных
замыканиях на землю могут действовать неселективно. Защита,
выполненная по схеме полной звезды, может отключать в этом слу-
чае оба места повреждения, что нежелательно.
Таким образом, с точки зрения ликвидации двойных замыканий
на землю в сети с изолированной нейтралью схема полной звезды
не имеет преимуществ по сравнению с другими рассмотренными
схемами. По этой причине в сетях с малыми токами замыкания на
землю защиту следует выполнять по схеме неполной звезды или
по схеме включения реле на разность токов двух фаз, требующей
меньшего количества оборудования и обеспечивающей в больший- '
стве случаев отключение одного места повреждения при двойных
замыканиях на землю.
Лучшей из этих двух схем является схема неполной звезды,
124
>еагирующая на все повреждения за трансформатором с соединени-
;м обмоток У/Д и более чувствительная при двухфазных коротких
амыканиях в сети, где она установлена. Однако для ее выполне-
1ия требуется в два раза больше реле, чем для схемы включения
>еле на разность токов двух фаз, которая, несмотря на недостатки,
)тмеченные при ее рассмотрении, также находит широкое приме-
1ение в сетях с малыми токами замыкания на землю, особенно для
шщиты двигателей и линий в сетях напряжением до 10 кВ.
В сетях с большими токами замыкания на землю к защите
тредъявляется требование действовать на отключение защищаемо-
'о элемента как при коротких замыканиях между фазами, так и
три коротких замыканиях на землю. Такая защита может быть вы-
полнена двумя способами:
1) по схеме включения трансформаторов тока и реле в полную
звезду;
2) в виде двух комплектов — комплекта от междуфазных корот-
ких замыканий с соединением трансформаторов тока и реле в не-
полную звезду и комплекта от замыканий на землю с соединени-
ем трансформаторов тока в фильтр тока нулевой последователь-
ности.
Как будет показано в § 5.5, токовые реле, включенные на ток
фазы (схема полной звезды), при коротком замыкании на землю
оказываются менее чувствительными, чем комплект защиты от за-
мыканий на землю с соединением трансформаторов тока в фильтр
тока нулевой последовательности. Кроме того, комплект защиты
от коротких замыканий на землю может быть выполнен с меньшей
выдержкой времени.
Более целесообразным является выполнение токовой защиты в
виде двух комплектов: от междуфазных коротких замыканий и от
коротких замыканий на землю.
§ 5.4. Схемы и общая оценка
максимальной токовой защиты
Для осуществления максимальной токовой защиты может быть
использована одна из рассмотренных в § 5.3 схем включения пус-
ковых органов, функции которых выполняют максимальные реле
тока. Выбор типа реле и схемы их соединения с трансформаторами
тока определяется назначением защиты и предъявляемыми к ней
требованиями.
Для изображения на чертеже защиты и автоматики используют-
ся в основном принципиальные (полные) и структурные схемы.
Принципиальные (полные) схемы находят широкое применение
для изображения сравнительно простых устройств с относительно
малым количеством реле. На рис. 5.11, а изображена принципи-
альная (полная) схема максимальной токовой защиты на посто-
янном оперативном токе. На. схеме контакты и выводы обмоток
реле изображаются в совмещенном виде так, что видна их взаим-
ная принадлежность. Обычно на принципиальной (полной) схеме
125
наряду со схемой релейной защиты изображается схема первичны:
соединений защищаемого присоединения.
По мере усложнения схем релейной защиты появляется болыпо<
количество реле, контактов и пересекающихся цепей, поэтому прин
ципиальные (полные) схемы теряют наглядность и становятс;
сложными. Схему можно упростить путем раздельного изображе
ния цепей переменного тока, цепей напряжения, цепей управле
ния и др. Такой способ изображения схем называется разне
сенным.
На рис. 5.11, б, в изображена та же максимальная токовая за-
щита разнесенным способом. В этой схеме реле как единого услов-
оперативном токе:
ТТС—трансформаторы тока; /Л 2Т -—реле тока; В — реле вре-
мени; П — промежуточное реле; У— указательное реле; БК—блок-кон-
такт выключателя; КО — катушка отключения
ного обозначения не существует. В частности, контакты и обмотки
реле тока размещаются в разных местах (контакты — в цепях
управления, обмотки — в цепях тока). Их взаимная принадлеж-
ность определяется цифровыми или буквенными обозначениями.
В структурных схемах устройства защиты, автоматики или теле-
механики разбиваются на отдельные блоки, которые изображаются
в виде прямоугольников с цифро-буквенными обозначениями. Схе-
ма, не выявляя существа работы этих блоков, показывает лишь
структуру устройства и взаимосвязь между отдельными блоками.
Примером структурной схемы является изображенная на рис. 2.3
автоматическая система регулирования.
В 1971 г. Государственным общесоюзным стандартом
ГОСТ 2.725—68 «Обозначения условные графические в схемах.
Устройства коммутирующие» были введены единые условные обо-
значения электрических аппаратов и их элементов, в соответствии
126
с которыми аппараты обозначаются в положении отсутствия напря-
жения во всех цепях схемы, т. е. в отключенном состоянии. Такое
обозначение принято и в настоящей книге.
Максимальная токовая защита с независимой выдержкой вре-
мени, выполненная по схеме неполной звезды на постоянном опера-
тивном токе. Для выполнения защиты (см. рис. 5.11) использованы
два трансформатора тока ТТА и ТТС, установленные в фазах А
и С за выключателем и соединенные в схему неполной звезды. За-
щита может подключаться также к трансформаторам тока, распо-
ложенным до выключателя (это обычно встроенные во втулки вы-
ключателей трансформаторы тока). Исходя из требований техники
безопасности, вторичные обмотки трансформаторов тока заземля-
ются. В качестве пусковых органов 1Т и 2Т в схеме использованы
максимальные реле тока типа РТ-40, а в качестве органа выдерж-
ки времени — реле времени В типа ЭВ-134. В схему защиты вклю-
чены также промежуточное реле П типа РП-23 и указательное
реле У типа РУ-21. Необходимость промежуточного реле в данном
случае обосновывается недостаточной коммутационной способ-
ностью контактов реле времени.
При возникновении повреждения срабатывают пусковые органы
защиты реле 1Т и 2Т. При этом их контакты замыкают цепь об-
мотки реле времени В, приводя его в действие. По истечении уста-
новленной выдержки времени реле В замыкает контакт в цепи
обмотки промежуточного реле П, которое, срабатывая, отключает
выключатель. При этом указательное реле У фиксирует действие
защиты на отключение.
Максимальная токовая защита с вторичными реле тока прямого
действия типа РТВ. Реле этого типа встраиваются в грузовые
и пружинные приводы, предназначенные для выключателей
64-35 кВ. Во многих современных пружинных и грузовых приводах
имеются два реле РТМ или два реле РТВ. В сетях напряжением
64-35 кВ, являющихся сетями с малым током замыкания на землю,
трансформаторы тока устанавливаются в двух фазах. Поэтому
максимальная токовая защита может быть выполнена с включени-
ем реле и трансформаторов тока на разность токов двух фаз или
в схему неполной звезды (рис. 5.12). Схема защиты проста и пояс-
нений не требует.
Максимальная токовая защита с ограниченно зависимой вы-
держкой времени, выполненная на переменном оперативном токе
с дешунтированием отключающих катушек выключателя. В схеме
защиты использовано индукционное реле тока с ограниченно зави-
симой выдержкой времени типа РТ-85, имеющее усиленные пере-
ходные контакты, позволяющие производить дешунтирование от-
ключающих катушек выключателей (рис. 5.13).
Рассматриваемая схема является примером защиты на пере-
менном оперативном токе, в которой питание отключающих кату-
шек осуществляется непосредственно переменным током от транс-
форматоров тока. Схема защиты выполнена с двумя реле ITjB и
2TjB и двумя отключающими катушками 1КО и 2 КО. В нормаль-
127
Рис. 5.12. Токовая защита с
реле прямого действия типа
РТВ
Рис. 5.13. Токовая защита с ограниченно
зависимой характеристикой, выполнен-
ная по схеме неполной звезды иа пере-
менном оперативном токе с дешунтиро-
ванием катушек-отключения
Рнс. 5.14. Максимальная токовая защита
с независимой выдержкой времени, вы-
полненная по схеме неполной звезды на
переменном оперативном токе с дешун-
тированием отключающих катушек, с
промежуточными реле типа РП-341 и
токовым реле времени типа РВМ-12:
а — цепи тока; б — вторичные цепи реле вре-
мени; в — вторичные цепи промежуточных
реле
ном режиме цепи катушек отключения разомкнуты на контактах
соответствующих реле. При срабатывании реле в процессе пере-
ключения переходного контакта сначала включается отключающая
катушка в цепь трансформатора тока, а затем она дешунтируется.
При этом отключающая катушка включается последовательно с
обмоткой реле и, срабатывая, отключает выключатель. Использо-
вание переходного контакта исключает разрыв цепи трансформа-
тора тока при срабатывании защиты. Рассмотренная схема защиты
проста; она широко применяется на присоединениях, оборудован-
ных грузовыми и пружинными приводами, электромагниты отклю-
чения которых потребляют при номинальном токе мощность не
более 50 ВА. В качестве электромагнитов отключения можно исполь-
зовать реле РТМ. По сравнению с реле прямого действия рассмат-
риваемая защита обеспечивает большую чувствительность и надеж-
ность.
Максимальная токовая защита с независимой выдержкой вре-
мени, выполненная по схеме неполной звезды на переменном опе-
ративном токе с дешунтированием отключающих катушек, с про-
межуточными реле типа Р П-341 и токовым реле времени типа
РВМ-12. В схеме защиты, приведенной на рис. 5.14, пусковыми
органами 1Т и 2Т являются два реле тока типа РТ-40. Токовые це-
пи реле времени В включены на фазные токи трансформаторов то-
ка ТТА и ТТС последовательно с обмотками реле тока 1Т и 2Т и
обмотками промежуточных реле 1П и 2П (рис. 5.14, а). Реле вре-
мени срабатывает только при замыкании его цепи управления кон-
тактами реле тока 1Т или 2Т. Схема включения реле времени вы-
полнена так, что при любых коротких замыканиях пуск его всегда
осуществляется каким-либо одним реле (рис. 5.14, б). Как указы-
валось в § 2.10, это необходимо для правильного действия реле вре-
мени. По истечении заданной выдержки времени реле В срабаты-
вает и его контакт замыкает цепь управления промежуточных реле
1П и 2П (рис. 5.14, в).
Реле 1П и 2П срабатывают и своими переходными контактами
сначала включают в цепь трансформаторов тока, а затем дешун-
тируют отключающие катушки 1КО и 2К.О. При этом, вследствие
увеличения нагрузки трансформаторов тока, ток от них может сни-
зиться настолько, что реле тока 1Т и 2Т, а следовательно, и реле
времени В вернутся в исходное положение прежде, чем произойдет
отключение выключателя. При этом защита отключить поврежден-
ный участок не сможет. Для предотвращения этого в схеме защиты
предусмотрено шунтирование контакта реле времени В замыкаю-
щими контактами промежуточных реле 1П и 2П, после срабаты-
вания которых действие защиты уже не зависит от поведения пус-
ковых органов.
В схеме защиты предусмотрено указательное реле У типа РУ-21,
обмотка которого включена в цепь управления промежуточных
реле 1П и 2П. Все реле возвращаются в исходное положение
после срабатывания отключающих катушек и отключения выклю-
чателя.
5—2008
129
Максимальная токовая защита на переменном оперативном токе
с использованием блоков питания и заряда. На рис. 5.15 приведены
схемы максимальной токовой защиты, в которой в связи с исполь-
зованием индукционного реле тока типа РТ-80 оперативный ток
необходим только для питания катушки отключения выключателя.
В отличие от рассмотренных выше схем, здесь отключение выклю-
чателя производится за счет энергии, запасенной в конденсаторе С,
который заряжается с помощью блока питания и заряда БПЗ-401,
подключенного к трансформатору напряжения. Отказ от блок-кон-
такта в цепи катушки отключения выключателя возможен в связи
с кратковременностью протекания тока разряда конденсатора в
катушке отключения при срабатывании защиты.
В схемах максимальной токовой защиты с независимой выдерж-
кой времени оперативный ток необходим также для питания реле
времени и промежуточных реле. Для этой цели используют блоки
питания и заряда, работающие в режиме питания (рис. 5.16).
Общая оценка максимальной токовой защиты. Максимальная
токовая защита обеспечивает селективное отключение повреждения
только в радиальных сетях с односторонним питанием. При этом в
связи с выбором выдержек времени по ступенчатому принципу мо-
гут иметь место недопустимо большие времена отключения повреж-
дений вблизи источников питания. Требуемая чувствительность
защиты обеспечивается не всегда, особенно при работе ее как ре-
зервной. Вместе с тем максимальная токовая защита является
сравнительно простой и достаточно надежной. Несмотря на отме-
ченные недостатки она широко применяется в радиальных сетях
всех напряжений с одним источником питания; в системах электро-
снабжения промышленных предприятий, городов и сельского
хозяйства напряжением 10 кВ и ниже она является основной
защитой.
§ 5.5. Выбор параметров максимальной
токовой защиты нулевой последовательности
для сетей с большими токами
замыкания на землю
Пусковым органом защиты является реле тока, подключенное
к фильтру тока нулевой последовательности. В остальном схема
защиты выполняется аналогично рассмотренным выше схемам мак-
симальной токовой защиты от междуфазных коротких замыканий.
В нормальном режиме и при междуфазных повреждениях в реле
протекает только ток небаланса /Нб, поэтому ток срабатывания
реле может выбираться без учета рабочих токов по условию
4.р>4б.расч- (5-12)
Расчетный ток небаланса /нб.расч определяется таким образом,
чтобы исключить срабатывание защиты в нормальном режиме и
при внешних междуфазных коротких замыканиях. При этом учи-
тывается и возможность отстройки защиты по времени. Время дей-
ствия защиты выбирается по ступенчатому принципу с нарастани-
130
Рис. 5.15. Токовая защита с ограниченно зависи-
мой выдержкой времени, выполненная по схеме
неполной звезды на переменном оперативном токе
с использованием блока питания и заряда
БПЗ-401:
. а — цепи тока; б — цепи оперативного тока
Рис. 5.16. Максимальная токовая
защита с независимой выдержкой
времени, выполненная по схеме
неполной звезды на переменном
оперативном токе с использовани-
ем блоков питания и заряда
БПЗ-401 и БПЗ-402:
а — цепи тока; б — цепи оперативного
тока; в — цепи напряжения
5*
ем от приемного конца в сторону трансформаторов с заземленной
нулевой точкой. При этом выдержка времени защиты нулевой по-
следовательности обычно получается меньше выдержки времени
защиты от междуфазных коротких замыканий. Объясняется это
различным характером протекания полных фазных токов и токов
нулевой последовательности.
В качестве примера на рис. 5.17 показана радиальная сеть с
односторонним питанием. В сети — два трансформатора 1Тр и 2Тр
с соединением обмоток У/Д—11. Трансформатор 1Тр имеет зазем-
ленную нулевую точку. При этом токи нулевой последовательности
будут протекать по поврежденной линии и замыкаться через за-
земленную нейтраль и точку короткого замыкания только при
Рис. 5Л7. Радиальная сеть с односторонним пита-
нием и характеристики выдержек времени макси-
мальной токовой защиты нулевой последовательности
и максимальной токовой защиты от коротких замы-
каний между фазами
повреждении на землю на участке между обмотками трансформа-
торов, соединенных в звезду. При коротких замыканиях и замыка-
ниях на землю вне этого участка (Ki) токи нулевой последователь-
ности отсутствуют, поэтому защита нулевой последовательности 03,
установленная на трансформаторе 2Тр, может выполняться без
выдержки времени (Л>з~О), а время действия защит 02 и 01 нара-
стает по ступенчатому принципу.
Наряду с защитой нулевой последовательности рассматривае-
мая сеть защищается также защитами от междуфазных коротких
замыканий 1, 2, 3 и 4. На рис. 5.17 показаны характеристики вы-
держек времени защиты нулевой последовательности (t03, toi)
и защиты от замыкания между фазами (tt, ts, t2, 6). Из анализа
этих характеристик следует, что защиту нулевой последовательно-
сти можно выполнить более быстродействующей, чем защиту с
включением реле на полные фазные токи.
При выборе токов срабатывания реле и определении расчетного
тока небаланса следует иметь в виду, что /нб.расч возрастает с уве-
личением первичного тока, достигая максимального значения при
трехфазных коротких замыканиях. Поэтому в случае, когда /оз=£^4,
ток срабатывания реле защиты нулевой последовательности дол-
132
жен отстраиваться от максимального тока небаланса при внешних
трехфазных коротких замыканиях, для того чтобы исключить не-
селективное действие защиты нулевой последовательности. Ток не-
баланса при этом определяется, исходя из 10-процентной погреш-
ности трансформаторов тока с учетом коэффициента однотипности
АОдн=0,5-=-1 по выражению
г _______ г ______А 6 /к.з.вн.макс /с 1
уиб.расч"“у нб.макс коля ^qq
где /к.з.вн.макс — действующее значение установившегося тока трех-
фазного короткого замыкания при повреждении в начале следую-
щего участка (например, для защиты 02 в точке Кг) Ток устано-
вившегося режима короткого замыкания принимается потому, что
защита действует с выдержкой времени, достаточной для затуха-
ния апериодической составляющей.
В тех случаях, когда выдержка времени защиты не превышает
0,3 с, при определении тока небаланса /Нб.макс следует учитывать и
апериодическую составляющую тока короткого замыкания, выра-
жаемую через коэффициент feanep. При этом (5.13) принимает вид:
[ __ Ъ Ь ' Е ^к.з.вн.макс (с
1 нб.макс ^одн^апер 1ПЛ > Iм*
1UU лт
Где &апер = 2 при времени действия защиты до 0,1 с и 1,5 — при вре-
мени действия защиты до 0,3 с [Л. 34].
В рассматриваемом случае при определении тока срабатывания
реле коэффициент возврата kB не учитывается, так как при внешних
коротких замыканиях пусковой орган защиты не срабатывает, а
при отключении внешних коротких замыканий на землю, при воз-
никновении которых реле может сработать, ток нулевой последова-
тельности исчезает полностью. Таким образом,
^с.р ^зап^нб.макс’ (5.15)
здесь коэффициент запаса fe3an, учитывающйй погрешность и необ-
ходимый запас, принимается равным 1,25. Чувствительность защи-
ты может быть повышена, если принять /оз>^4- При этом внешние
междуфазные короткие замыкания отключаются с временем мень-
шим, чем время действия токовой защиты нулевой последователь-
ности, поэтому достаточно ее ток срабатывания выбирать по рас-
четному току небаланса, равному току небаланса в нормальном
режиме: /Нб.расч=/нб.норм. Этот ток значительно меньше тока
/нб.макс, поэтому при внешних междуфазных коротких замыканиях
пусковой орган защиты будет срабатывать. Для обеспечения воз-
врата реле после отключения внешних коротких замыканий при
выборе тока срабатывания следует учитывать коэффициент возвра-
та kB:
/с.р ^зап/нб.нбрм/^в" (5.16)
В этом выражении коэффициенты fe3an и kB принимаются такими
же, как и соответствующие коэффициенты максимальной токовой
133
защиты с включением реле на полные токи фаз. Ток 7Нб.нОрм нахо-
дят путем измерения; его величина в зависимости от класса транс-
форматоров тока, однотипности их характеристик и нагрузки ко-
леблется от 0,01 до 0,1 А, т. е. ток срабатывания защиты значитель-
но меньше рабочих токов защищаемой линии.
Таким образом, по сравнению с защитами, включенными на
полные фазные токи, защита нулевой последовательности имеет
меньшие выдержки времени и повышенную чувствительность. В свя-
зи с этим она находит широкое применение в сетях с большими то-
ками замыкания на землю (сети напряжением НО кВ и выше) в
качестве защиты от замыкания на землю.
§ 5.6. Защита от замыкания на землю
в сетях с малым током замыкания
на землю
Величина установившихся токов замыкания на землю опреде-
ляется режимом работы нейтрали электрических систем. В сетях с
изолированной нейтралью установившиеся значения токов в точке
повреждения при однофазных замыканиях обычно не превышают
нескольких десятков ампер. Если нейтраль заземлить через дуго-
гасящую катушку, то ток замыкания на землю при соответствующей
настройке дугогасящей катушки может быть значительно уменьшен.
В связи с этим выполнение токовой защиты от однофазных замыка-
ний на землю в таких сетях, реагирующей на установившиеся токи
замыкания, связано с определенными трудностями. Это обстоятель-
ство привело к необходимости создания защит, действующих в за-
висимости от токов, возникающих во время переходного процесса
при замыканиях на землю, а также устройств, реагирующих на
высшие гармоники, содержащиеся в токе замыкания на землю; ис-
пользук5тся также токовые направленные и другие защиты.
В Советском Союзе, с изолированными или заземленными через
дугогасящие катушки нейтралями работают сети напряжением
35 кВ и ниже.
Установившиеся токи и напряжения при однофазных замыкани-
ях'на землю. В сетях переменного тока при нормальной работе на-
ряду с рабочими токами нагрузки по фазам проходят токи, обу-
словленные равномерно распределенными по длине проводов емко-
стями фаз по отношению к земле. Если не учитывать токи нагруз-
ки, напряжения во всех точках сети можно считать одинаковыми,
поскольку емкостные токи малы и падением напряжения в прово-
дах от этих токов можно пренебречь. При этом напряжения фаз
по отношению к земле равны соответствующим фазным напряже-
ниям С а, Св, Сс относительно нейтрали системы, а распределенные
емкости фаз могут быть заменены сосредоточенными емкостями
С а, Св, С с (рис. 5.18, а).
Место присоединения этих емкостей на величину емкостных то-
ков практически не влияет, так как индуктивное и активное сопро-
тивления линии ничтожно малы по сравнению с сопротивлением
134
емкости фазы по отношению к земле. В симметричной трехфазной
сети СА = Св = Сс = С. В связи с отсутствием падения напряжения
в проводах напряжения Од, Св и С с равны соответствующим э. д. с.
источника питания, а их векторы образуют симметричную звезду
фазных напряжений (рис. 5.18, б), в результате чего напряжение
нейтрали системы Н по отношению к земле равно нулю, а через со-
средоточенные емкости протекают равные по величине токи, опере-
жающие соответствующие напряжения на 90° (рис. 5.18, б), т. е.
= /B=j¥?-=JvCljB, Ic = jUf-=j«>CUc.
лс лс лс
Геометрическая сумма этих токов равна нулю, поэтому ток в земле
отсутствует.
Рис. 5.18. Нормальный режим работы в сети с изо-
лированной нейтралью при отсутствии токов на-
грузки:
а — протекание емкостных токов; б — векторные диаграммы
токов и напряжений
При замыкании какой-либо фазы на землю напряжения фаз по
отношению к земле изменятся, а относительно нейтрали системы
Н останутся такими же, как в нормальном режиме, т. е. С а, Св и
Сс. Так, при металлических замыканиях на землю, например, фа-
зы А (рис. 5.19, а) она получает потенциал земли. В связи с этим
напряжения двух других фаз и нейтрали по отношению к земле ста-
новятся напряжениями относительно замкнувшейся на землю
фазы А: Сва=Св^', Сса—Сс^', Cha=ChiAv>=—Са (рис. 5.19, б).
Поскольку междуфазные напряжения остаются при этом неизмен-
ными, то напряжения неповрежденных фаз В и С по отношению к
земле повышаются в ]/3 раз.
Можно показать, что система двух векторов Свт и f7c(1) содер-
жит составляющие прямой и нулевой £7о(1> последовательностей
(рис. 5.19, в).
В самом деле,
+ а^’)/з = иА;
= и™ = + ^1))/з = - иА-
= ( Ж™ + atfg>)/3 = 0.
135
Таким образом, при металлическом замыкании на землю в сети появляется
напряжение нулевой последовательности 17 , которое, как и напряжение сме-
щения нейтрали б^, равно по величине и обратно по знаку напряжению, кото-
рое имела поврежденная фаза по отношению к земле при нормальной работе,
т. е. напряжению этой фазы относительно нейтрали системы. Что касается напря-
жения прямой последовательности, то оно равняется напряжению фаз по отно-
шению к земле при нормальной работе. Вследствие этого изменение напряжения
фаз прн замыкании на землю можно рассматривать как результат наложения
Рис. 5Л9. Однофазное замыкание на землю в сети с
изолированной нейтралью и его векторные диаграм-
мы напряжений
напряжений нулевой последовательности на напряжение фаз 17л, бв и бс сети
прн ее нормальной работе.
Замыкания на землю обычно происходят через переходные активные сопро-
тивления. При этом напряжение поврежденной фазы относительно земли не сни-
жается до нуля, а напряжения неповрежденных фаз относительно земли остаются
больше фазного, но меньше междуфадного. В связи с этим напряжение смещения
нейтрали и напряжение нулевой последовательности получаются меньше фазного
напряжения. Это уменьшение характеризуется коэффициентом полноты замыка-
ния на землю:
₽ = < 1.
Изменение фазных напряжений, а также появление напряжения
нулевой последовательности может быть использовано для выпол-
136
нения защиты от замыкания на землю. Одновременно с изменением
фазных напряжений изменяются и полные фазные токи. Токи не-
поврежденных фаз будут замыкаться через точку /С(1> и поврежден-
ную фазу, образуя ток /3(1).
При металлическом замыкании на землю ток в емкости поврежденной фазы
Сл отсутствует, так как напряжение поврежденной ф'азы по отношению к земле,
в том числе и в точке присоединения сосредоточенной емкости, равно нулю. Токн
через емкости Св и Се будут определяться напряжениями фаз В н С по отноше-
нию к земле, т. е.
7£> = = уу шСиве^; 1
/<,!) = >СС7р) = уГз’а>СС7сеу120°- I
При условном положительном направлении токов /в(1), /с(1) и /3(1) от источ-
ника питания в сеть (см. рис. 5.19, а)
^1)=-(/(в1) + 41))
или, подставляя значение тока /в(,) и /с(1) и учитывая, что 17в(1) ,+.17с(1>= —317л,
Z'1) = - (>Ci7g> + JoCi/W) = j^CUA. (5.18)
Полученный ток /3(1) опережает напряжение О л на 90° и его величина не
зависит от расположения точки повреждения. Таким образом, при металлическом
замыкании на землю фазы А токи через емкости неповрежденных фаз увеличи-
ваются в ]'3 раз, а ток /3<1>, проходящий через место повреждения в землю, равен
утроенному значению емкостного тока фазы А прн нормальной работе.
Для практических расчетов тока /3(1) (в А) могут служить упро-
щенные формулы:
для воздушных линий
I™=Ul/350;
для кабельных линий
l^ = UCyJ/l,84,
(5.19)
где U — линейное напряжение, кВ; I — длина электрически связан-
ной сети, км; Суд — удельная емкость одной жилы кабеля по отно-
шению к оболочке, мкФ/км; она зависит от напряжения кабеля и
сечения жилы и указывается в справочниках.
Токи /3(1), и /с(,) проходят во всех фазах поврежденной ли-
нии на участке между источником питания и местом присоединения
сосредоточенных емкостей (см. рис. 5.19, а). Они представляют со-
бой уравновешенную систему трех векторов (/3<0+/в(1)+/с(1)=0),
не содержащую токовнулевой последовательности (рис. 5.20, б).
На участке же между точкой повреждения и местом присоеди-
нения сосредоточенных емкостей проходит только ток /3(1) по повре-
жденной фазе (см. рис. 5.19, а). Поэтому здесь, наряду с токами
прямой и обратной последовательностей, будет проходить ток ну-
левой последовательности /о(1)=/3(1)/3 (рис. 5.20, в). Пути замыка-
ния токов нулевой последовательности.показаны на рис. 5.20, а.
На рис. 5.21 показана в однофазном исполнении схема сети с
малыми токами замыкания на землю, состоящей из трех линий 1Л,
137
2Л и ЗЛ, подключенных к шинам генераторного напряжения. Прй
повреждении на землю, например 1Л в точке ТО1), через место по-
вреждения проходит ток обусловленный не только емкостью
поврежденной линии COi, но и емкостями неповрежденных линий
Со2 и Соз, т. е.
= 3/^ + 3/^ + 3/^, (5.20)
Рис. 5.20. Однофазное замыкание на землю в
сети с изолированной нейтралью и его вектор-
ные диаграммы токов
где
7о1)==/“СО1(7ф, 7о2^ = УшС02Сф, /оз^ = /<йСоз(7ф.
При этом распределение токов нулевой последовательности в си-
стеме таково, что при условном направлении тока 73(1) к месту по-
вреждения токи нулевой последовательности неповрежденных ли-
ний 37аг и 37оз, проходя через емкости С02 и СОз, направляются к
шинам и далее по поврежденной линии — от шин к месту повреж-
дения Л(1). Ток З/о^1), как и ток в случае одиночной линии, проходит
по участку между местом повреждения и точкой присоединения
138
сосредоточенной емкости СОь Таким образом, от шин по поврежден-
ной линии направляется ток нулевой последовательности 3/оэ(1), ве-
личина которого определяется емкостью всех неповрежденных ли-
ний: ,
/оэ’ — ^оР 4-/оз>== }'ч>СОэйф. (5-21)
В случае замыкания на землю на линии 2Л или ЗЛ по линии 1Л
(теперь уже неповрежденной) к шинам будет протекать ток ЗЛи(1).
Если /оэ(1)>Лл(1), то на линии 1Л в качестве защиты от замыкания
на землю может быть использована токовая защита нулевой после-
довательности.
Рис. 5.21. Распределение емкостных токов нуле-
вой последовательности в сети при однофазном
замыкании иа землю
Общая сигнализация от замыканий на землю. Замыкание на
землю одной фазы в сетях с изолированной нейтралью еще не яв-
ляется аварией. Потребители, включенные на междуфазовые напря-
жения, продолжают нормально работать. Это обстоятельство" дает
возможность выполнять защиту от замыкания на землю, действую-
щей на сигнал.
В сетях простой конфигурации допускается применение только
общего устройства неселективной сигнализации, контролирующего
состояние изоляции в системе данного напряжения. Схема устрой-
ства состоит из трех максимальных реле напряжения, включенных
на напряжения фаз по отношению к земле (рис. 5.22, а), или из
одного максимального реле напряжения, включенного на напряже-
ние нулевой последовательности (рис. 5.22, б).
Устройство сигнализации обычно включается к трансформато-
рам напряжения, установленным на шинах, и служит для подачи
сигнала при замыкании на землю на любом участке электрически
139
связанной сети. Место ’повреждения в таких сетях при возникнове-
нии сигнала отыскивается дежурным персоналом путем поочеред-
ного отключения линий. При этом допускается работа в течение
некоторого времени (не более двух часов) с неотключенным повре-
ждением, за исключением некоторых сетей напряжением 2-е-10 кВ,
где по условиям техники безопасности (например сети торфоразра-
боток) однофазные замыкания на землю должны отключаться за-
щитой без замедления.
Токовая защита нулевой последовательности, реагирующая на
Рис. 5.22. Схемы общего контроля изоляции
токи установившегося ре-
жима. Длительная работа
сети при наличии замыка-
ния одной фазы на землю
недопустима из-за воз-
можности нарушения
междуфазной изоляции в
месте повреждения и пе-
рехода однофазного за-
мыкания в многофазное.
Возможны также случаи
двойных замыканий на
землю вследствие повы-
шения в УЗ раз напряже-
ний неповрежденных фаз
по отношению к земле.
Поэтому в протяженных
сетях сложной конфигу-
рации, когда отыскание
поврежденного участка
затруднено, наряду с об-
щим устройством контро-
ля изоляции должна быть
предусмотрена селектив-
ная защита на каждом
присоединении. Обычно —
это токовая защита.
Вероятность повреждения междуфазной изоляции определяется
не только продолжительностью прохождения тока через место за-
мыкания на землю, но и величиной этого тока. Поэтому для предот-
вращения перехода однофазных замыканий в многофазные макси-
мальный ток замыкания на землю в сетях напряжением 64-15 кВ
должен быть не более 30 А, а в сетях напряжением 20-4-35 кВ — не
более 10 А. В протяженных и разветвленных сетях токи замыкания
на землю могут оказаться больше указанных значений. В таких
случаях для их компенсации применяется дугогасящая катушка.
Таким образом, допустимые токи замыкания на землю обычно
меньше рабочих токов защищаемого элемента. Поэтому токовая
защита от замыкания на землю выполняется с включением реле на
фильтр тока нулевой последовательности. Она приходит в действие
140
благодаря прохождению по поврежденному участку тока нулевой
последовательности 37оэ(1), обусловленного емкостью всей электри-
чески связанной сети Соэ без учета емкости поврежденной линии.
Защита не должна срабатывать при повреждениях на других при-
соединениях сети, когда по защищаемой линии будет протекать ток
37ол(1)(37о1(1)), обусловленный емкостью самой линии. При этом для
обеспечения недействия защиты ее ток срабатывания выбирается по
условию:
, ^с.з = ^зац3^0л'- (0.22)
Величина коэффициента запаса определяется броском емкостного
тока в момент замыкания. На основании опытных данных для защит
без выдержки времени &зап = 4ч-5; для защит с выдержкой времени,
учитывая перемежающийся характер замыкания, коэффициент
^зап^24-2,5. Без выдержки времени выполняются защиты, дейст-
вующие на сигнал, а также защиты линий торфоразработок и дру-
гих сетей, находящихся в подобных условиях, где по условиям без-
опасности линии должны при замыкании на землю отключаться без
замедления. В таких сетях токи однофазного замыкания на землю
обычно не превышают 14-1,5 А. При этом обеспечивается допусти-
мая величина напряжения прикосновения (не более 40 В), и одно-
фазные замыкания на землю не представляют опасности для обслу-
живающего персонала. Однако при возникновении второго замыка-
ния на землю на другой фазе токи замыкания возрастают, а напря-
жения прикосновения достигают недопустимых величин и могут
явиться причиной несчастных случаев.. Таким образом, опасными
являются не однофазные, а двойные замыкания на землю. Для
уменьшения вероятности возникновения двойных замыканий на
землю защита от замыканий на землю в рассматриваемых сетях
выполняется с действием на отключение без выдержки времени.
Чувствительность защиты характеризуется коэффициентом чув-
ствительности йч = 3/<1)0э//с 3. Ток ЗА!)0э следует определять по режи-
му с минимально возможным числом включенных линий. Чувстви-
тельность защиты считается достаточной, если для воздушных ли-
ний 1,5, а для кабельных — А, ^1,25.
Для выполнения защиты в качестве фильтра тока нулевой по-
следовательности принципиально может быть использован трех-
трансформаторный фильтр. Коэффициент трансформации трансфор-
маторов тока, как известно, выбирается по рабочему току линии.
Поэтому при замыкании на землю вторичные токи имеют очень ма-
лую величину (обычно десятые доли ампера), а ток на выходе
фильтра из-за отсоса во вторичные обмотки трансформаторов тока
неповрежденных фаз — еще меньшую. Наряду с этим, как уже от-
мечалось, трехтрансформаторный фильтр из-за погрешностей транс-
форматоров тока имеет значительные токи небаланса при много-
фазных коротких замыканиях. Токи небаланса соизмеримы с тока-
ми на выходе фильтра при однофазных замыканиях в сетях с ма-
лыми токами замыкания на землю. Поэтому осуществить защиту с
использованием трехтрансформаторного фильтра, отстроенную от
141
токов небаланса, но достаточно чувствительную к замыканиям на
землю, трудно.
В этом отношении более совершенным является однотрансфор-
маторный фильтр нулевой последовательности (ТНП), схема защи-
ты с которым показана на рис. 5.23. При замыкании в сети на зем-
лю токи повреждения могут замыкаться как через землю, так и по
проводящей оболочке и броне любого, в том числе и неповрежден-
ного кабеля, что может вызвать неправильное действие защиты.
Для исключения этого воронку и кабель на участке от ТНП до во-
ронки изолируют от земли,
а заземляющий провод при-
соединяют к воронке кабеля
и пропускают через отвер-
стие магнитопровода ТНП в
направлении кабеля. При та-
ком исполнении цепей защи-
ты происходит компенсация
токов, проходящих по броне
и проводящей оболочке ка-
беля, токами, возвращаю-
щимися по заземляющему
проводу.
Чувствительность защи-
ты с ТНП характеризуется
минимальным первичным то-
ком замыкания на землю.
При использовании электро-
магнитного реле с трансфор-
матором тока нулевой последовательности можно выполнить защи-
ту, действующую при минимальном первичном токе замыкания на
•землю, равном 5 А. Таким образом, эта защита не может быть при-
менена, например, на линиях торфоразработок. В таких случаях
для повышения чувствительности защиты дополнительно устанав-
ливаются магнитные усилители, действие которых основано на ис-
пользовании свойств ферромагнитных материалов, имеющих нели-
нейную характеристику намагничивания B = На основе маг-
нитных усилителей разработана защита от замыканий на землю
с первичным током срабатывания порядка 0,3 А [Л. 35; 36].
Токовая защита нулевой последовательности, реагирующая на емкостные
токи переходного процесса. Для ограничения разрушительного действия дуги
при однофазных замыканиях на землю в сетях напряжением 64-35 кВ необходи-
мо 'стремиться к полной компенсации тока замыкания на землю током дугогася-
щей катушки. Однако при этом ток, проходящий в начале поврежденной линии,
т. е. ток в защите, может оказаться недостаточным для ее срабатывания. В связи
с этим в некоторых случаях для действия защиты осуществляется кратковремен-
ное (на время, необходимое для срабатывания защиты) нарушение компенсации.
Недостатком искусственного нарушения компенсации является увеличение в мо-
мент отключения дугогасящей катушки тока, что может привести к переходу
однофазного повреждения в многофазное.
Более удачным следует считать стремление выполнить защиту, способную
селективно работать от токов переходного процесса при замыканиях на землю в
142
сетях с полной компенсацией установившегося емкостного тока. Возникновение
токов переходного процесса связано с разрядом емкости поврежденной фазы и
дополнительным зарядом емкостей неповрежденных фаз. В нормальном режиме
емкости отдельных фаз находятся под фазным напряжением по отношению к
земле, а величина н знак их заряда зависят от момента времени возникновения
замыкания на землю.
Пробой изоляции и возникновение повреждения на землю, например фазы А,
обычно происходят тогда, когда фазное напряжение близко к максимальному зна-
чению (Пл = Пмакс). При этом мгновенные .значения напряжений двух других
фаз Пв = Пс=0,5Пмакс. Поэтому в первый момент при замыкании на землю про-
исходит разряд емкости фазы А, сопровождающийся снижением ее напряжения
относительно земли до нуля, и дополнительный заряд емкостей неповрежденных
фаз до линейного напряжения. Токи разряда и заряда имеют одинаковое направ-
ление, складываясь в месте замыкания и образуя утроенный ток нулевой после-
довательности переходного процесса 3/о(1,пер (рнс. 5.24, а). В сложной разветв-
Рис. 5.24. Переходный процесс прн замыкании на землю в сети с
изолированной нейтралью
ленной сети переходный процесс протекает следующим образом: ток в месте
повреждения образуется от наложения друг на друга токов переходных процес-
сов в неповрежденных линиях, являющихся самостоятельными контурами [Л.37].
При повреждении вблизи шин токи переходных процессов в неповрежденных
линиях имеют обычно быстрозатухающий периодический характер. По мере уда-
ления места замыкания на землю от шин станции переходный процесс, в связи с
возрастанием активных сопротивлений контуров, будет приближаться к аперио-
дическому. Эти токи определяют величину и частоту переходного тока в месте
замыкания (в поврежденной линии). Примерный характер его изменения показан
на рис. 5.24, б. Частота со переходного тока повреждения колеблется от несколь-
ких сотен до нескольких тысяч герц (200-4-3000 Гц), а весь процесс затухает в те-
чение нескольких миллисекунд.
Приближенно можно считать, что максимальные значения токов в переход-
ном /о^акс₽ и установившемся ^омак с Режимах относятся так же, как их частоты
со и со0=50 Гц [Л .36; 37], т. е.
& =*(“/“0)СаКс-
Отсюда следует, что переходные токи /о(!)пер могут в десятки раз превышать токи
/0(1) установившегося режима.
Первая полуволна переходного тока в поврежденной линии (в местах по-
вреждения) совпадает по направлению с напряжением нулевой последовательно-
сти, частота изменения которого равна 50 Гц. В неповрежденных линиях пере-
ходные токн имеют обратное направление. В поврежденной линии амплитуда
переходного тока будет наибольшей.
В компенсированных сетях характер изменения переходных токов не меняет-
ся. Объясняется это тем, что величина н скорость нарастания переходного индук-
143
тивного тока, обусловленного дугогасящей катушкой, меньше величины и скоро-
сти нарастания переходного емкостного тока. Таким образом, сеть во время пере-
ходного процесса оказывается нескомпенсированной. Это дает возможность
выполнять токовую защиту нулевой последовательности в компенсированных
сетях, действующую в зависимости от величины тока переходного процесса.
Селективное действие защиты обеспечивается благодаря отстройке ее тока
срабатывания /"ер от переходных значений емкостных токов / q V''e₽ > обуслов-
ленных емкостью защищаемой линии:
. /'7 = ^апЗ/(1л)-Р; (5.23)
коэффициент запаса йзап = 24-2,5.
Для выполнения защиты необходимо использовать реле, способное зафикси-
ровать кратковременные импульсы переходного тока, например тиратронное реле
[Л.38]. Имеются также схемы с использованием электромагнитных реле тока [Л.8].
В сетях, где переходный ток повреждения соизмерим с переходным током
неповрежденной линии, выполнить токовую защиту необходимой чувствительно-
сти затруднительно. Чувствительность защиты можно повысить, применив на-
правленные реле или скомпенсировав переходный емкостный ток неповрежденной
линии [Л.8].
Основным недостатком защиты, работающей от переходных токов поврежде-
ния, является то, что она не реагирует на установившиеся токи повреждения.
В связи с этим исключается возможность повторного срабатывания реле, возвра-
щенного в начальное положение персоналом при проверке наличия на линии, на
которой сработала защита, устойчивого повреждения. Кроме того, имеются за-
труднения в расчете токов переходного процесса, которые зависят от момента
возникновения повреждения, величины переходного сопротивления, в частности
сопротивления дуги.
Токовая защита, реагирующая иа высшие гармонические в токе нулевой по-
следовательности. Высшие гармонические, содержащиеся в токе и при нормаль-
ном режиме, обусловлены несинусоидальным характером кривых э. д. с. генера-
торов и токами намагничивания силовых трансформаторов. При этом основным
источником высших гармоник являются силовые трансформаторы. В зависимости
от условий работы, характера нагрузки и конфигурации сети порядок высших
гармоник и их амплитуда меняются.
При возникновении однофазного замыкания на землю содержание высших
гармонических в сети резко увеличивается. Это вызвано большим, чем при нор-
мальной работе, отклонением кривых э. д. с. генераторов от синусоиды, а также
действием дугогасящей катушки. В связи с замыканием на землю появляется
также возможность для прохождения токов прямой и обратной последователь-
ностей тройной частоты по путям токов нулевой последовательности. В резуль-
тате наложения этих токов возникают гармоники других порядков, увеличиваю-
щие содержание высших гармонических. Причем содержание высших гармоник
в токе нулевой последовательности поврежденного кабеля во много раз больше,
чем в токах нулевой последовательности неповрежденных линий. Такое положе-
ние имеет место как в сети с изолированной, так и в сети с заземленной через
дугогасящую катушку нейтралью при любой степени компенсации емкостных
токов. Дугогасящая катушка только увеличивает содержание высших гармоник
в токе нулевой последовательности повреждённого кабеля.
Принципиально можно выполнить устройство сигнализации, реагирующее
либо на определенную гармонику, либо на содержание всех высших гармониче-
ских в токе нулевой последовательности, что более целесообразно.
Разработаны устройства сигнализации однофазных замыканий на землю в
кабельных сетях типов УСЗ-1, УСЗ-2 и УСЗ-З, реагирующие на содержание всех
высших гармонических в токе нулевой последовательности поврежденного кабе-
ля [Л.39].
Токовая защита, реагирующая на ток второй гармоники. При замыкании на
землю ток второй гармоники обычно содержится только в емкостном токе по-
врежденной линии. В токах неповрежденных линий вторая гармоника отсутствует
или ее величина мала. Это обстоятельство дает принципиальную возможность
выполнить токовую защиту от замыкания на землю, реагирующую на ток второй
144
гармоники. При этом удовлетворительное решение достигается искусственным
наложением на ток повреждения добавочной составляющей 100 Гц (второй гар-
моники). При возникновении повреждения эта составляющая проходит по по-
врежденной линии, обусловливая селективное действие защиты. Существуют
различные способы и схемы получения тока двойной частоты [Л.40].
§ 5.7. Токовая отсечка
Селективное действие токовой отсечки достигается тем, что ее
ток срабатывания принимается большим максимального тока корот-
кого замыкания, проходящего через защиту при повреждении вне
защищаемого элемента. При этом действие защиты при поврежде-
нии на защищаемом участке обеспечивается благодаря тому, что
ток короткого замыкания в сети, а следовательно, и в защите уве-
Рис. 5.25. Принцип действия токовой отсечки иа ли-
нии с односторонним питанием
личивается по мере приближения места короткого замыкания к
источнику питания (рис. 5.25). Причем кривая изменения тока ко-
роткого замыкания будет иметь различную крутизну в зависимости
от режима работы системней вида короткого замыкания (кривые 1
и 2 соответственно для максимального и минимального режимов).
Ток срабатывания, защиты /с.з, изображаемый прямой линией 3,
выбирается больше максимального тока, протекающего по защи-
щаемой линии АБ при внешних повреждениях (в данном случае —
при металлическом коротком замыкании у шин п/ст Б за выключа-
телем присоединения в точке К). Для схем с включением реле на
полные токи фаз расчетным обычно является трехфазное короткое
замыкание в максимальном режиме, поэтому ток срабатывания за-
щиты /с.з = й3ап/13)к.з.вн.макс и ток срабатывания реле
^с.р = ^зап^ сх^кл.вн.макс^т' (5-24)
Так как токовая отсечка при внешних коротких замыканиях не
срабатывает, то коэффициент возврата kB при выборе тока сраба-
тывания не учитывается.
145
Рис. 5.26. Принцип действия токовой от-
сечки иа линии, работающей в блоке с
трансформатором
При определении /с.3 необходимо иметь в виду, что время дей-
ствия отсечки равно примерно 0,02 с, если нет выходного промежу-
точного реле, и 0,1 с, если оно есть. Это время соответствует началь-
ному моменту короткого замыкания. Поэтому в выражении (5.24)
ток /(3>к.з.вн.макс принимается равным действующему значению пе-
риодической составляющей тока внешнего короткого замыкания,
определенному для /=0. Влияние апериодической составляющей
учитывается коэффициентом /гзап-
Отсечка будет срабатывать, когда ток, проходящий по защищае-
мой линии АБ, будет больше или равен току срабатывания защиты
(см. 3 на рис. 5.25), т. е.
Д.з^/с.з- Это условие вы-
полняется при коротком
замыкании в пределах
участка /отс (максималь-
ный режим) или участка
/от/ (минимальный ре-
жим) защищаемой ли-
нии. Таким образом,
учаСТКИ /отс И 10тс' явля-
ются зонами, защищаемы-
ми отсечкой. Величина их,
как следует из анализа
рис. 5.25, определяется
абсциссой точки пересече-
ния кривых изменения то-
ка короткого замыкания 1
защищает не всю линию, а
и 2 с прямой 3; следовательно, отсечка
только некоторую ее часть. Как следует из построения (см.
рис. 5.25), защищаемая зона тем больше, чем меньше ток сраба-
тывания отсечки и чем больше крутизна кривой изменения тока
короткого замыкания, которая определяется режимом работы и
видом короткого замыкани-я. Поэтому в зависимости от режима
работы и вида к. з. защищаемая зона отсечки будет меняться.
Величина коэффициента запаса &3ап\определяется погрешностью
в расчете тока короткого замыкания, погрешностью реле и наличи-
ем апериодической составляющей в полном токе короткого замы-
кания. Для защиты с электромагнитными реле типа РТ-40 при на-
личии выходного промежуточного реле следует принимать &зап =
= 1,24-1,3, при использовании отсечек'в индукционных реле тока
типа РТ-80 йзап= 1,54-1,6, а для отсечек с реле прямого действия
типа РТМ /гзап= 1,84-2.
В рассмотренном случае защищаемая зона охватывает только
часть линии, и токовую отсечку нельзя использовать в качестве
единственной или основной защиты. Однако в некоторых частных
случаях, например на радиальных линиях, питающих один транс-
форматор (рис. 5.26), с помощью токовой отсечки можно защитить
всю линию, если допустить ее срабатывание при повреждении в
трансформаторе. Ток срабатывания при этом выбирается по макси-
146
сальному току короткого замыкания за трансформатором (тон-
га К).
Аналогично можно выбирать ток срабатывания и при наличии
1ескольких трансформаторов. Однако в этом случае возникает необ-
юдимость автоматически отключать поврежденный трансформатор
: последующим включением линии устройством АПВ с целью вос-
становления питания потребителей.
В сетях с большими токами замыкания на землю целесообразно
юковую отсечку выполнять в виде двух комплектов (комплекта от
лногофазных коротких замыканий и комплекта от коротких замы-
ганий на землю). Целесообразность этого обусловлена возмож-
гостью получить токовую отсечку нулевой последовательности, бо-
iee чувствительную к коротким замыканиям на землю, чем отсечка
: включением реле на полные токи фаз.
Для токовых отсечек нулевой последовательности ток срабаты-
зания выбирается по наибольшему утроенному току нулевой по-
следовательности, проходящему по защищаемой линии при внеш-
зем коротком замыкании на землю (рис. 5.25, точка К), т. е. /с.з=
= ^запЗ/овн.макс, ИЛИ
^с.р ^загЗ/()вН>макс//гт. (5.25)
Токовая отсечка нулевой последовательности не должна сраба-
тывать от токов нулевой последовательности, кратковременно по-
звляющихся при неодновременном включении трех фаз выключа-
теля. Однако при наличии в схеме выходного промежуточного реле,
создающего замедление порядка трех-четырех периодов, отсечка
^называется отстроенной от этих токов по времени.
В отличие от максимальных токовых защит токовые отсечки мо-
'ут использоваться также на линиях с двусторонним питанием
(рис. 5.27). Токовая отсечка устанавливается с обеих сторон защи-
цаемой линии. Кривые 1 и 2 показывают изменение максимальных
значений токов короткого замыкания, направляющихся соответст-
зенно от источников А и Б к месту повреждения при перемещении
сороткого замыкания вдоль защищаемой линии. Токи срабатыва-
тия отсечек должны быть выбраны таким образом, чтобы при внеш-
них коротких замыканиях (точки Ка и Кб ) защиты не действовали.
При повреждении в точке Кб по защищаемой линии и через
места установки защит проходит ток от источника А, максимальное
значение которого /к.з.вн.макс а. При этом защиты с обеих сторон не
ДОЛЖНЫ работать, Т. е. 1&з = 1с.з А=1с.зБ ^/к.з.вп.макс А.
При повреждении в точке Ка по защищаемой линии и через
места установки защит проходит ток от источника Б, максимальное
значение которого 7К.-,.СН 1а] Сд. При этом защиты также не долж-
ны действовать, Т. е. Iс.з — Iс.з А = Iс.з Б ^/к.з.вн.макс Б
Из двух значений выбирается наибольший ток срабатывания,
одинаковый для защит обоих концов. В нашем случае (рис. 5.27, б)
/к.з.вн.макс £>/к.з.вн.макс А, ПОЭТОМУ
/ .— f —k I с
J с,зА 2с.зЬ "зап7 к.з.вн.максо
(5.26)
147
В эксплуатации возможны случаи качаний генераторов станциг
А относительно генераторов станции Б и выхода их из синхронизма
При этом по л инии А Б могут протекать большие'уравнительные то-
ки. Отсечки при этом не должны действовать, отсюда
^с.з == ^с.зА ^с.з Л== ^-зап^ур.макс- (5.27
Это — второе условие выбора тока срабатывания отсечек на ли-
ниях с двусторонним питанием. Определяющим является условие,
которое дает наибольшее значение тока срабатывания.
Рис. 5.27. Принцип действия токовой отсечки на
линии с двусторонним питанием
Максимальное значение уравнительного тока имеет место, когда векторы
эквивалентных э. д. с. Ёл и ЕБ соответственно станции А и станции Б будут
смешены относительно друг друга на 180° (рис. 5.27, в). При этом, принимая
Еа=Еб =Е, ток /ур.макс можно определить по выражению
Л’Р.макс = 2£/(2б[д + -Xiy-д/ + 2С|£).
При определении эквивалентных э. д. с. Ел и Еб и приведенных к шинам
станций эквивалентных сопротивлений прямой последовательности Х\А и Х}б
систем генераторы вводятся в расчетную схему переходными значениями Ed'
и Ха.'. При расчете величины тока во время несинхронных АПВ используются
сверхпереходные величины Ed" н Xd".
Защищаемые зоны отсечек /Отсд и /отсв определяются абсцис-
сами точек пересечения кривых 1 и 2 с прямой 3, сЬответствуюпщй
148
току срабатывания отсечек. В рассматриваемом случае (см.
рис. 5.27, б) защищаемые зоны перекрывают друг друга. При этом
/отс a + Zotc б>1, и повреждения в средней части линии на длине
(/отс а + /отс£ ) — I отключаются отсечками с двух сторон. При ко-
ротких замыканиях на линии вне этой зоны, например в точке К,
срабатывает только отсечка со стороны станции А. Со стороны
станции Б линия будет отключаться другой защитой. -
В некоторых случаях при наличии дополнительной линии связи
между станциями А и Б отключение защищаемой линии со стороны
станции А может привести к увеличению тока, проходящего по ли-
нии в точку повреждения от станции Б. При этом отсечка на стан-
ции Б может также сработать и отключить линию со стороны стан-
ции Б. Такое поочередное действие защит называется каскадным.
§ 5.8. Расширение защищаемой зоны
токовой отсечки. Защита со ступенчатой
характеристикой выдержки времени.
Совместное действие защиты
и устройств АПВ и АВР
Основным недостатком токовой отсечки без выдержки времени,
рассмотренной ранее, является то, что она защищает только часть
линии. Защищаемая зона может быть расширена путем создания
у отсечки выдержки времени. Такая защита получила название
токовой отсечки с выдержкой времени. Рассмотрим принцип рабо-
ты такой отсечки на примере использования ее для защиты от мно-
гофазных коротких замыканий в радиальной сети с односторонним
питанием. Сеть имеет два последовательно соединенных участка
АБ и БВ (рис. 5.28). Для защиты этих участков со стороны под-
станции А и подстанции Б могут быть установлены токовые отсеч-
ки без выдержки времени, токи срабатывания которых Пс.за и
Вс.яб выбираются в соответствии со сказанным в § 5.7. Отсечки
имеют защищаемые зоны соответственно 1а1 и 1б1, которые охваты-
вают только часть линий. Однако защищаемая зона, например
токовой отсечки со стороны подстанции А, может быть удлинена,
если в действие этой отсечки ввести замедление с таким расчетом,
чтобы время ее срабатывания было на ступень селективности боль-
ше времени действия токовой отсечки без выдержки времени, уста-
новленной на линии БВ у шин подстанции Б. Это замедление
обычно не превышает 0,5-4-0,6 с. При этом представляется возмож-
ным ток срабатывания отсечки с выдержкой времени (подстан-
ции А) уменьшить.
В самом деле, для сохранения селективности достаточно, чтобы
этот ток срабатывания был больше максимального тока короткого
замыкания, протекающего по линии АБ при повреждении в конце
защищаемой зоны отсечки линии БВ со стороны подстанции Б
(в конце зоны 11б ). Этот ток равен току срабатывания защиты Б,
поэтому
/с.зА^за,. Л.зБ’ (5.28)
149
где й3ап=|1,1-т-1,05. При таком выборе тока срабатывания и вы-
держки времени защищаемая зона отсечки /дВ * * 11 в рассматриваемом
случае полностью охватывает линию АБ. Кроме того, защита будет
действовать как резервная в случае отказа отсечки Б при коротких
замыканиях на линии БВ вблизи шин подстанции Б (участок 1а").
Рис. 5.28. Защищаемые зоны и время действия токо-
вой защиты со ступенчатой характеристикой выдерж-
ки времени
В общем случае от шин подстанции Б отходят несколько линий
и, кроме того, к шинам могут быть подключены понижающие транс-
форматоры. При этом отсечка с выдержкой времени на подстан-
ции А дЪлжна быть отстроена по времени от отсечек всех отходящих
линий и от защит трансформаторов, действующих без замед-
ления, а ее ток срабатывания должен быть выбран по наибольше-
му из токов короткого замыкания, проходящих по линии АБ при
повреждении в конце защищаемых зон отсечек отходящих линий и
при коротком замыкании на шинах низшего напряжения трансфор-
маторов.
150
Токовая отсечка с выдержкой времени обычно применяется в
сочетании с токовой отсечкой без выдержки времени и максималь-
ной токовой защитой. При этом получают токовую защиту со сту-
пенчатой характеристикой выдержки времени.
Первой ступенью защиты является токовая отсечка без выдерж-
ки времени (£ат —0,1 с). Защищаемая ею зона /а1 называется пер-
вой зоной защиты.
Токовая отсечка с выдержкой времени /ап~0,54-0,6 с является
второй ступенью, а ее защищаемая зона /а11 — второй зоной. Вто-
рая зона защиты охватывает всю длину линии АБ и начало линии
БВ. Однако нормально с выдержкой времени второй зоны защита
будет действовать только при повреждении на участке 1а'. При ко-
ротких замыканиях в других местах ее зоны она сможет сработать
только в случае отказа первой ступени или отсечки, установленной
у шин подстанции Б. Таким образом, в худшем случае короткие
замыкания на всей длине линии АБ будут отключаться со време-
нем, не превышающим /а11 —0,54-0,6 с.
Третьей ступенью защиты служит максимальная токовая защи-
та с током срабатывания /П1с.за, отстроенным от максимального
рабочего тока, и с выдержкой времени /ша, выбранной по ступен-
чатому принципу. Ее защищаемая зона /ша, называемая третьей
зоной, охватывает всю линию АБ и распространяется за пределы
смежной линии БВ. Поэтому третья ступень защиты используется
для резервирования защит предыдущих участков (считая от точки
короткого замыкания), а также для отключения защищаемой ли-
нии при отказе первой и второй ступеней (например, при замыка-
нии через большое переходное сопротивление).
Чувствительность защиты со ступенчатой характеристикой опре-
деляется коэффициентами чувствительности второй ku4 и третьей
£шч ступеней. Чувствительность второй ступени проверяется по
металлическому короткому замыканию в конце защищаемой ли-
нии А Б, а третьей — по короткому замыканию в конце предыдуще-
го участка (к. з. на шинах подстанции В). При этом коэффициент
&пч должен быть не меньше 1,34-1,5, а коэффициент /?гпч— не мень-
ше 1,2- Защищаемая зона токовой отсечки может быть также рас-
ширена в случае установки на линиях устройств автоматического
повторного включения (АПВ) или автоматического включения ре-
зерва (АВР). Согласовывая действия АПВ и АВР с действием ре-
лейной защиты, можно, с одной стороны, повысить эффективность
устройств автоматики, а с другой стороны, расширить защищаемые
зоны простых токовых быстродействующих защит. При этом допу-
скается неселективная работа защиты с последующим исправлени-
ем в результате действия устройств АПВ и АВР.
На рис. 5.29, а показана радиальная сеть с односторонним пи-
танием, защищенная максимальной токовой защитой 1, 2 и 3. Ли-
ния АБ оборудована устройством АПВ. Выдержки времени защиты
выбраны по ступенчатому принципу. При этом наиболее тяжелые
короткие замыкания на линии АБ отключаются с наибольшей вы-
держкой времени /з, что в ряде случаев недопустимо. Для ускоре-
151
ния отключения этих повреждений на линии АБ установлена токо-
вая отсечка 4 без выдержки времени.
Наличие устройства АПВ позволяет расширить защищаемую
зону токовой отсечки и отстроить ее ток срабатывания только от
коротких замыканий за трансформаторами подстанций Б, В и Г,
которые также снабжены быстродействующими защитами. При
этом токовая отсечка может срабатывать не только при коротких
замыканиях на линии АБ, но и при повреждении на других линиях,
шинах и сторонах высшего напряжения трансформаторов, т. е. мо-
жет оаботать неселективно и каждый раз отключать выключателем
Рис. 5.29. Токовая защита радиальной сети с ускорением
до АПВ
ЗВ всю радиальную сеть с минимальным временем. Затем дейст-
вует АПВ и включает выключатель ЗВ. Линия остается в работе,
если короткое замыкание самоустранилось или поврежденным ока-
зался трансформатор, который отключился одновременно с линией
АБ своей собственной быстродействующей защитой. В случае не-
устранившегося короткого замыкания отсечка могла бы подейство-
вать вторично; для исключения этого она после первого же сраба-
тывания перед действием АПВ автоматически выводится из работы,
а устойчивые короткие замыкания отключаются соответствующими
максимальными токовыми защитами. Сочетание неселективно дей-
ствующей токовой отсечки без выдержки времени, работающей
только до АПВ, с максимальной токовой защитой называется то-
ковой защитой с ускорением до АПВ. Недостатком этой защиты
является возможность развития аварий в случае отказа устройства
152
АПВ или выключателя ЗВ. Кроме того, этот выключатель должен
чаще обычного ремонтироваться, поскольку он будет отключаться
при повреждении любой линии и трансформатора. Тем не менее,
защита с ускорением до АПВ находит широкое применение в силу
своей простоты и возможности существенно расширить защищаемую
зону токовых отсечек, снижая в 704-90% случаев повреждений вре-
мя отключения.
При наличии АПВ можно выполнять защиту с другим порядком
действия отсечки и максимальной токовой защиты. Отсечка выво-
дится из действия, а поврежденная линия отключается селективно
максимальной токовой защитой и включается повторно устройством
АПВ. При этом вводится в действие токовая отсечка и отключает
Рис. 5.30. Токовая защита радиальной сети с поочередным АПВ
линию, если повреждения не устраняются. Такое сочетание макси-
мальной токовой защиты и токовой отсечки называется токовой
защитой с ускорением после АПВ.
Еще проще можно выполнить защиту, если на вторых участках
сети устанавливать не максимальные токовые защиты, а токовые
отсечки 1 (рис. 5.29, б). При коротких замыканиях на одном из
этих участков будет срабатывать не только отсечка 2, установлен-
ная на линии АБ, но и отсечка 1 поврежденного участка. В связи с
этим отпадает необходимость выводить из действия отсечку 2: тем
самым неустранившиеся короткие замыкания на линии АБ будут
отключаться с минимальным временем /2- Токовая отсечка на ли-
нии АБ в данном случае становится основной защитой.
Есть и другие варианты согласованного действия защиты и уст-
ройств АПВ, например токовая защита с поочередным АПВ. Прин-
цип действия защиты в сочетании с поочередным АПВ можно
рассмотреть на примере использования ее в радиальной сети с одно-
сторонним питанием (рис. 5.30). На всех линиях этой сети установ-
лены токовые отсечки и устройства АПВ. Ток срабатывания отсеч-
ки выбирается так же, как и в случае защиты с ускорением до АПВ.
Предполагается, что при этом защищаемая зона отсечки 3 охваты-
вает линию АБ и часть линии БВ, а отсечки 2— линию БВ и часть
153
линии ВГ. Таким образом, при повреждении на некотором участке
линии БВ вблизи шин подстанции Б будут срабатывать отсечки 2
и 3. Точно так же при повреждении на линии ВГ у шин подстан-
ции В действуют отсечки 1 и 2, а иногда и 3, т. е. отсечки могут
срабатывать неселективно.
Однако наличие устройств АПВ на всех линиях позволяет вы-
полнить защиту так, что в результате отключенной останется толь-
ко поврежденная линия. С этой целью устройства АПВ имеют вре-
мена включения выключателей, нарастающие в направлении от
источника питания (штриховая линия на рис. 5.30). Минимальное
время срабатывания АПВ Атин определяется готовностью выключа-
теля и привода к повторному включению.
Схема действует следующим образом. При коротком замыкании
в защищаемой зоне /з срабатывает отсечка 3 и отключает выключа-
тель ЗВ. Если повреждение произошло в конце зоны /з на линии БВ,
то срабатывает также отсечка 2 и отключает выключатель 2В.
С минимальным временем биин выключатель ЗВ включается повтор-
но, а выключатель 2В продолжает оставаться отключенным и вклю-
чается спустя время Д^апв- К этому времени отсечка 3 выводится
из действия, поэтому при неустранившемся коротком замыкании
повторно срабатывает только отсечка 2, вновь отключая повреж-
денную линию БВ. Линия АБ при этом остается в работе. При ко-
ротком замыкании на линии АБ будет срабатывать только отсеч-
ка 3. После повторного включения выключателя ЗВ линия остается
в работе или же при устойчивом коротком замыкании вновь от-
ключается той же отсечкой. Это должно быть учтено при выводе
отсечки из действия. Достоинством такой защиты является то, что
короткие замыкания, в том числе и устойчивые, в любой точке сети
отключаются с минимальным временем. Однако она сложнее, чем
защита с ускорением до АПВ. Кроме того, выключатели в этом слу-
чае находятся в более тяжелых условиях (чаще отключаются).
В рассматриваемой схеме надежность электроснабжения можно
повысить, если на линии АБ установить трехкратное АПВ, на линии
БВ — двухкратное, а на линиях, отходящих от шин подстанции В,—
однократное, сохранив в работе неселективную отсечку. При по-
вреждении линии ВГ срабатывают отсечка 1 и отсечка 2, отключаю-
щие соответственно линии ВГ и БВ. Устройством АПВ обе линии
включаются в работу и остаются включенными, если повреждение
самоустранилось. Если же включение произошло на устойчивое
короткое замыкание на линии ВГ, то снова сработают отсечки 1 и
2 и отключат обе линии. После этого произойдет включение только
линии БВ, так как на ней установлено АПВ двухкратного действия.
Неселективная отсечка в сочетании с АПВ используется также
для снижения мощности короткого замыкания [Л. 41; 42]. Подобное
мероприятие становится необходимым, когда при развитии системы
увеличивается мощность короткого замыкания, вследствие чего вы-
ключатели в некоторых цепях не смогут отключить возросшие токи
короткого замыкания. В таких случаях при возникновении повре-
ждения (на рис. 5.31 в точке К) можно отключить один из источ-
154
ников питания, например 1ИП, и тем
самым уменьшить ток короткого замы-
кания. После отключения поврежден-
ной линии выключателем 1В источник
следует включить вновь. Отключение
и повторное включение источника пи-
тания осуществляется совместным дей-
ствием неселективной токовой отсечки
и устройства АПВ.
Устройства АПВ применяются для
совместной работы и с другими защи-
Рис. 5.31. Схема сети с не-
селективной токовой отсеч-
кой в сочетании с АПВ
тами и устройствами автоматики, например с автоматической
частотной разгрузкой (АЧР). АПВ при этом осуществляет автома-
тическое включение после восстановления частоты линий распреде-
лительной сети, отключенных ранее действием АЧР.
§ 5.9. Схемы и область использования
токовых отсечек и защит
со ступенчатой характеристикой
выдержки времени
Для осуществления токовых отсечек используют в основном те
же схемы соединения трансформаторов тока и обмоток реле, что и
в максимальных токовых защитах (см. § 5.3). Схемы токовых отсе-
чек с реле косвенного действия, как и схемы максимальных токовых
защит, могут быть выполнены на постоянном или перемен-
ном оперативном токе. При этом схемы отсечек с выдержкой вре-
мени ничем не отличаются от схем максимальной токовой защиты,
а схемы отсечек без выдержки времени отличаются от них тем, что
не имеют реле времени.
В качестве примера на рис. 5.32 показана схема двухступенча-
той токовой защиты от многофазных коротких замыканий на пере-
менном оперативном токе. Первая ступень защиты (реле IT, 2Т и
/У) является токовой отсечкой, а вторая (реле ЗТ, 4Т, В и 2У) —
токовой отсечкой с выдержкой времени. Выдержка времени со-
здается токовым реле времени типа РВМ-12 (реле В), а его цепь
управления (рис. 5.32, б) выполнена так же, как и в схеме макси-
мальной токовой защиты. Катушки отключения 1К.0 и 2 КО вклю-
чаются в цепь трансформаторов тока и дешунтируются переходны-
ми контактами выходных промежуточных реле 1TJ и 2П типа
РП-341. Эти реле, являющиеся общими для первой и второй ступе-
ней защиты, срабатывают как при замыкании контактов реле тока
1Т и 2Т первой ступени, так и при срабатывании реле времени В
второй ступени (рис. 5.32, в). В качестве пусковых органов защиты
(реле IT, 2Т, ЗТ и 4Т) использованы реле типа РТ-40.
Основные достоинства токовых отсечек без выдержки времени:
селективное действие иногда и в сетях сложной конфигурации с
любым числом источников питания;
155
быстрое отключение наиболее тяжелых коротких замыканий,
возникающих вблизи шин станций и подстанций;
простота схемы.
Основные недостатки токовых отсечек без выдержки времени:
защита только части длины линии;
зависимость защищаемой зоны от режима работы системы и
переходного сопротивления в месте короткого замыкания.
В связи с этим токовые отсечки применяются в виде дополни-
тельных защит, предназначенных для
Рис. 5.32. Двухступенчатая токовая -за-
щита от многофазных коротких замыка-
ний на переменном оперативном токе:
а — цепи тока; б — вторичные цепи реле вре-
мени; в — вторичные цепи промежуточных
реле
сокращения времени отклю-
чения наиболее тяжелых по-
вреждений (при этом защи-
щаемая зона должна быть
не менее 15-5-20% длины ли-
нии), или в сочетании с то-
ковой отсечкой с выдержкой
времени и максимальной то-
ковой защитой.
Использование защит со
ступенчатой характеристи-
кой выдержки времени дает
возможность сравнительно
быстро (порядка 0,54-0,6 с)
отключать повреждения в
любой точке сети и во мно-
гих случаях отказаться от
более сложных защит. В се-
тях с большими токами за-
мыкания на землю особенно
широко применяется защита
нулевой последовательности
со ступенчатой характерис-
тикой выдержки времени.
Однако следует иметь в ви-
ду, что в целом токовые за-
щиты со ступенчатой харак-
теристикой выдержки време-
ни обеспечивают селектив-
ное действие только в сетях с односторонним питанием. При нали-
чии устройств АПВ защищаемые зоны токовых отсечек могут быть
расширены путем выполнения, например, защиты с ускорением до
и после АПВ или защиты с поочередным-АПВ.
ГЛАВА VI
НАПРАВЛЕННЫЕ ТОКОВЫЕ
ЗАЩИТЫ
§6.1. Принцип действия, выбор выдержки
времени и места включения
органов направления мощности
Рис. 6.1. Принцип действия максимальной токо-
вой направленной защиты
защиты,
для се-
отключе-
В распределительных сетях с двусторонним питанием, а также
в сложных сетях с одним и несколькими источниками питания до-
биться селективного действия максимальной токовой защиты пу-
тем ступенчатого выбора выдержки времени не представляется
возможным. В этом
нетрудно убедиться
на примере выполне-
ния защиты в ради-
альной сети с дву-
сторонним питанием
(рис. 6.1, а). При ко-
ротком замыкании в
любой точке этой се-
ти, в том* числе и в
точке Ki, в общем
случае придут в дей-
ствие все
При этом
лективного
ния поврежденного
участка АБ необхо-
димо, чтобы выдерж-
ка времени t2 защи-
ты 2 была меньше
выдержки времени t3
защиты 3 и выдерж-
ки времени Ч защи-
ты 4, т. е. t2<tz и
Наряду с этим
для селективного
действия защиты при
коротком замыкании
в точке должно
^з<4- Из этих рассуждений следует, что к защитам 2 и 3 предъ-
являются противоречивые требования. Невозможно выполнить
условие, при котором в одно и то же время выдержка времени за-
щиты 2 была бы и больше и меньше выдержки времени защиты 3,
поэтому в таких сетях максимальная токовая защита не может быть
селективной.
Что касается токовых отсечек, то, как отмечалось в § 5.7, при со-
ответствующем выборе тока срабатывания можно добиться их се-
выполняться следующее условие: /з<^2 и
157
лективного действия и в сетях с двусторонним питанием, но прг
этом они могут иметь недостаточную чувствительность. В связи (
этим желательно иметь токовую защиту, обеспечивающую селек
тивное отключение повреждения в рассматриваемых сетях и обла
дающую при этом достаточной чувствительностью. Такой защитой
является максимальная токовая направленная защита. В отличие
от максимальной токовой защиты она реагирует не только на аб-
солютную величину тока в защищаемом элементе, но и на фазу
этого тока относительно напряжения на шинах у места установки
защиты, т. е. действует в зависимости от направления мощности
при коротких замыканиях. Такое ее действие обеспечивается бла-
Рис. 6.2. Принципиальная схема максимальной токо-
вой направленной защиты
годаря включению в схему защиты реле направления мощности.
При этом защита будет состоять из трех органов: пускового, на-
правления мощности и выдержки времени (рис. 6.2). В качестве
пускового органа защиты применяется рассмотренное в § 2.9 эле-
ктромагнитное реле тока типа РТ-40, а выдержка времени, как и
выдержка времени максимальной токовой защиты, в зависимости
от вида оперативного тока создается с помощью реле времени по-
стоянного или переменного тока, например ЭВ-122 или РВМ-12 (см.
§ 2.10). Новым органом в схеме защиты является реле направле-
ния мощности М.
Из рассмотрения векторных диаграмм напряжения и тока
(рис. 6.1, б и в) следует, что фаза тока в месте включения защит 2
и 3 относительно напряжения на шинах п/ст Б при перемеще-
нии повреждения из точки К\ в точку /С2 изменилась на 180°. При
построении этих векторных диаграмм за положительное направле-
ние тока принято направление от шин в сторону линии. Угол сдвига
фаз тока относительно напряжения считается положительным при
отстающем токе и отрицательным — при опережающем токе.
158
Защиту 2 необходимо выполнить так, чтобы она действовала
на отключение только при углах между током и напряжением, со-
ответствующих короткому замыканию в точке К\, а защиту 3 — при
повреждении в точке Кг- Из этого следует, что реле направления
мощности при подведении к нему напряжения ОР=С и тока /р =
= 1'к.з и /р=/"к.з должно замыкать контакты при угле <рр между
Е7Р и /р, равном <рл, и размыкать контакты при <рр= (<рл—180°).
Наличие реле направления мощности в схемах защит 2 и 3 дает
возможность не согласовывать между собой их выдержки времени.
Нетрудно заметить, что при коротком замыкании в точке К\ вектор-
ная диаграмма напряжения и тока у места установки защиты 4 бу-
дет такая же, как и у места установки защиты 2, в связи с чем обе
защиты будут приходить в действие. Поэтому для селективного
отключения поврежденного участка АБ необходимо, чтобы выдерж-
Рис. 6.3. Встречно-ступенчатый принцип выбора
выдержки времени максимальной токовой направ-
ленной защиты
ка времени t2 защиты 2 была меньше выдержки времени защи-
ты 4. Точно так же должны быть согласованы между собой вы-
держка времени /3 защиты 3 и выдержка времени t\ защиты 1, что
вытекает из рассмотрения векторных диаграмм напряжения и тока
у места установки этих защит при коротком замыкании в точке Кг
(см. рис. 6.1, в).
Таким образом, благодаря реле направления мощности все за-
щиты разбиваются на'две группы (2, 4 и 3, 1), не связанные между
собой выдержками времени. В пределах каждой группы выдержки
времени выбираются, как и у максимальной токовой защиты, по
ступенчатому принципу, т. е. должны выполняться условия £4=^2 +
+ At и t\ = ^з+АЛ В соответствии с этим на рис. 6.3 построены ха-
рактеристики выдержки времени максимальных токовых направ-
ленных защит с независимой выдержкой времени в радиальной се-
ти с двусторонним питанием, состоящей из трех участков. Стрелка-
ми указано направление мощности, при котором органы
направления разрешают защитам работать. С учетом этого защиты
объединены в две группы: 2, 4, 6 и 5, 3, 1. Минимальную выдержку
времени имеют защиты 2 и 5. Они отстраиваются от защит других
присоединений соответственно п/ст А и п/ст Г. В каждой группе
защит время срабатывания увеличивается по мере приближения к
159
источникам питания. Принято говорить, что выдержки времени мак-
симальных токовых направленных защит определяются по встреч-
но-ступенчатому принципу.
Принимая во внимание поведение реле направления мощности,
можно убедиться в селективном действии защиты при коротком
замыкании в любой точке рассматриваемой сети. Селективность не
нарушится, если некоторые защиты выполнить без органа направле-
ния мощности. В самом деле, нет необходимости снабжать органом
направления защиту 3, так как в нашем случае она отстроена от
защиты 2 по времени. По такой же причине без органа направле-
ния могут быть выполнены защиты 4, 1 и 6
В общем случае при наличии на подстанции нескольких при-
соединений защита, имеющая наибольшую выдержку времени, мо-
жет не иметь органа направления, так как селективность ее дейст-
вия при коротких замыканиях на других присоединениях будет
обеспечиваться выдержкой времени.
§ 6.2. Особенности работы максимальной
токоаой направленной защиты
в кольцевых сетях
В кольцевых сетях с одним источником питания (рис. 6.4) вы-
держки времени максимальных токовых направленных защит так-
же выбираются по встречно-ступенчатому принципу. Однако при
Рис. 6.4. Особенности работы макси-
мальной токовой направленной защиты
в кольцевой сети с одним источником
питания
Рис. 6.5. Кольцевая сеть, в ко-
торой максимальная токовая
направленная защита не обес-
печивает селективности дей-
ствия
этом защиты 2 и 5, установленные на приемных сторонах головных
участков АБ и АВ, можно выполнить действующими без замедле-
ния. Такая возможность определяется направлением мощности в
этих защитах. При нормальной работе, а также при внешних ко-
ротких замыканиях на участках кольца и других присоединениях
160
юдстанций Б и В мощность у места установки защит 2 и 5 всегда
заправлена от линий к шинам, поэтому их органы направления
мощности препятствуют срабатыванию. З.ащиты также не будут
:рабатывать при повреждениях вне кольца на других присоедине-
ниях п/ст А, так как ток повреждения при этом по кольцу не про-
водит. Только при коротких замыканиях на защищаемых линиях
4Б и АВ органы направления мощности защит 2 и 5 будут сраба-
тывать и защиты смогут подействовать на отключение. Это дает
возможность выполнить их действующими без замедления и в
принципе отказаться от пусковых органов.
При коротком замыкании на головном участке АБ вблизи шин
подстанции А, например в точке К\, ток в точку повреждения в ос-
новном проходит через выключатель 1. Только небольшая доля
тока /к.з, равная /"к.з, замыкается по кольцу. При приближении
точки повреждения к шинам п/ст А ток /"к,3 будет уменьшаться
и при некотором расстоянии между точкой и подстанцией А
станет меньше тока, необходимого для срабатывания защиты 2.
Защита 2 сможет сработать только после отключения выключате-
ля 1, когда весь ток повреждения будет замыкаться по кольцу и
проходить через место ее установки. Таким образом, при повреж-
дении в пределах некоторой зоны, расположенной в рассматривае-
мом случае у шин п/ст А, защита 2 действует всегда только после
срабатывания защиты 1 независимо от соотношения их выдержек
времени. Такое поочередное действие защит называется каскадным,
а зона—зоной каскадного действия. В общем случае зона каскад-
ного действия может распространяться на линии, смежные с голов-
ными участками.
При каскадном действии защит время отключения поврежден-
ного участка увеличивается. Кроме того, может иметь место непра-
вильная работа защит 4 и 6, органы направления мощности кото-
рых при коротком замыкании в точке Ki находятся в сработанном
состоянии. Неправильное действие может произойти в том случае,
если их токи срабатывания /с.з4 и /с.зв окажутся меньше тока 1"к.з,
а ток срабатывания /с.з2 защиты 2 — больше Г'к,3. По этим причи-
нам желательно сокращение зоны каскадного действия.
На рис. 6.5 показана кольцевая сеть с двумя источниками пи-
тания. В такой сети встречно-ступенчатый принцип не обеспечивает
селективного действия защиты. Такие же трудности встречаются и
в кольцевой сети с одним источником питания, если существуют
диагональные связи, не проходящие через шины источника питания
(штриховая линия с выключателями 2' и 7').
§ 6.3. Ток срабатывания максимальной
токовой направленной защиты
Ток срабатывания максимальной токовой направленной защиты,
как и ток срабатывания максимальной токовой защиты, определя-
ется ее пусковым органом и должен удовлетворять условию
Iс.з (^зап^с.з/^в) раб.макс* (®* О
6—2008 161
Однако в отличие от максимальной токовой защиты при определе
нии максимального рабочего тока /раб.макс можно принимать ВС
внимание только максимальный режим, соответствующий направ-
лению мощности от шин в линию. При этом может оказаться, чтс
в режиме передачи мощности по линии к шинам пусковые органы
сработают, однако защита в целом не подействует благодаря орга-
ну направления мощности. Как уже отмечалось, в таких условиях
находятся защиты 2 и 5 (см. рис. 6.4), установленные с приемной
стороны головных участков кольцевой сети.
При решении вопроса о снижении тока срабатывания защиты
следует считаться с возможностью нарушения цепей напряжения и
вследствие этого с переориентацией органа направления мощности.
Поэтому в схему защиты следует включать специальный орган
контроля исправности цепей напряжения (§ 2.19), если ток сраба-
тывания пускового органа не отстроен от максимальной нагрузки
при ее направлении к шинам. Орган контроля исправности цепей
напряжения должен при срабатывании выводить защиту из дейст-
вия. Если режим максимальной нагрузки при ее направлении к
шинам встречается редко, то орган контроля исправности цепей
напряжения может действовать на сигнал. При этом ток срабаты-
вания /с,3 должен быть больше рабочего тока, при нормальной ра-
боте вне зависимости от направления мощности, т. е.
4,з > (4ап/4>) 7раб- _ (6-2>
В сетях с большими токами замыкания на демлю следует также
считаться с возможностью срабатывания реле направления мощ-
ности, включенных на токи неповрежденных фаз при направлении
мощности короткого замыкания к шинам [Л. 7]. Поэтому при выборе
тока срабатывания защиты в сетях с большими токами замыкания
на землю кроме двух первых условий выполняется третье, по кото-
рому /с.з должен быть больше максимального тока неповрежденных
фаз, т. е.
4.3 4ап4еп.макс* (6-3)
Это требование не учитывается, если защита выполняется так, что
при коротких замыканиях на землю она автоматически выводится
из действия.
Ранее отмечалась возможность нарушения селективности защи-
ты в режиме каскадного действия. Во избежание этого при выборе
тока срабатывания необходимо согласовывать чувствительность
защит смежных участков. Это согласование, как и выбор выдержек
времени, производится только для защит, входящих в одну группу,
например 2, 4 и 6 (см. рис. 6.4). Причем защита, имеющая мень-
шую выдержку времени, должна иметь и меньший ток срабатыва-
ния, т. е. 4.з2</с.з4</с.зб- В общем случае в пределе каждой груп-
пы защит должно выполняться условие
^с.зп 4ап4.з(л—1)'
(6-4)
Таким образом, токи срабатывания, как и выдержки времени, долж-
162
ны удовлетворять встречно-ступенчатому принципу и выбираться по
условию, дающему большее значение тока.
§ 6.4. Принципы выполнения реле
направления мощности
В настоящее время наибольшее распространение в нашей стра-
не получили реле направления мощности, выполненные на индук-
ционном принципе, а также реле, основанные на сравнении абсо-
лютных значений двух электрических величин. Определенный ин-
терес представляет также возможность создания реле направления
мощности на основе сравнения фаз мгновенных значений двух
электрических величин.
Индукционный принцип. В § 2.13 было показано, что вращаю-
щий момент реле, выполненного на индукционном принципе, про-
порционален синусу угла между магнитными потоками Ф1 и Ф2,
т. е. Л4Вр = /г'Ф1Ф2 sin <р. Создавая магнитный поток Ф1 обмоткой
тока, а поток Ф2 обмоткой напряжения, можно получить реле, дей-
ствующее в зависимости от угла между током и напряжением, под-
водимыми к обмоткам реле. Как будет показано далее, выражение
вращающего момента для такого реле в общем случае имеет вид:
,Мвр = Шр/рсо5 (срр + а), (6.5)
откуда следует, что реле срабатывает при условии —(90° +а)+7
^фр-+)(90°—а).
Принцип сравнения абсолютных значений двух электрических
величин. Орган направления мощности можно выполнить путем
сравнения абсолютных значений двух электрических величин [Л. 43],
например Ё\ = Pve^ + kip и Ё2 = Оре^а — klp. Реле срабатывает при
условии
| + klv I -1 - klv ||> 0. (6.6)
Сравнить два вектора Ё\ и Ё2 по абсолютной величине можно,
например, с помощью схемы на циркуляцию токов (рис. 6.6, а).
Схема состоит из двух выпрямительных мостов, посредством кото-
рых выпрямляются сравниваемые электрические величины Ё\ и Ё2,
и реагирующего органа РО. В зависимости от соотношения Ё[ и Ё2
направление тока в реагирующем органе может изменяться на 180°.
При | Ё] | > | Ё21 ток имеет одно направление (например, как на
рис. 6.6, а), а при | Ё\ | < | Ё21—противоположное. Это изменение
направления тока можно использовать для выполнения реле на-
правления мощности. Для этого реагирующий орган должен обла-
дать направленностью действия, т. е. срабатывать только при од-
ном определенном направлении тока. В качестве такого органа
применяют высокочувствительные магнитоэлектрические (см.
§ 7.4) или поляризованные реле. Для этой цели могут быть также
использованы более грубые реле, например электромагнитные с
полупроводниковым триодом в качестве усилителя постоянного тока
6* 163
[Л. 44]. При этом реагирующий орган может быть сделан более на-
дежным, достаточно чувствительным и быстродействующим.
На рис. 6.6, б дана векторная диаграмма, характеризующая
работу реле. При ее построении за исходный был принят вектор на-
пряжения Ёре^а, повернутый относительно вектора бгр на угол а.
При этом вектор тока /р отстает от вектора напряжения г7ре^“ на
некоторый угол, равный (<рр+а). При изменении этого угла концы
векторов и Ё2 перемещаются по окружности радиусом klp с
Рис. 6.6. Сравнение абсолютных зна-
чений двух электрических величин
Рис. 6.7. Сравнение двух
электрических величин по
фазе
центром в конце вектора t7peJ'“, а их модули изменяются по величи-
не так, что Е\ оказывается равной, меньшей или большей Е2. Таким
образом, рассматриваемая схема представляет собой орган направ-
ления мощности, так как действует в пределах углов —(90°+а)^
s^<pp«g (90°—a).
Принций сравнения фаз мгновенных значений двух электриче-
ских величин. Сравнить две величины по фазе можно путем опре-
деления доли полупериода, в течение которой знаки сравниваемых
величин совпадают. Так, если две величины совпадают по фазе, то
знаки их одинаковы в течение всего полупериода. С увеличением
расхождения по фазе доля полупериода, в течение которой знаки
величин совпадают, уменьшается и при расхождении на 180° равна
нулю. На рис 6 7, а показано изменение во времени синусоидаль-
ных величин • и £2, причем Ё2 отстает от Ё\ на некоторый угол <р.
Величина этого угла определяет время совпадения
164
/с=(7/2)(1 —|<р]/180°). (6.7)
Устройство можно выполнить таким образом, что оно будет дейст-
вовать в случае, когда время совпадения tc сравняется со временем
несовпадения /пс или будет больше него, т. е. /е^^нс [Л. 45]. Время
несовпадения находят из выражения:
/нс=7'/2—/с=(7'/360°)|т|. (6.8)
На рис. 6.7, б приведены зависимости /с=/(<р) и й/нс = /|<р|,
где k — постоянный коэффициент. Точки пересечения этих харак-
теристик определяют зону действия, в которой удовлетворяется
условие срабатывания реле, т. е. tc^kisc или (7/2) (1—|<р|/180°)
k(7/360°) ]<р|, откуда |ф|-^Т80°/(/г+1) или
-180°/(А4-1)<!р< 1807(^+1). (6.9)
При/г=1 выражение (6.9) принимает вид
— 90°<<р<90°.
Можно также выполнить реле, в котором время /с сравнивается
с некоторым заданным временем. Для сравнения фаз может быть
использован также импульсный принцип [Л. 44; 46].
§ 6.5. Индукционное реле
мощности типа РБМ
Реле мощности типа РБМ выпускаются на основе четырехпо-
люсной магнитной системы 1 (рис. 6.8, а, б). Для уменьшения маг-
нитного сопротивления системы между полюсами магнитопровода
помещают неподвижный цилиндрический сердечник 2. Подвижным
элементом системы является выполненный из алюминия полый ци-
линдрический ротор 3, боковые стенки которого расположены в
зазоре между стальным сердечником 2 и полюсами магнитной си-
стемы. Ротор укреплен на оси, связанной с подвижным контактом
4. Начальное положение ротора зафиксировано пружиной (на ри-
сунке не показана).
Реле имеет две обмотки: обмотку тока и обмотку напряжения.
Обмотка тока размещается на двух противоположных полюсах
(рис. 6.8, а), а обмотка напряжения — на двух других полюсах или
непосредственно на самом магнитопроводе (рис. 6.8, б). При этом
магнитный поток Ф^, созданный током /р, проходящим по обмотке
тока, и магнитный поток Фи, обусловленный напряжением Up на
зажимах обмотки напряжения, оказываются сдвинутыми между
собой в пространстве на угол 90°.
‘ При построении векторной диаграммы реле (рис. 6.8, в) за ис-
ходные величины приняты напряжение t7p и отстающий от него на
угол фр ток /р. Ток в обмотке напряжения 1и оказывается сдвину-
тым по отношению к напряжению t7p на угол уи. Величина и знак
этого угла определяются характером сопротивления обмотки на-
пряжения. При чисто индуктивном сопротивлении уи = 90° У суще-
165
ствующих конструкций реле РБМ сопротивление обмотки напря-
жения таково, что значение угла уи (естественный угол) обычно
составляет 65°. Угол а дополняет его до 90°, т. е. а+уи = 90°.
Если пренебречь потерями в стали и размагничивающим дейст-
вием тока ротора, то магнитные потоки Ф; и Фи совпадут по фазе
с вызвавшими их токами соответственно /р и /и.
Вращающий момент индукционного реле согласно (2.13) про-
порционален произведению магнитных потоков на синус угла меж-
ду ними, т. е. МВр = к'Ф{Фи sin ф. Для ненасыщенной магнитной си-
а)
Рис. 6.8. Индукционное ре-
ле направления мощности с
цилиндрическим ротором
стемы Ф;=/р и Фи=/и = [/р, поэтому Л4вр = kUplp sin ф. Из вектор-
ной диаграммы (рис. 6.8, в) ф=[90°—(фр + а)]. Тогда
Мвр = kUpIp sin [90° - (<рр + а)] = kUpIр cos (?р+а); (6.10)
это — выражение момента реле смешанного типа. Из него следует,
что при соз(фр+а)>0 момент будет положительным, а при
соз(фр+а)<0 — отрицательным. Максимальное значение положи-
тельного момента наступает при соз(фР+а) = 1, т. е. при фр=—а.
Угол фр, при котором положительный вращающий момент макси-
мален, называется углом максимальной чувствительности фр.макс.ч-
Таким образом, угол фр.макс.ч всегда равен по величине и противо-
положен по знаку дополнительному углу а, т. е. фр.макс.ч=—а.
Реле с различными углами а и соответственно с различными уг-
лами максимальной чувствительности получаются путем изменения
166
Рис. 6.9. Конструкция реле направления мощ-
ности типа РБМ:
/ — магнитная система; 2 — цилиндрический алюми-
ниевый ротор; 3 — ось реле; 4— подпятник оси; 5 —
ограничитель хода; 6 — токопровод; 7 —пружина;
8 — подвижная часть контакта; 9 — неподвижная
часть контакта
угла yu. Для этого последовательно с обмоткой напряжения реле
включается добавочное активное или емкостное сопротивление.
При угле уи = 90° угол а = 0, а вращающий момент пропорцио-
нален косинусу угла между [7Р и /р:
AlBp=^t/p/pcos?p. (6.11)
Такое реле получило название косинусного.
Если угол уи = 0, то угол а=90°, а вращающий момент будет
пропорционален синусу угла между [7Р и /р, т. е.
AfBp = ^p/psintPp- (6-12)
Это выражение имеет положительный знак благодаря перемене по-
лярности концов одной из обмоток. Реле с таким выражением вра-
щающего момента на-
зывается синусным.
Как следует из
(6.10), (6.11) и (6.12),
знак вращающего мо-
мента определяется
значением угла <рр. Из-
менение направления
тока в обмотке тока
или обмотке напряже-
ния равносильно изме-
нению угла фр на 180°,
что приводит к переме-
не знака момента реле.
Направление тока в
обмотке изменится, ес-
ли поменять местами
ее концы в схеме вклю-
чения реле.
Таким образом, ре-
ле направления мощно-
сти будет действовать
при коротком замыка-
нии на защищаемом
элементе, если его об-
мотки включить так,
чтобы при направлении
мощности короткого замыкания от шин в линию вращающий мо-
мент реле был положительным. С этой целью выводы обмотки мар-
кируют так: начало одной из обмоток принимают произвольно; на-
чалом второй считают тот ее вывод, которому соответствует поло-
жительный вращающий момент (реле срабатывает) при угле мак-
симальной чувствительности, указываемом заводом. Однополярные
зажимы обозначают на заводе звездочками.
Конструкция реле направления мощности типа РБМ приведена
на рис. 6.9. Выпускаются также реле типа РБМ двустороннего дей-
167
ствия. Реле имеет два разомкнутых контакта: один из них замыка-
ется при положительном вращающем моменте, а второй — при от-
рицательном.
§ 6.6. Реле мощности
на полупроводниках
Реле выполнено на принципе сравнения времени совпадения tc
по знаку двух электрических величин с временем их несовпадения
/пс. Упрощенная схема, осуществляющая такое сравнение, и диа-
Рис. 6.10. Упрощенная схема реле
для автомата обратной мощности:
а —схема сравнения; б — входные и срав-
ниваемые величины
граммы, поясняющие ее рабо-
ту, показаны на рис. 6.10
[Л. 47].
Следует учитывать две осо-
бенности рассматриваемой схе-
мы. Во-первых, схема сравни-
вает две электрические вели-
чины, заданные в виде напря-
жения, а не тока и напряжения.
Поэтому ток 7Р предварительно
преобразуется в пропорцио-
нальное ему напряжение Up =
= klp. Преобразователем мо-
жет служить трансформатор
тока, нагруженный на активное
сопротивление. На рис. 6.10, а
преобразователь тока в напря-
жение не изображен, а источ-
ник напряжения Л/р' условно
показан в виде вторичной об-
мотки трансформатора. Во-вто-
рых, схема сделана однополу-
периодной и поэтому фактиче-
ски сравнивает время совпаде-
ния tc' отрицательных значений
Up и Up' (по отношению к по-
ложительной шинке на рис.
6.10, а) с остальной частью пе-
риода tnc' = T—tc'. Ее выходной
сигнал возникает при /Нс/>3/С/-
Это соответствует ранее приве-
денному условию /с>/нс при соблюдении равенств: tc'= t1K и
6п/=2 £с+/нс- Для их выполнения одно из напряжений, подводи-
мых к схеме, следует повернуть по фазе на 180°, переключив выво-
ды вторичной обмотки, с которой это напряжение снимается (на
рис. 6.10, б этот поворот выполнен для напряжения Ц/)-
Рассмотрим работу схемы в различные промежутки времени.
В промежуток времени tc' обе сравниваемые величины Uv и Up'
отрицательны и поэтому диоды 1Д и 2Д заперты. Диод ЗД оказы-
163
вается открытым, через него и резистор 1R идет ток, открывающий
транзистор Т. Пока транзистор Т открыт, через него и резистор 2R
идет ток заряда конденсатора С, причем потенциал его левой (по
схеме) обкладки (точка а) стремится к потенциалу точки Ь. Если
потенциал правой обкладки принять за нулевой, то можно считать,
что во время tc' в результате заряда конденсатора его левая обклад-
ка получает положительный потенциал.
В промежуток времени /пс', когда одна из сравниваемых вели-
чин (или обе) становится положительной, открывается один из
диодов (1Д или 2Д), затем открывается второй диод, а первый за-
крывается. Через эти диоды в течение всего времени бк/ к левому
(по схеме) выходу диода ЗД подается положительный потенциал,
и диод ЗД запирается. При этом запирается и транзистор Т. С мо-
мента запирания транзистора конденсатор С стремится перезаря-
диться через резистор 3R до напряжения противоположной поляр-
ности (потенциал точки а стремится к потенциалу точки с). Если
время несовпадения tsc' было велико, то полярность напряжения на
конденсаторе успеет измениться, и к реагирующему органу РО
пойдет ток в направлении, показанном на рис. 6.10, а стрелкой
(реагирующий орган срабатывает только при таком направлении
тока). На выходе РО появится сигнал. Если же за время tHC' кон-
денсатор не успел перезарядиться, то реагирующий орган РО не
будет действовать.
Диод 4Д необходим для того, чтобы во время обратное на-
пряжение было приложено не к промежутку эмиттер — база тран-
зистора Т, а к диоду ЗД. Диод 5Д ограничивает отрицательное на-
пряжение на конденсаторе С, тем самым защищая вход РО от
перенапряжений.
§ 6.7. Характеристики реле
направления мощности
Работа реле направления мощности определяется его характе-
ристиками:
угловой, представляющей собой зависимость мощности сраба-
тывания (произведение напряжения на ток при срабатывании) от
угла <рр, т. е. 5с.р=/(фр), или напряжения срабатывания от того же
угла при заданном токе, т. е. E7c.p=f(фр), или, наконец, /с.р=/(фр)
при заданном напряжении;
вольт-амперной, представляющей собой зависимость напряже-
ния срабатывания от тока при угле максимальной чувствительности,
Т. е. Uc.p = f (Л>) При фр = фр.макс.ч-
Эти характеристики изменяются в зависимости от типа реле и
принципа его выполнения. Рассмотрим характеристики индукцион-
ного реле.
В реальных реле на подвижную систему наряду с вращающим
моментом действуют силы трения и противодействующей пружины.
Для преодоления этих сил при срабатывании реле необходим ми-
нимальный вращающий момент Л1вр.мин. Таким образом, для сраба-
169
тывания реле направления мощности со смешанной характеристи-
кой должно выполняться условие:
^p/pCos(?p + a)=AfBp.MI1H (6.13)
или
^c.p=^pJrp=^Bp.M™/[^cos(Tp + a)J. (6.14)
Здесь UpIp = Sc.p — фиктивная мощность срабатывания реле. Так
как ЛТвр.мин/^ — величина постоянная, то SC.P меняется с изменением
угла фр, принимая минимальное значение Зс.р.мин при фр = фр.Макс.ч,
когда cos (фр + а) = 1, т. е.
*-»<:.р '^вр.мии/^ ‘-»с.р.мни‘
С учетом этого выражение (6.14) принимает вид:
$с.р = ^С.р.мии/!COS (<Рр + (6-15)
В соответствии с выражением (6.15) на рис. 6.11, а построена
угловая характеристика в прямоугольной системе координат. Мощ-
ность срабатывания SC.P принимает минимальное значение Зс.р.мин
при фр=фр.макс.ч=—а. По мере уменьшения cos (фр+а) мощность
Sc.p возрастает, обращаясь в бесконечность при соз(фр+а)=0, что
имеет место при углах фр= (90°—а) и фр= — (90°+а).
Угловая характеристика реле может быть построена в полярной
системе координат (рис. 6.11, б). При этом угол фр отсчитывается
от положительной оси против часовой стрелки при его положитель-
ных значениях. Мощность Зс.р принимает минимальное значение
Sc.p.Miiu при угле фр—Фр.макс.ч=—о. С изменением угла фр мощность
Sc.p увеличивается так, что конец радиуса-вектора Sc.p скользит по
прямой, перпендикулярной радиусу-вектору Зс.р.мин. Эта прямая и
является угловой характеристикой реле в полярной системе коор-
динат или в комплексной плоскости мощностей. С осью ( + ) она
образует угол (90°—а). Реле направления мощности срабатывает в
в том случае, если конец вектора полной мощности S=UI находит-
ся в пределах заштрихованной области комплексной плоскости или
касается угловой характеристики.
Аналогично строятся угловые характеристики синусного
(рис. 6.11, в) и косинусного (рис.- 6.11, г) реле.
У идеальных реле силы трения и противодействующей пружи-
ны отсутствуют, поэтому Зс.р.Мин=0, в связи с чем их угловые ха-
рактеристики отличаются от рассмотренных тем, что проходят че-
рез начало координат (рис. 6.12, а). При этом поведение реле на-
правления мощности всецело определяется знаком соз(фр + а).
При анализе работы реле направления мощности часто пользу-
ются его идеальной угловой характеристикой. При этом в ряде слу-
чаев целесообразно считать фиксированным вектор напряжения £7Р
и относительно него производить отсчет углов фр между t'p и /р
(рис. 6.12, б). Следует иметь в виду, что угол фР считается положи-
тельным при отстающем токе (отсчет по часовой стрелке) и отри-
цательным— при опережающем.
170
При угле фр = фр.макс.ч=—а для срабатывания реле необходима
минимальная мощность Зс.р.мин, поэтому прямая, проведенная под
углом фр.макс.ч к вектору С7Р, является линией максимальной чувст-
в) +J
—7------
°С.р.мин
рактеристики реле на-
Рис. 6.11. Угловые ха-
рактеристики индукци-
онного реле направления
мощности
правления мощности
Рис. 6.13. Вольт-амперные ха-
рактеристики индукционного
реле направления мощности
вительности (1 на рис. 6.12, б). Зона работы реле ограничивается
линией нулевой чувствительности (2 на рис. 6.12, б), проведенной
перпендикулярно к линии максимальной чувствительности. С век-
тором напряжения Ср она образует углы фр=(90°—а) и фр=
171
=—(90°+а), при которых cos(<pp+a)=0 и вращающий момент
Л4пр=0. Таким образом, зона работы реле ограничивается углами
— (90° + а) s^<(90°—а), отсчитанными от вектора напряжения
Ov. При расположении вектцра тока 7Р в этой зоне, т. е. слева от
линии нулевой чувствительности, реле мощности срабатывает.
Для построения вольт-амперной характеристики Z/C.P—f(4) при
фр = фр.макс.ч используется выражение (6.14). На рис. 6.13 кривой 1
представлена расчетная вольт-амперная характеристика (ДС.Р=
=5с.р.мип//р), а кривой 2 — полученная экспериментально; она по-
казывает, что, начиная с некоторого значения тока /р, напряжение
Дс.р перестает уменьшаться. Это объясняется насыщением магнит-
ной системы реле. Таким образом, экспериментальная вольт-ампер-
ная характеристика дает возможность определить минимальное
напряжение {7С.Р.МИН, необходимое для срабатывания реле. Насыще-
ние магнитной системы снижает чувствительность реле, так как при
{/с.р= {/с.р.мин И росте тока увеличивается Зс.Р.мин= £/с.Р/Р.
Таким образом, если при коротком замыкании к реле подводит-
ся напряжение f/p< Дс.р.мин, то оно не сможет сработать. В таких
случаях говорят, что реле имеет мертвую зону. При правильно вы-
бранной схеме включения реле на полный ток фазы и полные меж-
дуфазные напряжения мертвая зона практически имеет место толь-
ко при металлических трехфазных коротких замыканиях на неболь-
шом участке /м,3 защищаемой линии, расположенном у места
включения реле.
Как уже говорилось, действие реле определяется не только уг-
лом <рР, но и величиной напряжения. Поэтому реле сможет срабо-
тать при условии, если Up cos(<pp+a) ^Дс.р.мин- Здесь Uv — оста-
точное междуфазное напряжение у места включения реле при трех-
фазном металлическом коротком замыкании в конце мертвой зоны:
{/р = {/oct=]/з
где 2]уД — полное сопротивление линии на 1 км. С учетом этого по-
лучаем выражение мертвой зоны реле направления мощности
. Л1/Л:.р.мин
4.з=——---------------------• (6.16)
V3 c°s (fp + а)
Это выражение справедливо при больших токах 1к.з, когда
{/с.р.мин остается примерно постоянным. В общем случае длина ZM3
определяется, исходя из необходимости иметь минимальную мощ-
ность срабатывания 5с.Р.Мин- Принимая во внимание, что
о г п _ /М3>г,уА.3 /<з)
\.р-/р{/р- ~ ~
и учитывая выражение (6.15), получаем
4.3= П“Пт5с-р-мин-----------. (6.17)
V3 г1уд(43з)2cosсрр + а>
172
Наличие мёртвой зоны является недостатком направленной за-
щиты, хотя длина этой зоны, как правило, невелика.
§ 6.8. Схемы включения реле
направления мощности
Реле направления мощности должны включаться таким обра-
зом, чтобы сочетание токов и напряжений, подводимых к реле, обес-
печивало положительный и достаточный для срабатывания вра-
щающий момент при различных видах коротких замыканий на за-
щищаемом элементе. Существуют схемы с включением реле на
Реле
Та блица 6.1
Ток 7р
Напряже-
ние 17
и,
Uca
иав
включением
реле на сим-
с
2
3
а
в
Рис. 6.14. Векторная диаграмма на-
пряжений и токов при 90-градусной
схеме включения реле направления
мощности
полные токи и напряжения фаз и схем
метричные составляющие тока и напряжения.
Схемы включения реле на полные токи и напряжения фаз. В на-
стоящее время в Советском Союзе получила распространение и яв-
ляется типовой так называемая 90-градусная схема. Название схе-
мы носит условный характер и определяет угол <рр между напря-
жением Up и опережающим его током /р, подведенными к одному
и тому же реле в симметричном трехфазном режиме; предполага-
ется, что ток в фазе совпадает с одноименным фазным напряжени-
ем (рис. 6.14). Сочетания токов и напряжений при 90-градусной
схеме включения реле приведены в табл. 6.1.
В 90-градусной схеме включения обычно применяется реле сме-
шанного типа с углом а = 45°. Анализ поведения этого реле при
различных видах повреждения показывает [Л. 7; 8; 48], что в 90-
градусной схеме оно обладает следующими свойствами:
четко срабатывает при всех видах коротких замыканий при
включении на ток поврежденной фазы;
может иметь мертвую зону только при трехфазных коротких за-
мыканиях;
может срабатывать неправильно при двухфазных и однофаз-
ных коротких замыканиях в случае включения на ток неповрежден-
ной фазы. При этом для исключения неправильного действия всей
защиты применяется пофазный пуск, а токи срабатывания пуско-
вых органов выбираются с учетом отстройки от токов в неповреж-
173
денных фазах. Это может привести к уменьшению чувствительности
защиты, так как в сетях с большими токами замыкания на землю
токи в неповрежденных фазах при замыкании на землю, складыва-
ясь из тока нагрузки и тока повреждения, могут достигать значи-
тельных величин. Если требуется повысить чувствительность защи-
ты, то ее схему выполняют так, что при коротком замыкании на
землю защита автоматически выводится из действия.
Следует отметить, что реле направления мощности, включенное
по 90-градусной схеме, может сработать неправильно при коротких
замыканиях за трансформатором с соединением обмоток звезда —
треугольник. Однако опыт эксплуатации показывает, что такие не-
Рис. 6.15. Включение
реле направления
мощности на ток и
напряжение нулевой
последовательности
правильные действия защиты маловероятны. Поэтому никаких ме-
роприятий, предотвращающих эти действия, в Советском Союзе не
предусматривается.
Наряду с 90-градусной схемой в заграничной практике получи-
ли распространение 30-градусная и 60-градусная схемы.
Схема включения реле на составляющие нулевой последова-
тельности. При замыкании на землю в полных напряжениях и то-
ках фаз появляются составляющие нулевой последовательности
и0 и /0, связанные между собой условием:
U0=E0-ji0Z0. (6.18)
Поскольку э. д. с. нулевой последовательности генератора Ео=
= 0, выражение (6.18) в общем случае будет иметь вид:
U0=-j)0Z0, (6.19)
где Zo — результирующее сопротивление нулевой последовательно-
сти, принимаемое обычно равным индуктивному сопротивлению Хо.
В соответствии с этим на рис. 6.15, а показано распределение
напряжения Uo между точкой повреждения Л(1) и генерирующим
174
источником при однофазном коротком замыкании, когда ток /0 име-
ет положительное направление.
Напряжение (70р в месте включения реле может быть определе-
но как падение напряжения в сопротивлении нулевой последова-
тельности Zqt трансформатора, т. е. бгор = —
Обмотки реле направления мощности подключаются к фильтру
напряжения и фильтру тока нулевой последовательности
(рис. 6.15, б). Поэтому Г7р=ЗСгор и /р = 3/0-
При Zot = Aot напряжение £7Р отстает от тока /р на угол 90°
(рис. 6.15, в). Этот угол определяется только сопротивлением ХОт и
не зависит от переходного сопротивления в точке повреждения. Ис-
ходя из векторной диаграммы, желательно использовать реле мощ-
ности с углом а = 90°. При этом вращающий момент
уИвр = ^р/р cos (%Р + 90°)= ~ ^pZp sin %₽•
С учетом активного сопротивления угол фор увеличивается до
1104-120°. Поэтому в общем случае необходимо иметь реле с углом
а = 9О° + ро и вращающим моментом
мвр= — kUpfpsin (%₽+₽о);
угол Ро не должен превышать 30°.
Достоинством рассматриваемой схемы включения реле направ-
ления мощности является ее простота и возможность осуществлять
защиту без мертвой зоны. Реле срабатывает только при замыкани-
ях на землю, однако из-за погрешностей фильтров в нормальном
режиме и особенно при междуфазных коротких замыканиях на за-
жимах реле мощности появляются ток и напряжение небаланса и
оно может сработать при любом направлении мощности короткого
замыкания. Этот недостаток схемы устраняется отстройкой пуско-
вого органа от токов небаланса.
Схема включения реле на составляющие обратной последова-
тельности. Составляющие обратной последовательности в полных
напряжениях и токах фаз содержатся при всех несимметричных
коротких замыканиях. Они появляются также в первый момент по-
сле возникновения трехфазного короткого замыкания. В связи с
этим реле направления мощности, включенное на составляющие
обратной последовательности, кратковременно может действовать
и при трехфазном коротком замыкании. Связь между током /2 и
напряжением U2 обратной последовательности такая же, как и
между составляющими нулевой последовательности Zq и Ua, т. е.
Z/2=—//2Z2, (6.20)
где Z2— результирующее сопротивление обратной последователь-
ности, принимаемое обычно равным индуктивному сопротивле-
нию Х2.
Отсюда ясно, что все сказанное относительно распределения и
определения Uo и построения векторной диаграммы напряжения
Z/o(3(7Op) и тока 70(3/0) справедливо для напряжения U2 и тока /2.
175
В связи с этим если бы реле направления мощности включалось
непосредственно на напряжение (Ли ток 12 первичной цепи, то це-
лесообразно выбрать его с характеристикой, близкой характеристи-
ке реле в схеме включения на составляющие нулевой последова-
тельности, т. е. с вращающим моментом
ЖВР= ~Ч7Р Sin (?2p + W-
Однако в зависимости от характеристик фильтров ФНОП и
ФТОП и способов их включения фазные соотношения между напря-
жением flip и током /2р на выходе фильтров различны. Поэтому в
рассматриваемой схеме применяются смешанные реле с различны-
ми значениями угла а.
Достоинством схемы является простота ее выполнения, принци-
пиальная возможность четко срабатывать при любых коротких за-
мыканиях, в том числе и при повреждении за трансформатором с
соединением обмотки Y/А. Последнее объясняется тем, что фазные
соотношения между С2 и 12 не меняются при переходе через транс-
форматор с любой схемой соединения его обмоток.
Схема не реагирует на токи симметричной нагрузки. Однако в
связи с погрешностью фильтров реле может сработать при нормаль-
ной работе и любом направлении мощности. Неправильное дейст-
вие защиты в этом случае исключается отстройкой тока срабаты-
вания пускового органа от тока небаланса обратной последова-
тельности.
§ 6.9. Схемы и область использования
максимальной токовой направленной
защиты
Как уже отмечалось, токовая направленная защита представля-
ет собой токовую ненаправленную защиту, снабженную органом
направления мощности. Поэтому в зависимости от назначения и
предъявляемых к ней требований в основу схемы направленной то-
ковой защиты может быть положена любая из рассмотренных ра-
нее (см. § 5.4) схем максимальной токовой защиты.
В распределительных сетях напряжением до 35 кВ защита вы-
полняется двухфазной и является основной защитой от всех корот-
ких замыканий. В сетях с большими токами замыкания на землю
она используется в качестве защиты от многофазных коротких за-
мыканий. При этом для защиты от замыкания на землю может
устанавливаться направленная защита нулевой последовательно-
сти.
Схемы защиты могут быть на постоянном и переменном опера-
тивном токе. При этом пусковые органы подводят пофазно опера-
тивный ток к контактам реле направления мощности. Этим предот-
вращается неправильное срабатывание защиты, обусловленное
поведением реле направления мощности, включенного на ток непо-
врежденной фазы.
Область применения максимальных токовых направленных за-
щит определяется тем, насколько эти защиты удовлетворяют требо-
176
ваниям селективности, быстроты, чувствительности и надежности.
Максимальная токовая направленная защита обеспечивает селек-
тивное отключение поврежденного участка в радиальных сетях с
несколькими источниками питания и в кольцевых сетях только с
одним источником питания.
Из-за встречно-ступенчатого принципа выбора выдержек време-
ни в ряде случаев время отключения поврежденного участка, обыч-
но расположенного вблизи источника питания, достигает больших
величин. Чувствительность защиты определяется не только пуско-
вым органом, но и органом направления мощности. При этом в
случае включения реле на полные напряжения и токи фаз защита
отказывает в действии при трехфазном коротком замыкании в мер-
Рис. 6.16. Максимальная токовая направленная защита на
переменном оперативном токе с дешунтированием отклю-
чающих катушек выключателя:
а — цепи тока; б — цепи напряжения; в — вторичные цепи реле
времени; г — вторичные цепи промежуточных реле
твой зоне. Теоретически возможны также ее неправильные действия
при коротких замыканиях за трансформатором с соединением об-
моток Y/Д.
Поэтому в большинстве случаев максимальная токовая направ-
ленная защита в качестве основной применяется лишь в сетях на-
пряжением 35 кВ и ниже. В сетях с более высоким напряжением
она используется в основном как резервная.
В направленных защитах со ступенчатыми характеристиками
выдержек времени максимальная токовая направленная защита
применяется в качестве третьей ступени.
На рис. 6.16 приведены схемы цепей максимальной токовой на-
правленной защиты на переменном оперативном токе с дешунтиро-
ванием отключающих катушек выключателя. В защите используют-
ся промежуточные реле 1П и 2П типа РП-341, токовое реле време-
ни В типа РВМ-12 и два реле направления мощности 1М и 2М,
включенные по 90-градусной схеме (рис. 6.16, а, б). Пусковыми ор-
ганами являются реле тока 1Т и 2Т. Пуск реле времени осущест-
вляется пофазно последовательно соединенными контактами реле
177
мощности и соответствующего токового реле. Схема управления ре-
ле времени выполнена таким образом, что при любых многофазных
коротких замыканиях моторчик реле подключается только к одно-
му из промежуточных насыщающихся трансформаторов (рис. 6.16,
в). По истечении установленной выдержки времени реле В сраба-
тывает, замыкая вторичные цепи промежуточных реле 1П и 2П
(рис. 6.16, г). Контакты этих реле дешунтируют отключающие ка-
тушки 1КО и 2ЦО, производя отключение выключателя. При на-
правлении мощности короткого замыкания к шинам реле мощности
не действует, поэтому реле времени, а следовательно, и промежу-
точные реле не работают и защита не производит отключения вы-
ключателя.
§ 6.10. Структурная схема защиты
автомата обратной мощности
Целесообразность построения замкнутых сетей напряжением до
1000 В не вызывает сомнения [Л. 49-7-53]. В заграничной практике
такие сети успешно эксплуатируются довольно продолжительное
ил
Рис. 6.17. Схема простейшей замкнутой сети напряжением
до 1000 В
время. В качестве отключающих и защитных аппаратов использу-
ются плавкие предохранители в совокупности с автоматами обрат-
ной мощности {Л. 54-4-56].
На рис. 6.17 приведена схема простейшей замкнутой сети на-
пряжением до 1000 В. Селективное отключение элементов этой сети
обеспечивается предохранителями, установленными по концам ли-
ний, и автоматами обратной мощности, установленными в каждой
ТП на стороне низшего напряжения трансформатора. При повреж-
дении любой из линий (точка Ki) будут перегорать соответствую-
178
Рис. 6.18. Структурная схе-
ма защиты автомата обрат-
ной мощности:
ТТ — трансформаторы тока;
ФТПП, ФНПП— фильтр тока и
фильтр напряжения прямой по-
следовательности; М — реле
мощности; БП— блок питаиия;
У О — устройство отключения;
У — указательное реле
щие предохранители, отключая поврежденную линию вместе с ее
потребителями. Неповрежденные участки сети останутся в работе,
продолжая бесперебойное электроснабжение своих потребителей.
В нормальном режиме и при повреждении в сети низкого на-
пряжения через все силовые трансформаторы, а следовательно, и
через автоматы обратной мощности будет проходить мощность в
прямом направлении, т. е. от источника питания (ИП) к потреби-
телям замкнутой низковольтной сети. Автоматы обратной мощности
при этом не срабатывают. Если произойдет повреждение какого-
либо трансформатора (точка К2), то
мощность через этот трансформатор и
его автомат обратной мощности изме-
нит направление, проходя из замкну-
той сети к месту повреждения. Авто-
мат обратной мощности, реагируя на
изменение направления мощности,
произведет отключение поврежденного
трансформатора с низшей стороны. Со
стороны высшего напряжения транс-
форматор будет отключаться защитой,
действующей на его выключатель. Не-
поврежденные трансформаторы оста-
ются в работе. Поэтому электроснаб-
жение потребителей при таких повреж-
дениях сохраняется полностью.
При повреждении одной из питаю-
щих линий (точка К3) электроснабже-
ние также полностью сохраняется.
Поврежденная линия со стороны ИП
отключается своим выключателем под
действием релейной защиты, а со сто-
роны ТП — вместе с трансформато-
ром автоматом обратной мощности.
В Советском Союзе такие автоматы
не выпускаются. Поэтому в городах,
где нашли применение замкнутые сети напряжением до 1000 В, за-
щита осуществляется кустарным способом: переделанными счетчи-
ками, реле направления мощности разных типов и другими аппа-
ратами, не предназначенными для такой цели.
Был разработан также комплект защиты РОМ-3, состоящей из
электромеханических реле. Однако эксплуатация опытной партии
комплекта РОМ-3 показала ряд принципиальных и конструктивных
его недостатков [Л. 57].
Наиболее совершенной пока является защита на полупроводни-
ках, разработанная совместно Рижским и Ульяновским политехни-
ческими институтами [Л. 58; 59]. Создано три модификации защиты
применительно к различным схемам распределительных сетей.
На рис. 6.18 показана структурная схема наиболее простой мо-
179
дификации, которая рекомендуется к установке в сетях, подобных
сети, изображенной на рис. 6.17.
Комплект защиты предназначен для работы от трансформато-
ров тока ТТ серий ТК-40 и ТК-20. Реле направления мощности М
включается на составляющие прямой последовательности тока и
напряжения. При этом обеспечивается его срабатывание при всех
возможных видах короткого замыкания в защищаемой зоне. Реле
создано на принципе сравнения фаз мгновенных значений двух
электрических величин. Для этого используется схема, показанная
на рис. 6.10, а. Угол максимальной чувствительности реле
Фр.макс.ч = 15°. Фильтр тока ФТПП и фильтр напряжения ФНПП
прямой последовательности можно выполнить в соответствии со
схемами, рассмотренными в § 2.18 и 2.19. Фильтр напряжения вклю-
чается непосредственно в сеть.
Блок питания БП обеспечивает нормальную работу схемы при
колебаниях напряжения питания в пределах ±20%. Устройство от-
ключения УО выполнено на полупроводниках и содержит конден-
сатор, предварительно заряженный в нормальном режиме. При
срабатывании реле мощности создается цепь разрядки этого кон-
денсатора на катушку отключения автомата. В эту же цепь вклю-
чено указательное реле У.
§ 6.11. Токовая направленная отсечка
без выдержки и с выдержкой времени
и токовая направленная защита
со ступенчатой характеристикой
выдержки времени
Схемы токовых направленных отсечек и токовых направленных
защит со ступенчатой характеристикой выдержки времени отлича-
ются от схем ненаправленных отсечек и защит (см. § 5.9) наличием
реле направления мощности. При этом в схеме защиты со ступен-
чатой характеристикой выдержки времени реле направления мощ-
ности является общим для всех или же для части ступеней. Нали-
чие органа направления мощности позволяет при выборе токов
срабатывания принимать во внимание только режимы, при которых
мощность направлена от шин в линию, и реле направления мощ-
ности разрешает защите действовать на отключение. При этом
чувствительность отсечек повышается, если при отсутствии органа
направления мощности расчетным условием выбора тока срабаты-
вания была отстройка от максимального тока, проходящего по за-
щищаемому участку при направлении мощности короткого замы-
кания к шинам.
Наличие органа направления мощности усложняет схему защи-
ты и обусловливает возможность появления мертвой зоны при
включении реле на полные напряжения и токи фаз. Поэтому на-
правленные отсечки применяются в основном как защиты нулевой
последовательности для сетей с большими токами замыкания на
землю.
180
§ 6.12. Направленные защиты нулевой
последовательности для сетей с малыми
токами замыкания на землю
Если в установившемся режиме собственный емкостный ток ли-
нии /оР соизмерим с полным током замыкания на землю, то токо-
вую защиту, реагирующую на установившееся значение емкостно-
го тока, осуществить нельзя. В таких случаях применяется направ-
ленная защита нулевой последовательности или устройство
сигнализации, контролирующее не только величину, но и направле-
ние тока замыкания на землю. При этом для сетей с изолирован-
ными нейтралями возможно выполнить направленную защиту, реа-
гирующую на установившееся значение емкостного тока.
Из анализа векторных диаграмм напряжения и тока нулевой
последовательности (см. § 5.6) следует, что максимальной чувстви-
тельностью будет обладать реле мощности с внутренним углом
а = 90°. Поэтому для выполнения защиты требуется синусное реле,
подключаемое к фильтрам напряжения и тока нулевой последова-
тельности. Защита не имеет пускового органа, поэтому реле мощ-
ности для исключения неправильного ее срабатывания отстраива-
ется от мощности небаланса, обусловленной погрешностями фильт-
ров. Эта же защита может быть применена и в сетях с нейтралями,
заземленными через дугогасящие катушки; тогда для ее действия
при возникновении замыкания на землю необходимо автоматиче-
ски отключать дугогасящие катушки или менять на них ответвле-
ния так, чтобы величина емкостного тока, проходящего по повреж-
денной линии, оказалась достаточной для срабатывания защиты.
Отключать дугогасящие катушки не надо, если для действия защи-
ты используется не емкостный ток, а активная составляющая тока
замыкания на землю, обусловленная потерями в дугогасящей ка-
тушке и активной проводимостью фаз сети. Необходимо отметить,
что поскольку ток компенсации и емкостный ток в поврежденной
линии имеют противоположные направления, то в перекомпенси-
рованной сети направление тока в поврежденной и неповрежденной
линиях одинаковое, поэтому для действия направленной защиты
можно использовать только активный ток. Величина этого тока не
превышает нескольких процентов от полного тока катушки. Поэто-
му реле мощности должны обладать высокой избирательностью по
углу, а фильтры нулевой последовательности должны иметь малые
погрешности.
В схемах защиты можно использовать индукционные реле мощ-
ности высокой чувствительности. Однако такие реле имеют-большое
потребление. Защита же в целом, как показывает опыт эксплуата-
ции, работает ненадежно.
Для электросетей, питающих торфоразработки, отечественная
промышленность выпускает более совершенную направленную за-
щиту типа ЗЗП-1 на полупроводниках [Л. 60]. Защита имеет малую
потребляемую мощность и реагирует на ток замыкания, равный
0,07-4-2 А.
181
Имеются также разработки ряда устройств, которые определя-
ют поврежденное направление по знаку первого полупериода тока
переходного процесса (Л. 38; 61; 62]. Как уже отмечалось (см.
§ 5.6), поврежденная линия отличается от неповрежденных тем, что
в ней первая полуволна ее тока нулевой последовательности в пе-
реходном процессе совпадает по фазе с напряжением нулевой по-
следовательности, а в неповрежденных линиях она имеет противо-
положный знак. Это обстоятельство было использовано для выпол-
нения токовой защиты с токовым реле, имеющим тормозную
обмотку, включенную на напряжение нулевой последовательности
[Л. 37]. Это же дает возможность выполнять защиты направлен-
ными. *
Известны также схемы, в которых сочетаются ток переходного
процесса и напряжение нулевой последовательности промышленной
частоты (Л. 62].
Разработано устройство сигнализации замыканий на землю с
импульсным реле направления мощности [Л. 61], которое осущест-
вляет селективный выбор поврежденного участка при однофазных
замыканиях на землю путем контроля направления распростране-
ния разрядных электромагнитных волн, возникающих в начальной
стадии переходного процесса и связанных с разрядом на землю ем-
кости поврежденной фазы. Характерной особенностью распростра-
няющихся в обе стороны от места повреждения разрядных электро-
магнитных волн тока и напряжения является различие знаков
мгновенной мощности p = ui волн на поврежденном и неповрежден-
ном направлениях. На знак мгновенной мощности в переходном
процессе могут оказывать влияние электрические величины про-
мышленной частоты, коммутационные процессы, меняющиеся сопро-
тивления в месте повреждения и меняющиеся фазовые соотноше-
ния. Поэтому для обеспечения правильного действия устройства
сигнализации знак мгновенной мощности фиксируется в начальной
стадии переходного процесса, т. е. на фронте разрядных волн. За-
щита, действующая в зависимости от знака мгновенной мощности
на фронте волн, сохраняет селективность в сети любой конфигура-
ции, в том числе на кабельных пучках со стороны питающих пунк-
тов. Действие защиты не зависит от режима сети и режима ее
заземления. Недостаток защиты — отсутствие повторности дейст-
вия — свойствен всем защитам, основанным на использовании пе-
реходного процесса.
ГЛАВА VII
ДИСТАНЦИОННАЯ ЗАЩИТА
§ 7.1. Назначение и принцип
действия
Рассмотренные ранее максимальные токовые и максимальные
направленные защиты не всегда удовлетворяют требованиям бы-
строты отключения повреждений и требованию селективности. В ми-
нимальных режимах работы сети чувствительность этих защит сни-
жается. Поэтому в сетях напряжением 35 кВ и более, имеющих
сложные схемы и несколько источников питания, может применять-
ся более совершенная дистанционная защита. Иногда дистанцион-
ная защита применяется и в сетях напряжением 6 (10) кВ. Реле
/лз ?пз зпз

Рис. 7.1. Действие дистанционных за-
щит в радиальной сети
этой защиты реагирует на величину отношения подведенных к нему
напряжения 1/р и тока /р. Дистанционной защиту называют потому,
что при выполнении определенных условий отношение Up/Ip оказы-
вается пропорциональным расстоянию (дистанции) от места уста-
новки защиты до места повреждения. С увеличением этого рас-
стояния выдержка времени защиты повышается. Наименьшую вы-
держку времени имеет защита, ближайшая к месту повреждения,
благодаря чему обеспечивается селективное действие защиты.
Это иллюстрируется рис. 7.1, на котором приведены схема сети
и характеристики выдержки времени установленных в ней дистан-
ционных защит 1ДЗ-^ЗДЗ (эти характеристики показывают зави-
симость выдержки времени дистанционной защиты от расстояния
или сопротивления до места повреждения). Защита 1ДЗ имеет ха-
рактеристику 1, защита 2ДЗ — характеристику 2, защита ЗДЗ—
характеристику 3. При повреждении в точке Ki приходят в дейст-
вие защиты 1ДЗ и 2ДЗ, но повреждение отключает ближайшая к
нему защита 2ДЗ, так как она имеет меньшую выдержку времени.
Если же повреждение возникнет в точке К2, то оно будет отключено
ближайшей к нему защитой ЗДЗ, так как выдержки времени двух
других защит увеличатся.
Селективное действие могут обеспечивать дистанционные защи-
ты как со ступенчатыми (рис. 7.1), так и с плавно зависимыми и
комбинированными характеристиками выдержки времени. Защиты
со ступенчатыми характеристиками применяются наиболее часто.
183
§ 7.2. Основные органы защиты
и их взаимодействие
Отношение UVIIV, на снижение которого реагирует защита, име-
ет размерность сопротивления. Поэтому некоторые органы дистан-
ционной защиты выполняются на основе минимальных реле сопро-
тивления, принципы действия которых будут рассмотрены позже.
Основные органы защиты и их взаимодействие рассмотрим на при-
мере дистанционной защиты с трехступенчатой характеристикой.
Структурная схема этой защиты для одной фазы показана на
рис. 7.2.
Пусковой орган Т(С), выполняемый посредством максималь-
ных реле тока (или минимальных реле сопротивления), осущест-
Рис. 7.2. Структурная схема дистанционной
защиты с трехступеичатой характеристикой
вляет пуск защиты при возникновении коротких замыканий, а так-
же в сочетании с некоторыми другими органами образует послед-
нюю ступень защиты.
Орган направления мощности М предотвращает срабатывание
защиты при направлении мощности к шинам подстанции и преду-
сматривается в случаях, когда пусковой орган 7(C) и дистанцион-
ные органы 1С, 2С не обладают направленностью действия.
Дистанционные органы 1С и 2С (минимальные реле сопротив-
ления) оценивают расстояние (дистанцию) до места короткого за-
мыкания по величине сопротивления петли к. з. Эти органы имеют
сопротивления срабатывания ZJC.P и Z”p соответственно, причем
ZIC.P<Z'.'P. От сопротивления срабатывания Zc.p следует отличать
сопротивление на зажимах реле Zp, под которым понимается отно-
шение напряжения, подводимого к дистанционному органу, к его
току. Минимальное реле сопротивления срабатывает при ZP-^'ZC.P
и не работает при ZP>ZG.P.
Органы выдержки времени ПЗ-^ЗВ (реле времени) совместно с
дистанционными органами формируют трехступенчатую характери-
стику защиты. Эта характеристика аналогична характеристике
трехступенчатой токовой защиты (см. рис. 5.28). Сопротивленйя
184
срабатывания дистанционных органов 1С и 2С соответствуют дли-
нам участков 1а1 и Za11, т. е. Z1c.p = klAl и Z”p = klAa, где k — коэф-
фициент пропорциональности, зависящий от удельного сопротивле-
ния защищаемой линии, схемы соединения дистанционных органов
с измерительными трансформаторами и коэффициентов их транс-
формации.
Если расстояние до места короткого замыкания /С/а1, то Zp<
<Zic.P и Zp<Zc.p. Поэтому срабатывают оба дистанционных орга-
на, и защита через орган 1В действует на отключение с выдержкой
времени /а1. При /аг<;/<;/ап сопротивление на зажимах реле
меньше сопротивления срабатывания только у второго дистанцион-
ного органа: ZIc.p<Zp<ZcI.p . Выдержка времени защиты Gu в
этом случае создается органом 2В. Если же /ап</<;/а , то оба
дистанционных органа не срабатывают, а с выдержкой времени
/д11 , создаваемой органом времени ЗВ, действует третья ступень
защиты, в сущности представляющая собой максимальную токо-
вую направленную защиту.
Для упрощения схем дистанционных защит применяется объ-
единение в одном элементе нескольких органов: пускового, направ-
ления мощности, дистанционного либо только направления мощно-
сти и дистанционного. Отдельный орган выдержки времени 1В для
первой ступени, как правило, не применяется, и выдержка времени
этой ступени, как и в трехступенчатой токовой защите, обусловлена
собственным временем срабатывания других органов.
Первая ступень дистанционной защиты защищает около 0,85 дли-
ны линии. Остальную часть линии и шины противоположной под-
станции защищает вторая ступень, а третья ступень является ре-
зервной для линий, отходящих от шин противоположной подстанции.
§ 7.3. Характеристики срабатывания
реле сопротивления
Так как сопротивление на зажимах реле сопротивления пред-
ставляет собой комплексную величину, то работу этого реле удобно
анализировать в комплексной плоскости сопротивлений Zp =
= Uve^p/Ip (здесь <рр — фазовый сдвиг между Up и /р). По горизон-
тальной оси в этой плоскости откладывается активная составляю-
щая Rp сопротивления Zp, а по вертикальной — его реактивная со-
ставляющая Хр. Если на комплексной плоскости Zp изобразить век-
тор сопротивления линии Zn, то, сопоставляя его с характеристикой
срабатывания реле, можно сказать, какую долю длины линии за-
щищает это реле.
Характеристика срабатывания реле сопротивления в комплекс-
ной плоскости представляет собой геометрическое место точек, удов-
летворяющих условию Zp = Zc.p. В зависимости от вида характерис-
тики срабатывания различают реле полного сопротивления (рис.
7.3, а), направленное реле сопротивления (рис. 7.3, б), реле сопро-
тивления со смещенной характеристикой (рис. 7.3, в), реле с эллип-
185
тической характеристикой (рис. 7.3, г) и др. Реле, характеристики
которых показаны на рис. 7.3, б и г, могут совмещать в себе функции
дистанционного органа и органа направления мощности, причем ре-
ле с эллиптической характеристикой обеспечивает лучшую отстрой-
ку от перегрузок. При близких коротких замыканиях, когда /7Р не-
велико, эти реле могут срабатывать нечетко. Смещение характерис-
тики в III квадрант (рис. 73, в) устраняет этот недостаток; даже при
замыкании на шинах подстанции (17р=0) условие Zp<Zc.p всегда
выполняется.
Из характеристик срабатывания видно, что сопротивление сра-
батывания постоянно только у реле полного сопротивления, а у ос-
Рис. 7.3. Характеристики срабатывания реле сопротивления:
а — круговая; б направленная круговая; в — смещенная круговая; г —.
эллиптическая
тальных реле оно зависит от угла <рр. Некоторому углу фр=фр.макс.ч
соответствует наибольшее сопротивление срабатывания, т. е. наи-
большая чувствительность реле.
§ 7.4. Принципы выполнения
реле сопротивления
В реле сопротивления из подводимых к нему тока и напряже-
ния формируются две электрические (Ё\ и Ёг) или магнитные (Ф1
и Ф2) величины, которые затем сравниваются между собой. Для
сравнения может использоваться любой из принципов, на которых
основаны реле направления мощности (см. § 6.4). Отечественная
промышленность выпускает индукционные реле сопротивления типа
КРС (комплект реле сопротивления), выполненные на базе той же
четырехполюсной магнитной системы, что и реле направления мощ-
ности типа РБМ-170, а также реле сопротивления со сравнением аб-
солютных значений электрических величин (в защитах типа ДЗ-1
« др.).
Для получения характеристики срабатывания в виде окружности
(см. рис. 7.3, а, б, в) в общем случае необходимо сравнить по абсо-
лютному значению или по фазе две величины вида [Л.1]:
2?1 = &16г +V;
(7-1)
выбор коэффициентов для получения заданной характери-
стики дан в [Л.1].
186
В качестве примера на рис. 7.4 показана упрощенная схема реле
сопротивления со смещенной характеристикой (см. рис. 7.3, в). В
схеме использовано сравнение величин £i и Т?2 по абсолютному зна-
чению. При таком способе сравнения для рассматриваемого част-
ного случая коэффициенты и k3 можно принять вещественными,
&4 = 0, а коэффициент k2 должен быть комплексным. В соответствии
с этим величина Ё2 подводится к схеме сравнения непосредственно
от трансформатора напряжения TH, а величина Ei получается пу-
тем суммирования слагаемого kJJ с двумя составляющими: вещест-
венной частью слагаемого k2t, получаемой от трансформатора тока
ТТ, и мнимой частью этого слагаемо-
го, получаемой от трансреактора ТР.
Трансреактор представляет собой
трансформатор, у которого для полу-
чения линейной зависимости между
вторичной э. д. с. E2tP и первичным то-
ком I сердечник выполнен с зазором,
при этом угол между векторами Ёгтр
I составляет 90°.
Рис. 7.4. Реле сопротивления
со сравнением абсолютных
значений электрических ве-
личин
и
R
РО
&
-Я
Рис. 7.5. Схема сравнения дистан-
ционного органа с плавно зависи-
мой выдержкой времени
Для сглаживания пульсаций выпрямленных токов предусмотрен
конденсатор С. В качестве реагирующего органа РО могут исполь-
зоваться поляризованное или магнитоэлектрическое * реле либо по-
лупроводниковый нуль-индикатор.
Время действия реле сопротивления составляет 0,044-0,06 с и
не зависит от величины Zp. Для получения зависимой выдержки вре-
мени срабатывания реле одну из сравниваемых величин следует под-
водить к схеме реагирующего органа через цепочку R—С, обеспечи-
вающую задержку срабатывания. Такое выполнение имеет схема
сравнения дистанционного органа защиты ДЗ-10-У2 (рис. 7.5). Про-
цесс сравнения величин = и Ё2 = к±1 начинается после дешун-
тирования конденсатора С контактами П пускового реле защиты.
При возрастании величины Ё2 уменьшается отрезок времени, тре-
* Принцип действия этого реле [Л.63] такой же, как и у электроизмеритель-
ных приборов магнитоэлектрической системы. Подвижный контакт реле соединен
с рамкой, вращающейся в зазоре постоянного магнита. Реле срабатывает при оп-
ределенном направлении тока в рамке. Достоинства реле — высокая чувстви-
тельность и малое потребление, а недостатки — малая коммутационная способ-
ность контактов и низкий коэффициент возврата.
187
буемый для того, чтобы напряжение на конденсаторе С стало до-
статочным для срабатывания реагирующего органа РО. Поэтому
характеристика t=f (Zp) получается плавно зависимой.
§ 7.5. Схемы включения
дистанционных органов
Дистанционные органы подключаются к трансформаторам тока
и напряжения таким образом, чтобы сопротивление Zp было пропор-
ционально расстоянию до места короткого замыкания и не зависело
от вида повреждения. В частности, щ трехоистемных схемах дистан-
ционные органы, реагирующие на многофазные короткие замыка-
ния, включаются на линейные напряжения и разности фазных то-
ков, одноименные с напряжением (например, СР~Саь и tv=ta—1ъ),
а дистанционные органы, действующие при однофазных коротких за-
мыканиях,— на фазные напряжения (7р=#ф и на токи
/Р = 7ф+Л7о, (7.2)
где /ф и /о — фазный ток и ток нулевой последовательности, причем
коэффициент пропорциональности k= (гОуд—ZiyA)/zlyB.
С целью уменьшения количества реле сопротивления применя-
ются двухсистемные и односистемные схемы включения дистанци-
онных органов, в которых либо осуществляется переключение це-
пей тока и напряжения в зависимости от вида короткого замыкания
(контактами пусковых органов), либо применяются многофазные
реле сопротивления. С той же целью для нескольких зон защиты ис-
пользуют один комплект дистанционных органов, имеющий пере-
ключение уставок (при замыкании за пределами первой зоны устав-
ка автоматически меняется с первой зоны на вторую). Уставку ме-
няют, автоматически переключая отводы автотрансформатора,
подводящего напряжение к реле.
На рис. 7.6 показана упрощенная схема включения односистем-
ного дистанционного органа защиты ДЗ-1 для линий 35 кВ [Л.64].
В зависимости от того, в каких фазах произошло повреждение, к
схеме сравнения этого дистанционного органа контактами проме-
жуточных реле 1П, 2П и ЗП подаются необходимые электрические
величины. Работой промежуточных реле 1П и 2П управляют пуско-
вые органы 1Т—ЗТ, включенные на токи фаз, а работой промежу-
точного реле ЗП—пусковой орган 4Т, действующий при появлении
тока нулевой последовательности (в случаях двойных замыканий
на землю).
Работу схемы в случаях коротких замыканий между тремя и дву-
мя фазами поясняет табл. 7.1. При любом из указанных в таблице
повреждений к реле сопротивления подводятся именно те электри-
ческие величины, отношение которых пропорционально сопротивле-
нию петли короткого замыкания. В случаях двойных замыканий на
землю (не указанных в табл. 7.1) срабатывает реле 4П. При этом к
дистанционному органу подводится соответствующее фазное напря-
жение и ток вида (7.2).
188
Рис. 7.6. Дистанционный орган защиты ДЗ-1:
а —> цепи переменного тока и напряжения; б — оперативные цепи
Таблица 7.1
Поврежденные фазы Работают реле К реле сопротивления подведены
тока промежуточные Д> 1’р
А~В —С IT, 2Т, ЗТ 1П, 2П 7а~~ 7С Uac
А-В IT, 2Т 1П I а I b ПЬ
В-С 2Т, ЗТ 2П h-7'с иЬс
С-А 1Т, ЗТ 7П, 2П I а I с Uac
В дистанционном органе защиты ДЗ-10-У2 также производится
переключение величин, подводимых к схеме сравнения, однако в от-
личие от рассмотренной схемы это переключение сделано бескон-
тактным— при помощи миниселектора и максиселектора (рис.
7.7, а). Миниселектор состоит из диодов 1ДА-ЗД и представляет со-
бой устройство, на вход которого подаются выпрямленные напря-
жения пропорциональные линейным напряжениям Uat>, Ubc
и Uac, а на выходе выделяется наименьшее из напряжений
Максиселектор состоит из диодов 10Д-^-15Д и представляет собой
устройство, на вход которого подаются (с трансреакторов ТРа, ТРЬ,
ТРС) напряжения, пропорциональные разности фазных токов, а на
выходе выделяется наибольшее из этих напряжений. Таким образом,
выходное напряжение миниселектора пропорционально напряже-
нию поврежденных фаз, а выходное напряжение максиселектора
пропорционально токам поврежденных фаз.
Выходы обоих селекторов соединены с рассмотренной ранее схе-
мой сравнения, имеющей зависимую характеристику времени дей-
ствия. Реагирующим органом схемы сравнения является магнито-
электрическое реле Р. Напряжение на его обмотке ограничивает
* диод 7Д, конденсатор 4С сглаживает пульсации, а резистор 7R
создает режим критического успокоения рамки реле.
Работу миниселектора поясняет эквивалентная схема цепи срав-
нения (рис. 7.7, б), на которой R — сопротивление реагирующего
органа, £7i, U2, U3— напряжения на входах миниселектора, Uc—
напряжение, подаваемое к цепи сравнения от конденсатора 5С.
Предположим, что выполняется условие иА<и2<и3. Если при этом
Ue<U\, то все диоды 1Д-^ЗД оказываются запертыми (такое со-
стояние схема имеет до срабатывания пускового органа, так как при
замкнутых контактах ГЦ напряжение 14 = 0). После срабатывания
пускового органа напряжение Uc начинает нарастать. С момента
времени, когда оно достигает значения Uc>Ui, диод 1Д открывает-
ся, и под действием напряжения ис — 1Д начинает протекать ток i
в направлении, показанном на рис. 7.7, б стрелкой. Диоды 2Д и ЗД
продолжают оставаться закрытыми, так как к первому из них при-
кладывается запирающее напряжение U2— U\, а ко второму U3—
— 1Д. Таким образом, ток в реагирующем органе определяется раз-
ностью напряжения Uc и наименьшего из напряжений СД, U2, U3.
190
Рис. 7.7. Дистанционный орган защиты ДЗ-10-У2:
а — схема дистанционного органа; б — эквивалентная-схема цепи сравнения
• Так как до срабатывания пускового органа защиты диоды ми-
ниселектора 1Д—ЗД заперты, то контактами пускового органа П2
к схеме сравнения подключаются цепи 4Д — 4Д, 5Д — 5R, 6Д — 6R,
создающие тормозной ток. Этот ток необходим для надежного воз-
врата реле Р.
Работа диодов 10Д-±-15Д в режиме максиселектора особых пси
яснений не требует, так как они включены по обычной схеме вы-
прямления. Выходное напряжение U' этой схемы при двухфазных
замыканиях оказывается меньшим, чем при трехфазных. Чтобы
сравниваемая величина не зависела от вида повреждения, при двух-
фазных замыканиях к напряжению U' прибавляется выпрямленное
напряжение U" второй гармоники. Выпрямитель второй гармоники
собран на диодах 8Д и 9Д.
§ 7.6. Пусковые органы
дистанционной защиты
Пусковые органы дистанционной защиты должны иметь высокую
чувствительность, не действовать при максимальной нагрузке и по
возможности не действовать при качаниях. Иногда эти органы
должны обладать избирательностью действия, т. е. правильно вы-
бирать поврежденные фазы.
Четкая избирательность действия и простота токовых пусковых
органов обусловили их применение в защитах сетей напряжением
до 35 кВ. При включении на токи фаз токовые пусковые органы
реагируют на токи нагрузок и качаний так же, как и на токи по-
вреждений. Поэтому иногда токовые пусковые органы включаются
на ток обратной последовательности. Чувствительность защиты при
этом повышается. Действие такой защиты при трехфазных корот-
ких замыканиях обеспечивается за счет того, что пусковые органы
реагируют на кратковременную несимметрию в начальный момент
возникновения короткого замыкания.
Использование пусковых органов сопротивления позволяет повы-
сить чувствительность защиты, так как, реагируя на. отношение
С7Р//Р, эти органы более четко, чем токовые, отличают перегрузки
(t/р меняется незначительно) от коротких замыканий (С7Р резко
уменьшается). Пусковые органы полного сопротивления применя-
ются в защитах линий 35 кВ и коротких мало загруженных линий
ПО кВ. На длинных загруженных линиях напряжением ПО кВ и
выше сопротивление на зажимах реле в рабочем режиме Zp.pa6 со-
измеримо по величине с сопротивлением линии Zn, поэтому пуско-
вые органы полного сопротивления не обеспечивают достаточную
чувствительность защиты. Наличие существенной разницы в углах
сопротивлений Zp.pao и Zn (фр.раб<фл) позволяет использовать в за-
щитах указанных линий направленные пусковые органы сопротив-
ления. Такие органы выполняют с углом максимальной чувствитель-
HOCTII фр.макс.ч ~ фл«
Схемы включения пусковых органов, сопротивления зависят от то-
го, предъявляется ли к ним пли не предъявляется требование изби-.
рательности: неизбирательные органы включаются па линейные на-
192
пряжения и соответствующие разности фазных токов, а избира-
тельные— на линейные напряжения и фазные токи (для действия
при междуфазных коротких замыканиях) или на одноименные фаз-
ные напряжения и токи (для действия при однофазных и двойных
замыканиях на землю).
§ 7.7. Выбор уставок
дистанционной защиты
При выборе уставок реле сопротивления следует учитывать, что
их работу может нарушить влияние следующих факторов: переход-
ного сопротивления дуги /?д в месте повреждения, токов подпитки
от промежуточных подстанций; разветвления токов при сопряжении
одиночной линии с двумя параллельными; погрешностей трансфор-
маторов тока и напряжения и др. Некоторые из этих факторов (на-
Рис. 7.8. Согласование дистанционных за-
щит со ступенчатыми характеристиками
пример, наличие /?д) могут увеличивать значение Zp, а другие (раз-
ветвление токов) —уменьшать его. Возможные погрешности в рабо-
те реле сопротивления учитываются соответствующим выбором ве-
личин коэффициентов запаса в расчетных формулах.
Защита со ступенчатой характеристикой. На примере сети, по-
казанной на рис. 7.8, рассмотрим выбор уставок трехступенчатой
дистанционной защиты, установленной на подстанции А.
Первая зона. Дистанционный орган этой зоны не должен
срабатывать при коротких замыканиях:
на шинах противоположной подстанции Б (точка
в месте подключения отпайки, если отпайка включена через вы-
ключатель (точка Кч);
за трансформатором отпайки, если отпайка включена без вы-
ключателя (точка Kz).
Этим условиям соответствуют формулы:
Z\.3A = k^ZA (7.3)
^с.зЛ = #3апАч; ’ (7-4)
zLn = ^3an(Zy4 + ZT), (7.5)
где ZIC.3A — первичное сопротивление срабатывания первой зоны;
Zji — сопротивление защищаемой линии АБ; Zy4— сопротивление
7—2008 193
участка линии от места установки защиты до точки отпайки; ZT—
сопротивление трансформатора отпайки; k3aa = 0,84-0,85 — коэффи-
циент запаса.
Для линий с отпайками без выключателей на стороне высшего
напряжения берется меньшее из значений ZJc.3A, полученных по
(7.3) и (7.5), а для линий, имеющих отпайки с выключателями,—
значение Z\.3A, найденное по (7.4).
Первая зона, как правило, выполняется без выдержки времени,
т. е. /а1=0.
Вторая зона. Дистанционные органы этой зоны не должны
срабатывать при коротком замыкании в конце первой зоны защиты
смежной линии (точка Kt) и при коротких замыканиях за транс-
форматорами приемной подстанции (точка Лб). В соответствии с
этим сопротивление срабатывания Znc.3A второй зоны принимается
равным меньшей из величин, найденных по выражениям:
Дс.зА = &зап (^ГЬ ^зал^р.лДс.з b), (7.6)
^"зА = ^зап[^л + (1-Д^накс.т)2^р.тДт], (7.7)
где —уставка первой зоны защиты смежной линии БВ; Z?—
сопротивление наиболее мощного трансформатора подстанции Б;
ДМиакс.т — максимальное относительное отклонение коэффициента
трансформации трансформатора отпайки; k'3Sca — коэффициент запа-
са, учитывающий погрешность в работе защиты линии БВ и в выбо-
ре ее уставок; ^р.л=/к.з2/7к.з1 и ^р.т=7к.з.т//к.31— коэффициенты то-
кораспределения, учитывающие неравенство токов в месте повреж-
дения (/к.з2 или /к.з.т) и в месте установки защиты (/K.3i) •
Выдержка времени второй ступени отстраивается от быстродей-
ствующих защит смежной линии: /ап=
Третья зона. Эту зону трехступенчатой характеристики
обеспечивают пусковые органы. При выполнении их токовыми реле
уставка по току берется так же, как и для максимальной токовой
защиты, т. е. по (5.6), а при выполнении в виде направленных реле
сопротивления осуществляется отстройка от минимально возмож-
ного сопротивления в рабочем режиме:
Д"з А =---------------—-----------------> (7-8)
3 Iраб.макс^зап^в СРр.макс.ч ’Рнагр)
где Zс" а— сопротивление срабатывания третьей зоны; /Аши— ми-
нимальное рабочее линейное напряжение; /раб.макс — максималь-
ный рабочий ток; kB — коэффициент возврата реле сопротивления;
фнагр — угол между Имин И /раб .макс-
Найденное по (7.8) значение Zc.3 а представляет собой диаметр
окружности характеристики срабатывания защиты. Для защиты с
194
пусковым органом полного сопротивления его уставку срабатыва-
ния выбирают по (7.8), принимая cos (фр.макс.ч фнагр) — 1.
Выдержку времени третьей ступени определяют аналогично
второй ступени по согласованию с выдержками времени вторых
ступеней смежных линий.
Защита с комбинированной характеристикой. Для линий 64-20 кВ
начат выпуск дистанционной защиты типа ДЗ-10-У2, имеющей ком-
бинированную характеристику выдержки времени: на первом ее
участке выдержка не зависит от сопротивления, а на втором плав-
но нарастает. Выбор уставок этой защиты [Л. 65] рассматривается
Рис. 7.9. Согласование дистанционных защит с
комбинированными характеристиками
применительно к схеме сети, показанной на рис. 7.9 (для защиты
подстанции А).
Первый участок характеристики создается токовой отсеч-
кой, уставка /с.за которой должна быть отстроена: 1) от тока по-
вреждения /кл. макс в начале смежного участка; 2) от суммы токов
намагничивания силовых трансформаторов S/HaM; 3) от тока трех-
фазного короткого замыкания 1^1. о^на шинах 0,4 кВ наиболее
мощного трансформатора. Таким образом,
^с.зА ^зап7к.з.макс, I с.зА ^зап 1с.зА зап^к.з0,4.
Выдержка времени (хс.за берется в пределах 0,25—0,4 с.
Второй участок характеристики создается дистанционным
органом с выдержкой времени, зависящей от Zp. Уставка Zc.3a
этого органа определяется из следующих условий: 1) для обеспече-
ния коэффициента чувствительности fe4=l,5 принимается Zc.3a =
= 1,5 7Л; 2) для отстройки от нагрузочного режима 2с.за опреде-
ляется по (7.8) при cos (фр.макс.ч — фнагр) = 1J 3) для отстройки от ко-
ротких замыканий за трансформаторами отпаек используется усло-
вие (7.5); 4) для согла'сования с защитой смежного участка выпол-
няются условие
^с.зА (^с.з£~Ь^л)/^'зап
7*
195
и условие
^с.зЛ 1 ’ ^лТ’макс.уст/^ад Б 4“ Д^), (7-9)
где &зап=1,2 — коэффициент запаса; 7’макс.уст = 6 с — максимальная
выдержка времени защиты ДЗ-10-У2 при Zp=0,9 2с.з_а-
Выполнение условия (7.9) иллюстрируется графиками t=f(Z),
изображенными на рис. 7.9.
Пересчет первичных сопротивлений срабатывания на вторичную
сторону. Этот пересчет делается по формуле
^с.р = ^с.з (^т/^н)>
где пт и пн — коэффициенты трансформации трансформаторов то-
ка и напряжения.
ГЛАВА VIII
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ
ТОКОВЫЕ ЗАЩИТЫ
§ 8.1. Виды дифференциальных
защит
Для защиты элементов электрических установок широко исполь-
зуется дифференциальный принцип, на котором осуществляются
продольные и поперечные дифференциальные токовые защиты. Про-
дольные дифференциальные защиты используются в основном для
защиты элементов с сосредоточенными параметрами, например
трансформаторов. Они могут применяться также для защиты линий
небольшой длины. Поперечная дифференциальная защита приме-
няется для защиты параллельных линий.
§ 8.2. Принцип действия продольной
дифференциальной токовой защиты
Защита основана на сравнении токов по величине и фазе в на-
чале и конце защищаемого элемента. Для выполнения защиты ли-
нии на ее концах устанавливаются трансформаторы тока с одина-
ковым коэффициентом трансформации. Вторичные обмотки транс-
форматоров тока одноименных фаз и обмотка реле соединяются
так, чтобы при коротком замыкании вне зоны, ограниченной транс-
форматорами, ток в реле отсутствовал, а при повреждении внутри
этой зоны был равен току в точке короткого замыкания.
На рис. 8.1 и 8.2 показаны две возможные схемы соединения,
удовлетворяющие этим требованиям: с циркулирующими токами и
с уравновешенными напряжениями. В Советском Союзе использу-
ются преимущественно защиты, выполненные по схеме с циркули-
рующими токами. Эта схема получается параллельным соединени-
ем вторичных обмоток трансформаторов тока и обмотки реле тока.
При этом ток в реле определяется с учетом принятых условных по-
ложительных направлений токов 7ц и по концам защищаемого
элемента.
С учетом положительных направлений, указанных на
рис. 8.1, а, в нормальном режиме, а также при внешних к. з. ток в
реле равен геометрической разности вторичных токов, т. е.
/р = /21 —/211- (8.1)
При равенстве первичных токов 7ц и /щ и отсутствии погреш-
ностей трансформаторов тока /2i=/2ii, поэтому ток /р = 0 и защита
не срабатывает. В этом случае вторичные токи /21 и /2п циркулиру-
ют только по вспомогательным проводам, Соединяющим вторичные
обмотки трансформаторов тока.
При повреждении в зоне (рис. 8.1, б) ток /щ и вместе с ним ток
Ли при прежнем условном положительном направлении становятся
197
отрицательными, вследствие чего токи /21 и /211 в обмотке реле
складываются.
При одностороннем питании один из токов, например /2п, равен
нулю. При этом ток /21 может замыкаться через параллельно соеди-
ненные обмотки реле и второго трансформатора тока. Однако так
как сопротивление обмотки реле во много раз меньше сопротивле-
ние. 8.1. Распределение токов в схеме продольной
дифференциальной защиты с циркулирующими
токами и их векторные диаграммы:
а —в нормальном режиме и при внешних к. з.; б — при
повреждении в зоне
ния трансформатора тока, то можно считать, что весь ток /21 в этом
случае проходит через, реле. Таким образом, при к. з. в зоне ток в
реле 1Р определяется током 1К,3 в точке повреждения. При этом за-
щита срабатывает, если /р^/Ср-
На рис. 8.2 приведены схемы и построены векторные диаграммы
для дифференциальной защиты, включенной по схеме с уравнове-
шенными напряжениями.
Из сказанного следует, что продольная дифференциальная за-
щита действует при повреждениях в зоне и не реагирует на внеш-
198
ние к. з. и токи нормальной работы, т. е. она обладает абсолютной
селективностью. Эта, принципиальная особенность дает возмож-
ность выполнять защиту без выдержки времени, а при выборе токах
срабатывания — не учитывать токов нагрузки.
В действительных условиях трансформаторы тока имеют по-
грешности. Поэтому, несмотря на равенство первичных токов, вто-
Рис. 8.2. Распределение токов и вторичных э. д. с. в
схеме продольной дифференциальной защиты с урав-
новешенными напряжениями и их векторные диа-
граммы:
а —в нормальном режиме и ври внешних к. з>; б —при
повреждении в зоне
ричные токи /21 и /211 при нормальной работе и внешних к. з. не-
одинаковы по величине и не совпадают по фазе, и в реле появляет-
ся ток, называемый током небаланса /Нб- Для исключения непра-
вильной работы дифференциальной защиты ток срабатывания реле
должен выбираться с учетом токов небаланса.
§ 8.3. Ток небаланса
Из схем замещения трансформаторов тока (см. рис. 2.48)
/21 =/п —/нам!, /2П = /1П—/нам II-
С учетом этого при нормальной работе и внешних к. з. ток в реле
199
дифференциальной защиты
/р = /нб = ^21 — /гП =/иам11 ~ 1 нам I- (8.2)
Таким образом, ток небаланса определяется токами намагничи-
вания, которые для любых двух трансформаторов тока неодинаковы
вследствие неидентичности их характеристик намагничивания
(рис. 8.3). С увеличением первичного тока разница в токах намаг-
ничивания, а следовательно, и ток небаланса возрастают. Для вы-
бора тока срабатывания защиты необходимо знать, максимально
возможное значение тока небаланса при внешних коротких замыка-
ниях.
Рис. 8.3. Характеристики на-
магничивания трансформато-
ров тока дифференциальной за-
щиты
расчетным путем представляет значи-
тельную трудность. Известные методы
расчета максимального расчетного то-
ка небаланса /нб.макс.расч основаны на
предварительном определении токов
намагничивания [Л. 66]. Значительная
величина тока намагничивания при пе-
реходных процессах во вторичных це-
пях трансформатора тока обусловлена
наличием в токе к. з. плохо трансфор-
мируемой апериодической составляю-
щей. Она почти полностью замыкается
через ветвь намагничивания, увеличи-
вая тем самым ток намагничивания и
насыщая сердечник трансформатора.
Это ухудшает, в свою очередь, транс-
формацию периодической составляю-
щей тока к. з., вследствие чего ток на-
магничивания еще больше возрастает.
Поэтому наибольшие токи небаланса
в схеме дифференциальной защиты имеют место в том случае, если
повреждение возникло в момент, когда апериодическая составляю-
щая имеет наибольшее значение.
Наряду с апериодической составляющей на величину токов на-
магничивания сильно влияют величина и знак остаточной индукции
сердечника [Л. 67]. При наличии остаточной индукции ток намагни-
чивания в переходных процессах может сильно возрасти при совпа-
дении остаточной индукции по знаку с индукцией, вызванной апе-
риодической составляющей тока к. з.
Для предотвращения неправильной работы дифференциальной
защиты ток срабатывания реле следует выбирать с учетом тока не-
баланса переходного режима по выражению:
1с.р ^зап^нб.макс.^асч* (8*3)
При определении /пб.макс.расч. исходят из того, что трансформаторы
тока в схеме выбраны так, что полная погрешность е не превышает
10% при заданной вторичной нагрузке и предельной кратности kl0.
Погрешности двух трансформаторов тока имеют одинаковые
200
знаки (см. рис. 8.3), поэтому ток небаланса, определяемый раз-
ностью токов намагничивания, меньше каждой из погрешностей в
отдельности, что учитывается при расчетах коэффициентом одно-
типности &одн=0,54-1. Влияние апериодической составляющей тока
короткого замыкания на величину тока небаланса учитывают коэф-
фициентом &апер; для момента времени /=0 принимают feanep = 2.
Из сказанного следует, что ток
г ___ £ , , Iк.з.вн.макс
нб.макс.расч ^апер^одн
(8-4)
Для дифференциальной защиты коэффициент чувствительности,
представляющий собой отношение минимального значения тока . в
точке короткого замыкания /к.з.мин при повреждении в зоне к току
срабатывания защиты /с.з, должен быть
не менее двух.
Одним из способов повышения чувст-
вительности защиты является отстройка
от переходных значений тока небаланса
по времени. Однако этот способ не можег
считаться удовлетворительным, посколь-
ку он не дает возможности в полной мере
использовать принципиальное свойство
дифференциальной защиты-— ее быстро-
ту действия.
Из известных в настоящее время спо-
собов повышения чувствительности диф-
ференциальных защит в Советском Сою-
зе применяются следующие:
включение реле через промежуточные
быстронасыщающиеся трансформаторы
тока *;
вого реле через насыща;
ющийся промежуточный
трансформатор
применение дифференциальных реле с
торможением.
§ 8.4. Включение реле через промежуточные
быстронасыщающиеся трансформаторы тока
При наличии апериодической составляющей в первичном токе,
как уже отмечалось, работа трансформатора тока резко ухудшает-
ся в связи с насыщением его магнитопровода. Это свойство транс-
форматоров тока используется для ограничения переходного тока
небаланса, содержащего большую апериодическую составляющую.
Для этого обмотка реле включается в схему дифференциальной за-
щиты через специальный промежуточный быстронасыщающийся
трансформатор тока БНТ (рис. 8.4). Чувствительность реле, вклю-
ченного через ВНТ, зависит от формы кривой тока, проходящего
в его первичной обмотке. При синусоидальном токе быстронасы-
* Для быстронасыщающегося трансформатора тока ГОСТ 18685—73 установ-
лен термин «Насыщающийся трансформатор тока».
201
щающийся трансформатор не оказывает существенного влияния на
работу реле. Если же в токе имеется апериодическая составляю-
щая, то магнитопровод быстронасыщающегося трансформатора
сильно насыщается, сопротивление ветви намагничивания резко
падает, вследствие чего почти весь первичный ток замыкается через
эту ветвь. Коэффициент трансформации БНТ автоматически увели-
чивается, и чувствительность защиты уменьшается. Нормальная
работа быстронасыщающегося. трансформатора восстанавливает-
ся, как только исчезает апериодическая составляющая.
Таким образом, защита загрубляется на время существования
переходного тока небаланса. Это дает возможность при определе-
нии тока небаланса не учитывать влияния апериодической состав-
ляющей, а ток срабатывания реле отстраивать только от установив-
шегося тока небаланса /нб.расч, величина которого определяется из
выражения (8.4) при /гаПер=1.
Необходимо иметь в виду, что при к. з. в зоне ток повреждения
в общем случае также будет содержать апериодическую составляю-
щую. Однако это не ведет к отказу защиты, так как после исчезно-
вения апериодической составляющей нормальная работа БНТ вос-
станавливается, и защита срабатывает. При этом она действует с
замедлением, не превышающим 1,5—2 периода, что не является
большим недостатком.
§ 8.5. Использование в схемах
дифференциальной защиты реле
с торможением
В дифференциальной защите токи небаланса могут достигать
значительных величин не только в переходном, но и в установив-
шихся режимах при отсутствии апериодической составляющей.
Рис. 8.5. Характеристики тока срабатыва-
ния реле с торможением
В таких случаях БНТ оказывается непригодным для повышения
« чувствительности защиты.
На рис. 8.5 характеристикой 3 показано изменение расчетного
тока небаланса в зависимости от величины приведенного тока внеш-
него короткого замыкания 7'к.з.вн. Для получения селективно дейст-
вующей защиты необходимо использовать реле с током срабатыва-
ния, отстроенным от тока небаланса /нб.расч при максимально воз-
202
можном токе внешнего к. з. /'к.з.вн.макС. При этом в случае исполь-
зования обычного токового реле или реле с БНТ характеристика их
тока срабатывания, определяемая уставкой и не зависящая от
/'к.з.вн, на рис. 8.5 изобразится прямой 1, параллельной оси абсцисс.
Ток /'к.з.вн в зависимости от режима работы, места и вида к. з.
может получать значения меньшие, чем I к.з.вн.макс- При этом защи-
та оказывается без надобности сильно затрубленной. Ее чувстви-
тельность может быть повышена, если вместе с изменением тока
/'к.з.вн автоматически менять в соответствии с характеристикой 2 и
ток срабатывания реле /С.Р, сохраняя при этом требуемую отстрой-
ку от соответствующих токов небаланса. Реле с такой характеристи-
кой называется дифференциальным реле с торможением. В этом
реле торможение при внешних к. з. осуществляется током /Т0Рм,
пропорциональным току /'к.з.вн. Степень торможения определяется
наклоном характеристики 2, т. е. отношением /с.р//'к.з.вн или
/с.р//торм, которое называется коэффициентом торможения Аторм.
Граничные условия срабатывания дифференциального реле с
торможением, если пренебречь механическим моментом, определя-
ются выражением /с.р//торм=^торм, или
^с.р ^торм^торм 0.
Отсюда следует, что реле с торможении основано на сравнении двух
величин /с.р и Аюрм/торм. Для его выполнения можно использовать
любой из принципов, рассмотренных в § 6.4. В качестве примера
покажем возможность применения принципа сравнения абсолютных
значений двух электрических величин. Рассмотрим также систему
с магнитным торможением.
Принцип сравнения абсолютных значений двух электрических
величин. Сравнение можно произвести с помощью схемы (рис. 8.6, а),
состоящей из реагирующего органа РО и двух выпрямительных
мостов, посредством которых выпрямляются сравниваемые электри-
ческие величины ^1=Лр/раб и ^2 = ^т/торм- При принятом условном
положительном направлении токов /раб=/21—Лп> а /Торм=
= /2i + /2ii. В зависимости от соотношений Ё\ и Ё2 направление тока
в РО может измениться на 180°. Реагирующий орган, обладая на-
правленностью действия, срабатывает только при том направлении
выпрямленного тока, которое соответствует условию Ё\—Ё2>0.
При отсутствии механического момента реле срабатывает, если
Ё] /?2 = 0, Т. е. При УСЛОВИИ &р/с.р ^т/торм = 6 ИЛИ /с.р &торм/торм =
=0, где йторм=^т/^р-
Таким образом, рассматриваемое реле имеет характеристику ре-
ле с торможением. Реагирующий орган выполняется с некоторым
механическим моментом Мжх, для преодоления которого при
/торм=0 необходимо иметь /:'1=^р/с.р.мин. С учетом этого условие
срабатывания примет вид: Ар/ср—/гт/торм—&Р/с.Р.мин = 0, откуда
^С.р ^ТОрМ^ТОрМ с.р. МИН Д (8.6)
Эта зависимость изображена на рис. 8.6, б.
203
Система с магнитным торможением. Система состоит из трех-
стержневого промежуточного быстронасыщающегося трансформато-
ра, на среднем стержне которого расположена первичная рабочая
(дифференциальная) обмотка с числом витков даДИф (рис. 8.7, а).
На каждом крайнем стержне расположены секции вторичной рабо-
чей обмотки с числом витков 0,5 Юраб и секции тормозной обмотки
с числом витков 0,5 wTOpM. Быстронасыщающийся трансформатор,
как и рассмотренный ранее, автоматически загрубляет защиту,
когда в токе небаланса имеется апериодическая составляющая. На-
Рис. 8.6. Реле с использованием выпрямлен-
ных токов в схеме дифференциальной за-
щиты с торможением
Рис. 8.7. Реле с магнитным тор-
можением в схеме дифференци-
альной защиты
личие же тормозных обмоток позволяет отстраиваться от больших
значений периодического тока небаланса. При принятом положи-
тельном направлении токов и с учетом полярности обмоток рабочий
ток в дифференциальной обмотке /раб=/21—/211, а тормозной ток
/торм = 0,5 (/21 + /211) •
При нормальной работе и внешних к. з. тормозной ток наводит
в магнитопроводе БНТ магнитный поток, замыкающийся по край-
ним стержням и насыщающий их. Тормозные обмотки предназначе-
ны только для создания магнитного потока, насыщающего крайние
стержни магнитопровода БНТ. Поэтому для исключения влияния
на работу реле э. д. с., индуцированных этим потоком в секциях
вторичной рабочей обмотки, секции включены так, чтобы эти э. д. с.
уравновешивались. При этом магнитный поток от тока в дифферен-
циальной обмотке индуцирует в этом контуре э. д. с., действующие
204
согласно и обусловливающие протекание тока в обмотке исполни-
тельного органа Т, представляющего собой электромагнитное реле
тока.
Таким образом, в этом БНТ при нормальной работе и внешних
к. з. имеется трансформаторная связь только между рабочими об-
мотками аУДиф и аУраб. Эта связь зависит от степени насыщения
магнитопровода. С увеличением насыщения сопротивление ветви
намагничивания резко падает, вследствие чего трансформация тока
дифференциальной обмотки во вторичную рабочую обмотку ухуд-
шается. Поэтому для срабатывания защиты он должен иметь боль-
шее значение. Таким образом, насыщение магнитной системы БНТ
тормозным током приводит к увеличению тока срабатывания реле
с возрастанием тормозного тока. При этом реле с магнитным тор-
можением имеет характеристику тока срабатывания (рис. 8.7, б)
такую же, как и реле с электромеханическим торможением [Л. 68].
Некоторой особенностью реле является зависимость коэффициента
торможения ^торм=7с.р//Торм от угла ф между токами /раб и /торм-
Поэтому характеристика тока срабатывания реле имеет вид неко-
торой зоны (заштрихована), учитывающей колебания тока /с.р с из-
менением угла ф.
Из сказанного следует, что в реле с магнитным торможением со-
четаются оба рассмотренных ранее способа повышения чувствитель-
ности дифференциальной защиты, так как оно 'автоматически за-
грубляется при наличии в токе небаланса как апериодической, так
и периодической составляющих.
•
§ 8.6. Особенности выполнения продольной
дифференциальной защиты линий
Особенности продольной дифференциальной защиты линий
обусловлены значительным расстоянием между концами защищае-
мой зоны. При этом должны быть выполнены следующие дополни-
тельные условия:
между подстанциями А и Б (рис. 8.8, а) прокладываются вспо-
могательные провода, необходимые для соединения трансформато-
ров тока, расположенных на концах защищаемой линии;
в схему защиты включаются два реле тока (1Т и 2Т), по одному
на каждом конце линии, необходимые для отключения выключате-
лей с обеих сторон.
Выполнение этих требований усложняет защиту, увеличивает за-
траты на ее осуществление и отрицательно сказывается на чувст-
вительности и надежности.
Особенности защиты, связанные с большой длиной вспомога-
тельных проводов. В схеме с циркулирующими токами по вспомо-
гательным проводам непрерывно циркулируют вторичные токи 7г
трансформаторов тока. Значение этих токов и величина сопротивле-
ния /? соединительных проводов определяют мощность, отдаваемую
трансформаторами тока, равную l22R. При номинальном вторичном
токе /2ном = 5 А допускаемая нагрузка позволяет иметь сопротивле-
ние соединительных проводов не более 14-2 Ом. В этом случае про-
205
дольная дифференциальная защита, исходя из допустимого сечения
проводов, может быть использована на линии длиной лишь в не-
сколько сотен метров.
При больших длинах снижение нагрузки на трансформаторы
тока достигается уменьшением тока 1г, циркулирующего по вспо-
могательным проводам. Для этой цели используют промежуточные
трансформаторы тока ПТТ (рис. 8.8, б) с коэффициентом трансфор-
Рис. 8.8. Продольная дифференциальная защита линии:
а —схема включения реле; б — принципиальная схема защиты
мации пт>1, вследствие чего ток в соединительных проводах умень-
шается в «т раз, а нагрузка основных трансформаторов тока — в
пт2 раз. Этот способ снижения нагрузки используется в типовых
схемах продольных дифференциальных защит линий. Наряду с этим
в схемы включают промежуточные быстронасыщающиеся' транс-
форматоры БНТ, что обеспечивает еще большее уменьшение нагруз-
ки на трансформаторы тока за счет увеличения коэффициента
трансформации БНТ при насыщении. В схеме применяют реле тока
1ТД и 2ТД дифференциального типа.
В качестве вспомогательных проводов желательно использовать
существующие кабели телемеханики и связи. При этом исключает-
ся необходимость в прокладке специального кабеля для защиты,
благодаря чему резко снижаются затраты на ее осуществление.
206
В кабеле связи, если он проходит вдоль трассы защищаемой линии,
при замыкании на землю в сети возникают э. д*. с., которые могут
представлять опасность для обслуживающего персонала и аппара-
туры релейной защиты и автоматики. Эта опасность исключается
благодаря трансформатору ПТТ, который отделяет цепь реде от
вспомогательных проводов.
Для осуществления защиты, действующей при всех видах корот-
ких замыканий в зависимости от соотношений полных токов фаз на
концах защищаемой линии, необходимо иметь шесть дифференци-
альных реле и не менее четырех вспомогательных проводов. При
увеличении длины вспомогательных проводов повышается вероят-
ность их повреждения, что приводит к отказу или неправильному
действию защиты. Для уменьшения числа вспомогательных прово-
дов и дифференциальных реле в схеме защиты используются ком-
бинированные фильтры ФТ, на выходе которых получают токи,
пропорциональные Л + ^/г- Несколько худшие возможности имеет
фильтр Ii + koio, так как чувствительность его к двухфазным корот-
ким замыканиям меньше.
Применение комбинированных фильтров позволяет .сократить
число дифференциальных реле и число вспомогательных проводов
до двух и тем самым снизить вероятность_нарушения связи между
трансформаторами тока. Для предотвращения ложных срабатыва-
ний и отказов при повреждении вспомогательных проводов защита
снабжается специальными устройствами контроля их исправности.
Особенности защиты, обусловленные включением в ее схему
двух дифференциальных реле. Вторичные токи /2г и /2ц распреде-
ляются между параллельно включенными обмотками реле 1 и 2
(рис. 8.8, а) обратно пропорционально сопротивлению их цепей.
При этом для тока /2i сопротивление вспомогательных проводов 7?
включается последовательно с сопротивлением реле 2, а для тока
/2п—последовательно с сопротивлением реле 1. В связи с этим в
обмотке реле 1 проходит большая часть тока /2i и меньшая часть
тока /2п, а в обмотке реле 2 — наоборот.
Таким образом, даже при отсутствии погрешностей трансфор-
маторов тока в обмотках реле при нормальной работе и внешних
коротких замыканиях проходят токи небаланса /'Нб, обусловлен-
ные неодинаковым распределением вторичных токов между обмот-
ками реле. С увеличением сопротивления вспомогательных прово-
дов ток Лнб растет, что требует соответствующего загрубления за-
щиты.
При коротких замыканиях в зоне ток в каждом реле составляет
только часть полного тока повреждения, так как вторая его часть
проходит по обмотке второго реле. В связи с этим чувствительность
защиты понижается. Для повышения надежности и чувствительно-
сти защиты используют реле с торможением. Ток /'Нб можно сни-
зить при помощи добавочного сопротивления, компенсирующего
влияние линии связи. Однако такая компенсация не обеспечивает
селективности защиты при значительной длине вспомогательных
проводов [Л. 69].
207
§ 8.7. Оценка продольной
дифференциальной защиты
Продольная дифференциальная защита не требует отстройки по
току и времени от защит смежных участков, не реагирует на ка-
чания, обеспечивает селективное и без замедления отключение по-
врежденного участка в сети любой конфигурации. Для участков
небольшой длины защита получается сравнительно простой, доста-
точно надежной и удовлетворяющей требованиям чувствительности.
Поэтому продольные дифференциальные защиты широко исполь-
зуются, например, для трансформаторов.
С увеличением длины защищаемой зоны защита приобретает
отрицательные свойства, которые обусловлены влиянием на ее ра-
боту большой длины вспомогательных проводов: резко возрастает
стоимость защиты в связи с большими затратами на соединитель-
ный кабель и его прокладку; увеличивается возможность повреж-
дения вспомогательных проводов и, как следствие этого, неправиль-
ная работа или отказ защиты. Поэтому возникает необходимость
в специальном устройстве, контролирующем исправность вспомога-
тельных проводов. Кроме того, появляется дополнительный ток не-
баланса, обусловленный неравным распределением вторичных
токов между двумя реле, включенными на концах защищаемой ли-
нии с двусторонним питанием, вследствие чего для повышения чув-
ствительности защиты приходится использовать дифференциаль-
ные реле с торможением. Все это приводит к усложнению защиты.
Продольная дифференциальная защита по принципу действия
не реагирует на внешние короткие замыкания, поэтому не может
осуществлять резервирования при повреждении на смежных эле-
ментах. В связи с этим установка дифференциальной защиты в ка-
честве единственной недопустима.
Отмеченные'недостатки ограничивают применение продольной
дифференциальной защиты на линиях электропередачи. Советской
электропромышленностью выпускается защита типа ДЗЛ, которая
устанавливается на коротких линиях 1104-220 кВ длиной до
15ч-20 км. В распределительных сетях требуемая чувствительность,
селективность и быстрота действия часто обеспечиваются более
простыми токовыми защитами в сочетании со средствами автома-
тики.
§ 8.8. Поперечная дифференциальная
токовая защита
Защита основана на сравнении токов одноименных фаз парал-
лельных линий. Принцип действия ее рассматривается на примере
выполнения защиты сдвоенной линии (рис. 8.9, а). Такие линии ис-
пользуются в распределительных сетях напряжением 24-10 кВ,
когда пропускная способность одной цепи оказывается недостаточ-
ной.
Для осуществления защиты используют трансформаторы тока с
одинаковыми коэффициентами трансформации, установленные со
208
стороны общих шин в одноименных фазах. Реле тока включается
на разность токов двух одноименных фаз сдвоенной линии по схеме
с циркулирующими токами. При принятом условном положитель-
ном направлении токов от шин в линию ток в реле /p=/zi— Ап.
Поэтому, как и в продольной дифференциальной защите, при нор-
мальной работе и внешних коротких замыканиях (за пределом
сдвоенной линии в точке Ki) по обмотке реле проходит только ток
небаланса.
Так как апериодическая составляющая тока небаланса в пере-
ходном процессе сравнительно невелика, в защите используется
Рис. 8.9. Поперечная дифференциальная токовая защита
сдвоенных линий:
а — схема включения реле; б— распределение токов при к. з.
обычное реле тока без БНТ, ток срабатывания которого выбирается
по условию /с.р“^зап-^нб.макс.расч, где &зац=1,3. Л4аксимальныи рас-
четный ток небаланса /нб.макс.расч для защиты линий с одинаковыми
параметрами определяют по выражению (8.4), где вместо тока
1к.з.вн.макс Принимают /к.з.вн.макс/2:
^нб.макс.расч 1 ^оли^апер^к.з.ви.макс/'^т' . (8-7)
Принимая во внимание все сказанное ранее о возможных погреш-
ностях трансформаторов тока и о величине апериодической состав-
ляющей, МОЖНО ПриНЯТЬ Произведение ЙОдн^апер = 1.
При коротком замыкании на одной из линий, например в точке
Кг, равенство токов /21 и /гп нарушается, вследствие чего в реле
появляется ток. Если /р= (/2i—/211) ^К.р, то реле срабатывает и
отключает выключатель линии.
209
При удалении точки короткого замыкания Кг от места установ-
ки защиты ток в поврежденной линии уменьшается, а в неповреж-
денной возрастает, вследствие чего уменьшается и ток /р в обмотке
реле (рис. 8.9, б) так, что при повреждении вблизи шин противопо-
ложной подстанции величина его становится меньше тока сраба-
тывания /ср. При этом защита отказывает в действии. Длина участ-
ка /м.з, при повреждении в пределах которого защита не работает
из-за малой величины тока в реле, называется мертвой зоной диф-
ференциальной токовой защиты.
Для определения мертвой зоны /м.з токи /ц, /щ и /цп предпо-
лагаются совпадающими по фазе. При этом падения напряжения
от шин подстанции А до точки Кг одинаковы как вдоль одной, так
и вдоль другой цепи, т. е.
/п^1уд (/ ^М.з) /lll^lyj/ ^1П1^1уд/м,з*
После преобразования, учитывая, что /ц+/1ш=/к.з, а 7ц—/ц1=
=/с.з, получим
4.з = (/с.з//к.з)/- (8-8)
Согласно требованиям величина мертвой зоны не должна превы-
шать 10% длины защищаемой линии.
Защита по принципу действия не защищает сборки сдвоенной
линии и шины подстанции, а в случае отключения одной из цепей
должна выводиться из действия, так как ее ток срабатывания в
общем случае оказывается не отстроенным от тока оставшейся в
работе цепи, а защита не имеет выдержки времени. Это, а также
наличие мертвой зоны являются недостатком защиты, исключаю-
щим возможность ее применения в качестве единственной защиты
сдвоенных линий.
Дифференциальная токовая защита не способна определить, на
какой из параллельных цепей произошло повреждение, поэтому она
не может быть использована для параллельных линий с выключа-
телями на каждой из них, когда требуется и имеется возможность
отключать только поврежденную линию. Такая возможность появ-
ляется и на сдвоенной линии, если разъединители в ее параллель-
ных цепях снабжены приводами с дистанционным управлением.
В этом случае действие защиты может быть согласовано с рабо-
той АПВ линии. При повреждении любой параллельной цепи защи-
та сначала отключает выключатель, после этого отключается разъ-
единитель поврежденной цепи, а затем включается выключатель
[Л. 8].
§ 8.9. Поперечная дифференциальная токовая
направленная защита
Поперечная дифференциальная токовая защита приобретает
способность определять поврежденную линию после включения в
ее схему органа направления мощности. Схема защиты для одной
фазы приведена на рис. 8.10, а. Защита установлена с обеих сторон
210
двух параллельных линий с односторонним питанием, присоединен-
ных к шинам через отдельные выключатели.
В отличие от рассмотренной дифференциальной токовой защи-
ты, эта защита имеет реле направления мощности, токовая обмот-
ка которого включается последовательно с обмоткой реле тока на
разность токов одноименных фаз параллельных линий, а к обмотке
напряжения подводится напряжение с шин, обычно соответствую-
щее 90-градусной схеме включения реле. Таким образом защита
Рис. 8.10. Поперечная дифференциальная токовая
направленная защита
имеет два органа — пусковой и избирательный (направления мощ-
ности). Реле тока (пусковой орган), как и в дифференциальной
токовой защите, срабатывает при коротких замыканиях на любой
из защищаемых параллельных линий. Орган направления мощно-
сти позволяет защите определять поврежденную линию. В качестве
органа направления используется реле мощности двустороннего
действия (см. § 6.5).
Из рассмотрения векторных диаграмм токов и напряжений
(рис. 8.10, б, в) следует, что при коротких замыканиях на защищае-
мых линиях реле мощности четко определяют поврежденную линию.
Так, при повреждении линии 1Л в точке Ki оба реле мощности (М
и М') имеют положительные вращающие моменты (рис. 8.10, б),
под действием которых они замыкают контакты в цепи промежу-
точных реле 1П и 1П', действующих с двух сторон на отключение 1Л.
211
При повреждении 2Л в точке К2 углы между токами и напря-
жениями, подводимыми к реле, изменяются на 180° (рис. 8.10, в),
вследствие чего оба реле мощности под действием отрицательных
моментов замыкают контакты в цепи промежуточных реле 277 и
277', действующих с двух сторон на отключение 2Л. При наличии
источников питания с двух сторон поведение реле будет аналогич-
ным.
Пусковые органы защиты, так же как и реле тока дифференци-
альной токовой защиты, не срабатывают из-за малой величины
тока в их обмотках при коротких замыканиях у шин противополож-
ной подстанции. Так, если точка расположена у шин подстан-
ции Б, то не срабатывает пусковой орган Т защиты подстанции А.
Однако при этом, как следует из векторных диаграмм (см.
рис. 8.10, б), достаточным для срабатывания оказывается ток в
пусковом органе Т' защиты подстанции Б. Эта защита отключит
выключатель 1В'. После этого весь ток в точку К\ от подстанции Л
пойдет только по поврежденной линии 7Л, благодаря чему пуско-
вой орган Т сработает, и защита подстанции А отключит выклю-
чатель 1В. Таким образом, будет иметь место поочередное (каскад-
ное) отключение выключателей поврежденной линии. Для расчета
зоны каскадного действия может быть использовано выражение,
аналогичное (8.8),
4=(/с.з//к.з)^- (8-9)
Поперечная дифференциальная токовая направленная защита,
как и любая дифференциальная защита, является быстродействую-
щей, однако наличие зоны каскадного действия увеличивает время
отключения поврежденной линии примерно в два раза при повреж-.
дении в указанной зоне. Величина зоны каскадного действия для
каждого комплекта защиты не должна превышать 25% длины за-
щищаемой линии. Орган направления мощности также имеет зону
каскадного действия. Она обычно меньше зоны каскадного дейст-
вия пускового органа и поэтому на работу защиты влияния не ока-
зывает.
Кроме зоны каскадного действия реле направления мощности,
как и в схеме токовой направленной защиты, имеет мертвую зону
/м.з по напряжению, т. е. отказывает в действии вследствие недоста-
точного напряжения, подводимого к нему при металлических трех-
фазных коротких замыканиях у места установки защиты. В соот-
ветствии с руководящими указаниями мертвая зона не должна
быть больше 10% длины линии. В действительности для сущест-
вующих реле направления мощности она значительно меньше. На-
личие мертвой зоны обусловливает возможность отказа направлен-
ной поперечной дифференциальной защиты с двух сторон защи-
щаемой линии в случае трехфазного короткого замыкания в этой
зоне. Объясняется это тем, что мертвая зона данного комплекта
защиты располагается в зоне каскадного действия защиты противо-
положного конца линий.
Принимая во внимание, что мертвая зона /м.3> как правило, весь-
212
ма мала, малую вероятность возникновения трехфазных металли-
ческих коротких замыканий в этой зоне, а также наличие отсечки
от междуфазных к. з., никаких мер, направленных на устранение
мертвой зоны поперечной дифференциальной направленной защи-
ты, обычно не предусматривается.
Поперечная дифференциальная направленная защита при от-
ключении одной из линий теряет способность работать селективно.
Поэтому одновременно с отключением линии защита автоматиче-
ски выводится из действия. Это обеспечивается подведением опера-
тивного тока к защите через последовательно включенные блок-
контакты выключателей 1В и 2В (см. рис. 8.10, а). При отключении
одного из них соответствующий блок-контакт размыкается, и защи-
та выводится из действия. Аналогичным образом используются
блок-контакты выключателей 1В' и 2В'.
Такое выполнение цепей оперативного тока исключает также
возможность неправильной работы защиты в режиме каскадного
отключения например, к. з. на линии Лч в зоне каскадного дейст-
вия защиты подстанции Б (точка Кч')- Следует иметь в виду, что в
режиме каскадного действия защита будет срабатывать правиль-
но только в том случае, если блок-контакты будут размыкать цепь
оперативного тока с некоторым опережением по отношению к раз-
мыканию главных контактов выключателей. Такая регулировка
не всегда возможна. Схема блокировки получится более надежной,
если подвести к защите оперативный ток через последовательно
включенные контакты реле ПВ (реле положения «включено»), кон-
тролирующих положение выключателей. Обмотки этих реле вклю-
чены последовательно с блок-контактами в цепи отключения вы-
ключателей (см. § 3.6). Реле ПВ возвращается и размыкает кон-
такты, выводя защиту из действия сразу же при подаче плюса опе-
ративного тока на катушку отключения. При этом исключается не-
обходимость специальной регулировки блок-контактов выключате-
лей, блокирующих действие защиты.
§ 8.10. Пусковые органы поперечной
дифференциальной токовой
направленной защиты
Пусковой орган защиты служит для пуска ее в действие только
при возникновении повреждения на одной из защищаемых линий.
Для обеспечения этого уставка срабатывания пускового органа вы-
бирается исходя из следующих требований:
пусковой орган не должен срабатывать при внешних коротких
замыканиях;
пусковой орган не должен срабатывать от тока нагрузки при
нормальной работе только одной линии. Это необходимо для пре-
дотвращения срабатывания защиты при отключении параллельной
линии с противоположной стороны;
пусковой орган, включенный на ток неповрежденной фазы, не
должен срабатывать при каскадном отключении коротких замыка-
213
ний на землю в сетях с большими токами замыкания на землю
Если комплект защиты от многофазных коротких замыканий пр]
замыкании на землю выводится из действия, то последнее требова
ние не учитывается.
Токовый пусковой орган. В качестве токового пускового орган:
используется реле тока, обмотка которого включается на разност
токов одноименных фаз'параллельных линий. Ток срабатыванш
пускового органа в соответствии с требованиями, сформулирован
ными ранее, выбирается наибольшим из следующих условий:
1с.р
Ь Г А •
Л'зап2 но.макорасч’
(8.10
(8.11
(8.12
с.р ^зап^раб.максЛ^в^т)’
с.р
/-зап^неп.макс/^-
Эти выражения справедливы при feCx=l, когда /с.з=«т/с.р- В выра
жении (8.10) ток /нб.макс.расч является максимальным расчетныи
током небаланса переходного режима при повреждении вне парад
дельных линий. Для линий с одинаковыми параметрами этот toi
определяется из выражения (8.7). Для линий с разными сопротив
лениями в токе /нб.макс.расч появляется дополнительная слагающая
При выборе тока срабатывания по выражению (8.11) необходи
мо учитывать коэффициент возврата kB, иначе защита может ра
ботать неправильно при включении в работу второй параллельно!
линии. В этом выражении ток /раб.макс является максимально воз-
можным рабочим током при работе только одной линии.
Защита может неправильно подействовать и в случае неучетг
- ТОКЯ /неп.макс- Этот ток возникает в, неповрежденных фазах парал-
лельных линий, например при коротком замыкании на землю одной
из них. В режиме каскадного отключения повреждения ток /Неп.макс
в поврежденной линии, в связи с отключением выключателя с одно-
го ее конца, исчезает. Это и может явиться, причиной неправильной
работы защиты, если не будет выполнено условие (8.12). Однако,
если условие (8.12) при выборе тока срабатывания является опре-
деляющим, то целесообразно комплект защиты от многофазных ко-
ротких замыканий выводить из действия при коротких замыканиях
на землю. При этом выбор уставок срабатывания пусковых органов
защиты должен производиться только по условиям (8.10) и (8.11).
Определяющим при выборе тока срабатывания пускового органа
обычно является условие (8.11).
Комбинированный пуск по току и напряжению. Если расчет по-
казывает, что зона каскадного действия для токового пускового
органа недопустимо велика, то применяют комбинированный пуско-
вой орган, схема которого приведена на рис. 8.11.
Поскольку защита может подействовать лишь при одновремен-
ном срабатывании реле тока и реле напряжения, ток срабатывания
реле тока выбирается с учетом требования (8.10), а неправильная
работа защиты при отключении одной из линий и в режиме каскад-
214
ного действия при двухфазных коротких замыканиях (предпола-
гается, что при коротких замыканиях на землю защита выводится
из действия) исключается благодаря тому, что уставка напряже-
ния срабатывания реле напряжения выбирается с учетом следую-
щих требований:
^с.р раб.мин/(^зап^в^н)»
Uс.р ^неп.мин/(^эа1Л«)'
(8.13)
(8-14)
Необходимость выбора уставок по условию (8.14) объясняется
тем, что ВОЗМОЖНЫ случаи, когда ^неп.мин< f/раб.мин. Например, при
замыкании между фазами А и В минимальное напряжение (7неп.мин
между неповрежденной фазой С и поврежденными фазами в точке
короткого замыкания равно 1,5 L/ф. Если повреждение находится в
зоне каскадного действия за-
щиты, то у места ее включения
напряжение £7Неп.мин в общем
случае больше 1,5 77ф, но мень-
ше 1,73 (Уф; в частности, оно
может быть
меньше
(0,9-?
. 0,95) X 1,73 бУф ном — 6/раб.мин-
Для получения равной чув-
ствительности по напряжению
пускового органа при всех ви-
дах двухфазных к. з. схема
должна иметь три реле напря-
жения, включенных на между-
фазные напряжения. При этом
Рис. 8.11. Комбинированный пуск по то-
ку и напряжению
зона каскадного действия защиты,
как правило, определяется чувствительностью токовых реле.
Токовый пусковой орган нулевой последовательности. В сетях с
большими токами замыкания на землю пусковые органы, реагирую-
щие на полные токи и напряжения фаз, в некоторых случаях не
обеспечивают требуемой чувствительности защиты при однофазных
коротких замыканиях на землю. При этом более чувствительным
оказывается токовый пусковой орган нулевой последовательности,
включенный на разность токов нулевой последовательности парал-
лельных линий. Если разновременность отключения фаз выключа-
телей меньше времени действия защиты, то ток срабатывания пу-
скового органа можно отстраивать только от максимального расчет-
ного тока небаланса при внешних коротких'замыканиях на землю.
Правда, при этом не исключена возможность срабатывания реле
тока нулевой последовательности при трехфазных и двухфазных
коротких замыканиях вблизи места установки защиты, когда токи
небаланса могут иметь максимальное значение. Загрублять токо-
вый пусковой орган нулевой последовательности в таких случаях
нецелесообразно.
Для исключения неправильной работы пусковой орган допол-
няется реле напряжения нулевой последовательности (рис. 8.12).
Осуществлять пуск защиты при коротких замыканиях на землю
215
только с помощью одного реле напряжения нулевой последователь-
ности нельзя, так как при внешних коротких замыканиях на землю
защита может срабатывать неправильно. Для защиты от корот-
ких замыканий на землю обычно используется отдельный орган
направления мощности нулевой последовательности. При этом по-
перечная дифференциальная направленная защита должна состоять
из двух комплектов: комплекта от междуфазных коротких замыка-
ний и комплекта нулевой последовательности от коротких замыка-
ний на землю.
Чувствительность поперечных дифференциальных защит следу-
ет оценивать коэффициентом
чувствительности в двух режи
мах: 1) до отключения выклю-
чателей поврежденной линии
2) каскадного действия после
отключения поврежденной ли
Нии с одной стороны.
1 В первом случае коэффи-
циент чувствительности одно?
из защит k4'=lJIc.3'^-2. Здесь
73 = 7ц —/щ — разность токое
одноименных фаз параллель
ных линий при повреждении е
любой точке одной из парал-
К межоуфазному ком-
плекту
Рис. 8.12. Токовый пусковой орган нуле-
вой последовательности с реле напряже-
- ния нулевой последовательности
дельных линий. Во втором слу-
чае рассматривается короткое
з-амыкание в зоне каскадного
действия после отключения вы-
ключателя у места повреждения. При этом коэффициент чувстви-
тельности &ч'/=/к.з//с.з^ 1,5. Здесь 1К.Э=13 — полный ток в точке
повреждения после отключения поврежденной линии с одной сто-
роны.
§ 8.11. Схемы и область использования
поперечных дифференциальных
направленных защит
Рассмотрим схему поперечной дифференциальной направленной
защиты на переменном оперативном токе для сетей с малым током
замыкания на землю (рис. 8.13). Эта же схема защиты может быть
использована как комплект от междуфазных коротких замыканий
в сетях с большими токами замыкания на землю. В качестве пуско-
вых органов применяются электромагнитные реле тока 1Т и 2Т ти-
па РТ-40, включаемые на разность токов одноименных фаз (А и
С) параллельных линий.
Избирательными органами в схеме являются реле направления
мощности 1М и 2М двустороннего действия типа РБМ с вращаю-
щим моментом
MBp=kUpIpcos (?р + 45°).
216
Реле включается по 90-градусной схеме на разность токов одно-
именных фаз (Д и С) параллельных линий с жестким подводом
междуфазного напряжения к его обмотке напряжения. В схеме за-
Рис. 8.13. Принципиальная схема двухфазной попереч-
ной дифференциальной токовой направленной защиты
параллельных линий в сети с малыми токами замыка-
ния на землю, выполненной на переменном оператив-
ном токе:
а — цепи переменного тока и цепи отключения выключателей;
б — цепи управления выходными промежуточными реле; в — це-
пи напряжения; г — цепи сигнализации
На сигнал
щиты предусматривается пофазный пуск реле направления мощно-
сти. Это исключает возможность неправильной работы защиты при
двухфазных коротких замыканиях, когда реле направления мощно-
сти, включенное на ток неповрежденной фазы, мржет подействовать
нт отключение неповрежденной линии под влиянием тока небалан-
217
са и при каскадном отключении повреждения под влиянием тока в
неповрежденной фазе неповрежденной линии.
Защита выполнена по схеме с дешунтированием отключающих
катушек выключателей. Для этой цели используются промежуточ-
ные реле 1П, 2П, ЗП и 4П типа РП-341. Реле 1П и 2П включаются
в цепи трансформаторов тока 1ТТА и 1ТТс и при срабатывании от-
ключают линию 1Л, а реле ЗП и 4П включаются в цепи трансфор-
маторов тока 2ТТа и 2ТТс и действуют на отключение линии 2Л.
Управляются эти реле замыкающими контактами пусковых орга-
нов, органов направления мощности и реле В, которое вводит в
действие защиты замедление порядка 44-6 периодов и тем самым
обеспечивает отстройку защиты от работы разрядников. В цепь
управления включены последовательно соединенные блок-контакты
выключателей БКВ, разрывающие цепь управления при отключе-
нии любого выключателя. Для фиксации срабатывания защиты
предусматриваются указательные реле 1У, 2У, ЗУ и 4У.
Из всего сказанного можно сделать вывод, что поперечная диф-
ференциальная токовая направленная защита сравнительно проста.
Ее положительными качествами являются также быстродействие,
нереагирование на качания и, как правило, достаточно высокая
чувствительность.
Защита имеет и ряд недостатков. Прежде всего, это наличие
мертвой зоны по напряжению и зоны каскадного действия. Прин-
ципиальным недостатком защиты является возможность неправиль-
ного действия, сопровождающегося отключением обеих линий при
обрыве проводов одной из защищаемых линий с односторонним ко-
ротким замыканием. Устранение этого недостатка связано с услож-
нением схемы защиты и, как правило, не выполняется.
В сетях с малыми токами замыкания на землю в режиме каскад-
ного действия защита может отключать обе линии при двойном
замыкании на землю, когда одно место повреждения находится на
одной из параллельных линий, а другое — вне их.
Поперечная дифференциальная направленная защита по прин-
ципу действия является защитой двух параллельно работающих ли-
ний и при отключении одной из линий защита автоматически выво-
дится из действия. Поэтому наряду с поперечной дифференциаль-
ной защитой на линиях должна предусматриваться дополнительная
защита, которая также является резервной к защитам смежных
элементов.
Опыт эксплуатации поперечной дифференциальной направлен-
ной защиты показывает, что отмеченные недостатки проявляются
очень редко. Поэтому поперечные дифференциальные направлен-
ные защиты широко используются в качестве основных защит ли-
ний в сетях напряжением до 354-110 кВ.
ГЛАВА IX
УСТРОЙСТВА СИСТЕМНОЙ
АВТОМАТИКИ
1ИП
Рис. 9.1. Схема сети с АВР на
секционном выключателе
§ 9.1. Требования к устройствам АВР
и расчет их параметров
В системах электроснабжения часто бывает целесообразно ра-
ботать разомкнуто даже при наличии двух и более источников пи-
тания. При этом все источники включены, но не связаны между со-
бой; каждый из них обеспечивает питание выделенных потребителей
(рис. 9.1). Такой режим работы сети объясняется необходимостью
уменьшить токи короткого замыка-
ния, упростить релейную защиту,
создать необходимый режим по на-
пряжению и т. п. Однако при этом
надежность электроснабжения в
разомкнутых сетях оказывается бо-
лее низкой, чем в замкнутых, так
как отключение единственного ис-
точника приводит к прекращению
питания всех его потребителей.
Электроснабжение потребителей, по-
терявших питание, можно восстано-
вить автоматическим подключением
потребителей к другому источнику
питания с помощью устройства
АВР.
Существуют различные схемы
АВР, однако все они должны удов-
летворять основным требованиям,
которые могут быть рассмотрены на
примере схемы электроснабжения,
приведенной на рис. 9.1. В этой схе-
ме шины подстанции секционирова-
ны; секционный выключатель 5В отключен. Каждая секция полу-
чает питание от отдельного источника. При нарушении питания ’
АВР действует на включение секционного выключателя 5В. При
этом оно должно удовлетворять следующим требованиям:
1) находиться в состоянии постоянной готовности к действию и
срабатывать при прекращении питания потребителей по любой при-
чине и наличии нормального напряжения на другом, резервном
для данных потребителей источнике питания. Чтобы не допустить
включения резервного источника на короткое замыкание, питаю-
щая линия рабочего источника к моменту действия АВР должна
быть отключена со Стороны шин потребителей.
Обычно пуск схемы АВР осуществляется блок-контактами от-
ключившегося выключателя рабочего источника питания (2В или
4В) или контактами реле положения выключателей. В схемах АВР
219
предусматриваются также дополнительные пусковые органы, обес-
печивающие пуск схемы АВР при прекращении питания потребите-
лей, когда выключатели питающих источников остаются включенны-
ми. Напряжение на секциях I или II при этом может' исчезнуть в
результате отключения выключателей 1В или ЗВ соответственно.
Признаком прекращения питания является исчезновение напря-
жения на шинах потребителей. Поэтому в качестве пусковых орга-
нов устройств АВР обычно применяют минимальные реле напря-
жения. Пусковой орган не должен срабатывать при понижениях
напряжения, вызванных короткими замыканиями и самозапуском
электродвигателей, т. е.
jj ^c.pl ^ост.к.зЛ^зап^н) (9*1)
^с.р1 = ^ост.сз/(^за11ген)> (9.2)
где Пост.сз — остаточное напряжение при самозапуске двигателей;
^ост.к.з — остаточное напряжение на шинах секции I при к. з. (на-
пример, в точках Ki, К2, Лз на рис. 9.1); йзап— коэффициент запаса;
Лзап=1,24-1,3; пн — коэффициент трансформации трансформатора
напряжения.
Окончательно принимается меньшее значение напряжения сра-
батывания, полученное из выражений (9.1) и (9.2).
Схема пуска должна быть выполнена так, чтобы пусковой орган
не действовал при перегорании предохранителей в цепях трансфор-
маторов напряжения.
Необходимо иметь в виду, что при исчезновении напряжения на
шинах минимальное реле напряжения может подействовать с за-
медлением, достигающим 1 с и более. Происходит это потому, что
на шинах при отключении питающей линии в течение некоторого вре-
мени поддерживается остаточное напряжение за счет разряда эле-
ктромагнитной энергии, запасенной двигателями и синхронными-
компенсаторами. Частота этого напряжения резко падает, поэтому
более чувствительным пусковым органом может явиться реле пони-
жения частоты. При соответствующем выборе уставки замедление
в срабатывании этого реле не превышает 0,14-0,2 с [Л. 70].
Действие устройства АВР имеет смысл при наличии напряжения
на резервном источнике питания. Поэтому в пусковой орган АВР
включают максимальное реле напряжения, контролирующее нали-
чие напряжения на резервном источнике питания. При минималь-
ном рабочем напряжении реле должно находиться в сработанном
состоянии, разрешая действие пускового органа АВР. Это обеспе-
чивается при выборе напряжения срабатывания реле по формуле
Uс.р2=.^раб.ми(</(^зап^вПн)> (9-3)
где t/раб.мин—минимальное рабочее напряжение на шинах резерв-
ного источника питания; Азап — коэффициент запаса; &3ап= 1.14-1,2;
kB — коэффициент возврата, принимаемый равным 0,8;
2) иметь минимально возможное время срабатывания /аврь
Это необходимо для сокращения продолжительности перерыва пи-
220 •
танин потребителей и обеспечения самозапуска электродвигателей.
При отключении выключателя питающего элемента (линии или
трансформатора) импульс на включение выключателя резервного
источника питания (5 В на рис. 9.1) осуществляется без дополни-
тельного замедления. Устройство же АВР действует с выдержкой
времени, необходимой для отстройки от защит, отключающих по-
вреждения (Ал, Ks, Кв на рис. 9.1), при которых остаточное напря-
жение снижается до величины, меньшей уставки срабатывания реле
напряжения пускового органа АВР.
В некоторых схемах АВР пусковой орган (реле напряжения) и
орган выдержки времени объединены в одном реле (типы ЭВ-215-т-
-г-ЭВ-245).
Если в схеме электроснабжения основной и резервный элемен-
ты питаются от одного источника, то минимальная защита напря-
жения не устанавливается, так как действие ее не будет иметь смыс-
ла вследствие одновременного исчезновения напряжения на рабо-
чем и резервном элементах;
3) обладать однократностью действия. Это требование удовлет-
воряется, если принять продолжительность сигнала на отключение
выключателя
*ЛВР2 = ^.в+*зап» (9-4)
где /в.в — время включения выключателя; — время запаса, при-
нимаемое обычно равным 0,3-=-0,5 с;
4) включаёмый от АВР выключатель должен иметь защиту,
действующую с ускорением после АВР.' Это необходимо для бы-
строго отключения резервного источника питания и его потребите-,
лей от поврежденной секции шин и тем самым сохранения их нор-
мальной работы.
В случае, если при действии АВР резервный источник питания
перегружается и не обеспечивает самозапуск электродвигателей,
то следует отключить часть нагрузки (например, минимальной за-
щитой напряжения).
§ 9.2. Схемы устройств АВР
на переменном оперативном токе
В установках напряжением до 1000 В устройства АВР наиболее
просто выполняют на контакторах. В схеме, приведенной на
рис. 9.2, потребители получают питание от рабочего источника по
линии 1Л. Контактор 1К удерживается во включенном положении
своей катушкой, которая находится под полным рабочим напряже-
нием линии 1Л. При этом его блок-контакт 1БК в цепи катушки
контактора 2К разомкнут, поэтому контактор 2К отключен. Он
включается и переводит питание на резервный источник только при
отключенном контакторе 1К, когда замкнется блок-контакт 1БК.
Контактор 1К отключается при исчезновении напряжения на линии
1Л, так как при этом прекращается питание его удерживающей
катушки.
221
Устройство АВР автоматически восстанавливает .питание от ра-
бочего источника после появления напряжения на линии 1Л. На
время ремонта шин накладки 1Н и 2Н снимают.
С помощью контакторов могут быть выполнены и более сложные
схемы автоматики, например АВР двустороннего действия
(рис. 9.3). Нормально контакторы 1К и ЗК включены, при этом
подстанция А получает питание по линии 1Л, а подстанция Б —по
линии 2Л. Линия ЗЛ является резервной; нормально она включена
только на одной из подстанций, например на подстанции А. Схема
ДВР-выполнена так, что обеспечивается автоматическое включение
У г
От рабочего
источника
резервного питания любой из
подстанций при отключении
ее питающей линии.
Схема работает следующим
образом. При исчезновении на-
пряжения, например на линии
2Л и шинах подстанции Б,
удерживающая катушка кон-
тактора ЗК обесточивается и
контактор отключается (рис.
9.3, а, г). При этом его блок-
контакты ЗБК.1 и ЗБК2 в цепи
удерживающей катушки кон-
тактора 4К замыкаются, а
блок-контакты ЗБКз и ЗБК.1
размыкаются. Так как резерв-
ная линия ЗЛ находится под
напряжением со стороны под-
станции А, то контактор 4К
включается и удерживается во
включенном состоянии, его
блок-контакты 4БК\ и 4БКъ за-
От резервного
источника
Рис. 9.2. Схема устройства АВР на кон-
такторах:
а — однолинейная схема сети; б — схема
включения катушки контактора /X; в — схема
включения катушки контактора 2К
мыкаются, а контакты 2П\ и 2772 промежуточного реле 2П оста-
ются разомкнутыми. Подстанция Б получает питание по резервной
линии. При восстановлении напряжения на линии 2Л автоматиче-
ски включается контактор ЗК, его блок-контакты ЗБК1 и ЗБК2
разрывают цепь удерживающей катушки контактора 4К, и он от-
ключается. Схема приходит в исходное состояние. В данном слу-
чае устройство АВР действовало без участия промежуточного
реле 2П.
Необходимость наличия этого реле в схеме АВР станет понят-
ной, если рассмотреть случай исчезновения напряжения на линии
1Л. При этом, несмотря на отключение контактора 1К и -замыкание
его блок-контактов 1БК1 и 1БК2 в цепи удерживающей катушки
контактора 2К, последний включиться не может, так как исчезает
напряжение и на шинах подстанции А и на резервной линии ЗЛ.
Состояние схемы включения катушки контактора 2К для данного
случая показано на рис. 9.3, в.
На подстанции Б контактор ЗК включен и на шинах имеется на-
222
пряжение. Блок-контакты ЗБКЛ и ЗБК2 (рис. 9.3, д) разомкнуты,
а блок-контакты ЗБК$ и ЗБК^ замкнуты. При исчезновении напря-
жения на линии ЗЛ реле 2П обесточивается и замыкает контакты
2П{ и 2П2. Контактор 4К включается и на линию ЗЛ подается на-
пряжение. При этом реле срабатывает и размыкает контакты 2771
и 2П2, контактор же 4К остается включенным, так как цепь его
удерживающей катушки замкнута блок-контактами ЗБК3, ЗБК(,
4БКг и 4БК2.
Рис. 9.3. Схема устройства АВР двустороннего действия
на контакторах:
а — однолинейная схема сети; б —схема включения катушки
контактора /К; в — схема управления контактора 2К; г — схема
включения катушки контактора ЗК; д — схема управления кон-
тактора 4К
Появление напряжения на линии ЗЛ сопровождается включени-
ем контактора 2К на подстанции А. Таким образом обеспечивается
резервное питание подстанции А при исчезновении напряжения на
линии 1Л.
Рассмотрим схему АВР на переменном оперативном токе в уста-
новках высокого напряжения с выключателями, оборудованными
грузовыми или пружинными приводами. На рис. 9.4, а показана
подстанция, получающая питание от рабочего источника. Выключа-
тель 1В включен, а выключатель 2В резервного источника отклю-
223
чен. В качестве пускового органа АВР применено вторичное реле
напряжения прямого действия РНВ (рис. 9.4, б). Оно срабатывает
при исчезновении напряжения на шинах подстанции и отключает
выключатель 1В с заданной выдержкой времени. При этом блок-
контакт выключателя 1БК замыкает цепь катушки включения 2КВ
выключателя 2В; последний включается при наличии напряжения
на резервном источнике (рис. 9.4, в).
°)
От рабочего От резервного
источника источника.
Рис. 9.4. Схема устройства АВР для выключате-.
.лей с пружинными или грузовыми приводами:
а — однолинейная схема сети; б, г — схемы включения
. пусковых органов; в, д — схемы управления выключате-
ля 2В
«
Привод выключателя 2В может быть оборудован автоматиче-
ским Моторным редуктором (ЛМР). При этом в качестве пускового
органа устройства АВР можно использовать вторичное реле време-
ни В косвенного действия типа ЭВ-235К, подключив его к транс-
форматору напряжения 1ТН через выпрямительное устройство ти-
па ВУ-200 (рис. 9.4, г). Реле В срабатывает при исчезновении на-
пряжения на шинах подстанции и с заданной выдержкой времени
замыкает цепь катушки отключения 1КО выключателя 1В
(рис. 9.4, д). Отключение этого выключателя сопровождается раз-
мыканием его блок-контакта 1БК\ и замыканием блок-контакта
224
1БК.2 в цепи катушки включения 2К.В выключателя 2В. Выключа-
тель включается при наличии напряжения на резервном источнике
и готовности привода к действию (блок-контакт КГП замкнут).
Если выключатель отключен, то завести пружины двигатель М
не сможет, так как его цепь разомкнута блок-контактом /БА3. Для
подготовки привода к действию накладку 1Н снимают (выводят из
действия АВР), а накладкой 2Н шунтируют разомкнутый блок-
контакт 1БКз в цепи электродвигателя, который, начиная работать,
будет заводить пружину до тех пор, пока его цепь не разомкнется
блок-контактом ВК. После этого накладки возвращают в прежнее
положение.
Блок-контакт 1БКз исключает многократность действия устрой-
ства АВР при включении выключателя 2В на устойчивое короткое
замыкание. Если на резервной линии отсутствует трансформатор
напряжения 2ТН, то схему АВР можно выполнить с использовани-
ем предварительно заряженных конденсаторов.
В установках, имеющих выключатели с электромагнитными при-
водами, катушки отключения имеют сравнительно большое потре-
бление порядка 500 Вт, а главные электромагниты включения по-
требляют еще большую мощность. При этом как схемы релейной
защиты, так и схемы автоматики выполняют на постоянном или
выпрямленном оперативном токе с использованием блоков питания
и заряда и мощных выпрямительных устройств.
§ 9.3. Требования к устройствам АПВ
и расчет их параметров
Согласно [Л. 29] устройствами АПВ должны оборудоваться воз-
душные и смешанные (кабельно-воздушные) линии всех типов на-
пряжением свыше 1000 В при наличии на них соответствующих
коммутационных аппаратов.
В эксплуатации применяются устройства АПВ, различающиеся
по следующим основным признакам:
числу фаз выключателей, включаемых устройством АПВ, — трех-
фазное ТАПВ и однофаеное ОАПВ;
способу проверки синхронизма при АПВ — для линий с двусто-
ронним питанием;
способу воздействия на привод выключателя — механические
устройства АПВ и электрические устройства АПВ;
кратности действия — АПВ однократного и АПВ многократного
действия.
Схемы выполнения АПВ различаются также по способу пуска,
по способу возврата в положение готовности к действию, по типу
элементов схемы электроснабжения, оборудованных устройством
АПВ.
Несмотря на указанные различия все устройства АПВ должны
удовлетворять следующим основным требованиям:
1) находиться в состоянии постоянной готовности к действию и
срабатывать при всех случаях аварийного отключения выключате-
8—2008 225
ля, исключая случаи отключения выключателя релейной защитой
сразу же после включения его дежурным персоналом.
Устройство АПВ не должно приходить в действие при оператив-
ных отключениях выключателя дежурным персоналом. Для обес-
печения этого требования пуск устройств АПВ производят, исполь-
зуя несоответствие положений выключателя и его ключа управле-
ния. Такое несоответствие возникает всегда при любом автоматиче-
ском (т. е. без помощи ключа) отключении выключателя. В эксплу-
атации используются также схемы с пуском устройства АПВ при
срабатывании релейной защиты. Однако эти схемы имеют тот недо-
статок, что не обеспечивают действие АПВ при аварийных отклю-
чениях, не сопровождающихся срабатыванием релейной защиты.
Поэтому такой пуск рекомендуется применять лишь в некоторых
частных случаях;
2) иметь минимально возможное время срабатывания /дпвгдля
того, чтобы сократить продолжительность перерыва питания потре-
бителей. Практически можно выполнить АПВ действующим без
замедления. Однако эта возможность ограничивается рядом усло-
вий. Для успешного действия АПВ необходимо, чтобы время сраба-
тывания /апв1 было больше:
времени tr.a, необходимого для восстановления готовности при-
вода к работе на включение; для применяемых типов приводов с
учетом условий их работы А.п~ 0,24-0,3 с;
времени /д.с, необходимого для деионизации среды в точке по-
вреждения; для установок напряжением до 220 кВ /д.с~0,2 с;
времени /в.3, необходимого для обеспечения возврата реле защи-
ты, установленной на выключателе, расположенном ближе к источ-
нику питания, чем рассматриваемый выключатель с устройством
АПВ; максимальное время возврата /в.3=0,24-0,3 с могут иметь ре-
ле РТ-80.
Определяющим обычно является условие £днв1>^г.п. При этом
с учетом времени запаса t3aa = 0,44-0,5 с время срабатывания АПВ
для линий с односторонним питанием
^АПВ1 = А.п “Нзап’ ‘ (9-5)
ИЛИ
^апвг —-5- 0,7 С.
В отдельных случаях для воздушных линий напряжением
354-110 кВ, когда велика вероятность их повреждения при падении
деревьев и по другим аналогичным причинам, для эффективности
действия АПВ его выдержку времени целесообразно принимать не-
сколько повышенной — порядка нескольких секунд. Схема АПВ во
всех случаях должна быть выполнена так, чтобы продолжитель-
ность импульса на включение выключателя была достаточной для
его надежного включения;
3) автоматически с заданной выдержкой времени возвращаться
в состояние готовности к новому действию после включения в ра-
боту выключателя. При выборе выдержки времени <апв2 на воз-
226
врат устройства АПВ в состояние готовности к действию должны
выполняться следующие требования [Л. 42]:
устройство не должно производить многократные включения
выключателя на неустранившееся короткое замыкание. Это обеспе-
чивается при условии, если релейная защита с максимальной вы-
держкой времени /р.з.макс успеет отключить выключатель, включен-
ный на короткое замыкание раньше, чем устройство АПВ вернется
в состояние готовности к новому действию, т. е. должно быть:
<АЛВ2 > ^АПВ1 + ^в.в. + ^р.з.макс + ^0.» + ^ зап’ (9.6)
где /в.в — время включения выключателя; /о.в — время отключения
выключателя; /Зап— время запаса; принимается равным ступени
селективности защиты линии;
устройство должно быть готовым к действию не раньше, чем это
допускается по условиям работы выключателя после успешного
включения его в работу устройством АПВ.
Многолетний опыт показал, что для однократного АПВ оба эти
требования выполняются, если принять /апв2 = 154-25 с. Для АПВ
двукратного действия время возврата в состояние готовности после
второго цикла принимается равным 604-100 с.
§ 9.4. Схемы устройств АПВ
Схемы устройств АПВ, подобно схемам релейной защиты, вы-
полняются на постоянном, переменном и выпрямленном оператив-
ном токе. Механические АПВ грузовых и пружинных приводов
ПГ-10, ПГМ-10, УПГ-51 и другие вообще не требуют оперативного
тока. Они действуют при срабатывании встроенных в привод реле
прямого действия и включают отключившийся выключатель без вы-
держки времени.
Условия работы механических приводов в цикле АПВ крайне
тяжелые. При включении выключателя возникают увеличенные
ударные нагрузки, расстраивающие привод. К недостаткам схем
АПВ с механическими приводами следует также отнести отсутствие
в них выдержки времени. Эти недостатки могут быть устранены пу-
тем использования электрических АПВ на переменном и выпрям-
ленном оперативном токе.
Схемы устройств АПВ на переменном оперативном токе. Авто-
матическое повторное включение при наличии переменного опера-
тивного тока можно осуществить на выключателях с грузовыми и
пружинными приводами.
Ранее (см. рис. 3.2) была рассмотрена схема оперативного уп-
равления такими выключателями на переменном оперативном то-
ке. При наличии устройства АПВ в этой схеме появляются допол-
нительные цепи.
Так, для выполнения АПВ мгновенного действия параллельно
кнопке включения Вкл. включается блок-контакт БКА (рис. 9.5, а),
который замыкается при включении выключателя, остается замкну-
тым при действии релейной защиты и размыкается только при опе-
ративном отключении выключателя. Этим создается цепь «несоот-
8* 227
ветствия», обеспечивающая автоматическое повторное включение
выключателя только при его отключении релейной защитой. После-
довательно с блок-контактом БКА включены указательное реле У
и накладка Н.
В цепь двигателя дополнительно включен замыкающий блок-
контакт выключателя Б Аз. В связи с этим работа электродвигателя
и завод включающих пружин возможны только при включенном
положении выключателя. Время заво-
Рис. 9.5. Схемы устройств
АПВ на переменном оператив-
ном токе для выключателей с
грузовыми и пружинными при-
водами:
а — АПВ мгновенного действия;
б— АПВ мгновенного действия с
временно замыкающим контактом;
в —АПВ с выдержкой времени
да пружины зависит от типа выключа-
теля, с которым используется привод,
и составляет б-е-15 с. При успешном
АПВ выключатель остается включен-
ным, и привод приходит в состояние
готовности через указанное время. В
случае неуспешного АПВ выключатель
отключается. При этом однократность
действия АПВ можно обеспечить, если
время включенного состояния выклю-
чателя будет меньше времени, необхо-
димого для завода включающих пру-
жин, т. е. наибольшая выдержка вре-
мени релейной защиты должна быть
меньше минимального времени подго-
товки привода к включению (64-15 с).
Накладка Н играет ту же роль, что
и накладки 1Н и 2Н в схеме рис. 9.4:
в положении 2 привод подготовляют к
действию при отключенном выключа-
теле, а после включения выключателя
кнопкой Вкл. накладку вновь перево-
дят в положение 1. Во включенном по-
ложении выключателя двигатель заво-
дит пружины, и АПВ снова готово к
действию. Недостаток схемы: приме-
нение ручной операции с накладкой Н.
Схему АПВ можно упростить и сде-
лать ее более универсальной, если по-
следовательно с блок-контактом БК.А
включить временно замыкающий блок-
контакт БА3 (рис. 9.5, б). При этом
создается возможйость исключить
блок-контакт из цепи двигателя. Бла-
годаря этому электродвигатель имеет
возможность заводить пружины при
любом положении выключателя, и не-
обходимость в переключении накладки
при неуспешном АПВ отпадает. На-
кладка Н служит только для вывода
схемы АПВ из действия.
228
Наличие в схеме временно замыкающего контакта обеспечивает
однократность действия АПВ. Мгновенно действующее АПВ с вре-
менно замыкающим контактом можно выполнить на выключателях,
оборудованных приводом ПП-61, у которого имеется такой блок-
контакт.
Электрическое мгновенно действующее АПВ, как и механиче-
ское АПВ, начинает включать выключатель еще до того, как эле-
менты выключателя и привода придут в состояние покоя, следстви-
ем чего являются дополнительные механические удары и плохая
работа привода. Наряду с этим короткие замыкания не всегда успе-
вают самоустраниться, так как время бестоковой паузы мало
(0,24-0,3 с). Устройство АПВ с выдержкой времени не имеет этого
недостатка. На рис. 9.5, в показана схема, отличающаяся от преды-
дущей наличием реле времени, например ЭВ-218. Временно замы-
кающий блок-контакт привода ПП-61 в этой схеме^заменен времен-
но замыкающим контактом реле времени В, которое запускается
при отключении выключателя и замыкании блок-контакта БК в це-
пи пуска реле. Необходимая выдержка времени на включение вы-
ключателя устанавливается на контакте реле времени. При этом,
для того чтобы устройство АПВ действовало однократно, минималь-
ное время подготовки привода к включению должно быть больше,
чем наибольшая выдержка времени релейной защиты и время дей-
ствия АПВ вместе взятые.
Схема устройства АПВ на выпрямленном оперативном токе с
использованием реле типа РПВ-358. В комплект реле РПВ-358 вхо-
дят (рис. 9.6, а): ,
реле времени В, создающее выдержку времени t ahbi от момен-
та пуска АПВ до замыкания цепи контактора включения выключа-
теля;
промежуточное реле 1П, имеющее последовательную (/771) и
параллельную (/77г) обмотки; реле при срабатывании подает им-
пульс на включение выключателя;
емкость С, в результате разряда которой срабатывает реле 1П
и обеспечивается однократность действия АПВ;
резистор 1R, обеспечивающий термическую устойчивость реле
времени В;
зарядный резистор 2R, ограничивающий скорость заряда ем-
кости С;
резистор 3R, разряжающий емкость С при срабатывании тех за-
щит, после действия которых не должно происходить АПВ (запрет
АПВ); .
диод Д, предотвращающий разряд емкости С при понижении
напряжения на блоке питания БПЗ вследствие близких коротких
замыканий.
Для питания катушки отключения выключателя КО использует-
ся предварительно заряженный конденсатор 1С с блоком питания
и заряда БПЗ-401 (рис. 9.6, б). В схему введено промежуточное
реле 4П для разделения оперативных цепей катушки отключения
КО и реле РПВ-358. Катушка включения выключателя КВ получа-
229
ет питание от трансформатора собственных нужд ТСН через мощ-
ное выпрямительное устройство (рис. 9.6, в).
Рис. 9.6. Схема устройства АПВ на выпрямленном
оперативном токе с использованием реле типа
РПВ-358:
а — цепи АПВ; б — цепи отключения выключателя; в —це-
пи включения выключателя
Схема действует следующим образом. При отключении выклю-
чателя по любой причине срабатывает промежуточное реле 277,
замыкая свой контакт 2П\ в цепи пуска АПВ. Если отключение про-
изошло не от ключа управления КУ, то ключ остается в положении
230
«Включено», а его'контакты 1, 2 будут замкнуты. Таким образом
фиксируется несоответствие положений ключа управления и выклю-
чателя, необходимое для пуска реле времени В. Его контакт Вь
размыкаясь без выдержки времени, дешунтирует резистор 1R и тем
самым обеспечивает термическую устойчивость реле, а контакт В2
с заданной выдержкой времени подключает параллельную обмотку
1П2 промежуточного реле 1П к конденсатору С. Вследствие раз-
ряда конденсатора реле 1П срабатывает и замыкает свой контакт
/771 в цепи контактора включения выключателя КП. В эту цепь
включена последовательная обмотка 7/7] реле 1П, которая удержи-
вает реле в сработанном состоянии до полного включения выключа-
теля. При успешном АПВ выключатель остается во включенном по-
ложении. Действие устройства АПВ фиксируется указательным ре-
ле У.
Схема будет готова к повторному действию после заряда кон-
денсатора С. Время заряда 7апв2 принимается порядка 20 с. При
этом обеспечивается однократность действия АПВ, так как конден-
сатор заряжается только при включенном положении выключателя.
Повторного включения выключателя при неуспешных АПВ не про-
исходит.
В схему АПВ включено двухобмоточное промежуточное реле ЗП
с замедленным возвратом, равным 0,34-0,4 с. Замедление дости-
гается шунтированием последовательной обмотки реле ЗП его за-
мыкающим контактом ЗП3 (см. рис. 9.6, б). Это реле предназна-
чается для предотвращения многократных включений выключателя
при неисправностях в оперативных цепях, например при застрева-
нии контакта /Дь В таких случаях при первом же импульсе на
отключение выключателя реле ЗП срабатывает и самоудерживает-
ся своей параллельной обмоткой, а его контакт ЗП2 размыкает цепь
контактора включения КП.
§ 9.5. Особенности устройств
АПВ линий с двусторонним
питанием
При установке устройств АПВ на линиях с двусторонним пита-
нием необходимо учитывать, что для восстановления изоляции в
месте повреждения требуется двустороннее отключение поврежден-
ного элемента, которое может приводить к нарушению синхронной
работы источников питания.
В связи с этим устройства АПВ следует устанавливать на вы-
ключателях обоих концов защищаемого элемента. Приходится так-
же считаться с возможностью несинхронного повторного включе-
ния и в ряде случаев принимать специальные меры, чтобы не до-
пускать такие включения. Это достигается с помощью специальных
органов, состоящих из реле, контролирующего наличие напряже-
ния на линии, и реле контроля синхронизма. Устройства АПВ, до-
полненные этими органами, называются АПВ с контролем синхро-
низма.
231
Меры по предотвращению несинхронного включения не нужны
в следующих случаях:
а) при наличии большого числа шунтирующих связей, когда от-
ключение одной из линий не сопровождается нарушением синхро-
низма. В этом случае применяют обычные устройства АПВ без про-
верки синхронизма-,
+ ^зап
(з (28)
П/ст 6
П/ст А
^3(1 в)
1. ^0.8(18)
tlJ(tB)
рАПвЦИ)
^88 (ЗВ)
^АПВЦгв}
О
Начало к.з
в точке К,
2р
Линия Вклю-
чена с а сто-
роны п/ст А
е)
н t,G
Линия Вклю-
чена со сто-
роны п/ст Б
?3(2в)
1. t-O-B (28)
*ЛЛВ 1(2.8)
Ьз.с + ^зап
^в.в(ге)
п/ст А
ia ив)
^0.8 (IB)
^88 (IB)
t'Anei(IB) Г*-
4,, t,C - .
о
J
2
Начало к з.
в точке Кг
Линия вклю-
чена со сто-
роны п/ст Б
Рис. 9.7. Временные диаграммы для выбо-
ра уставок устройств АПВ без проверки
синхронизма:
а — схема участка сети; б — выбоп t АПВ1(18);
в —выбор <АПВ1(2В)
ройств.
АПВ без проверки синхронизма. Схема этого устройства такая
же, как и схема уже рассмотренного (рис. 9.6) устройства АПВ,
предназначенного для линий с односторонним питанием. Отличие
заключается в выборе времени срабатывания 7апвь
В общем случае отключение поврежденной линии может про-
исходить каскадно. Поэтому время /апв1 для выключателей 1В и
2В (рис. 9.7, а) не одинаково. На рис. 9.7, бив построены времен-
ные диаграммы для выбора времени срабатывания /апвц/в) уст-
ройства АПВ выключателя 1В и ^Апвцгв) устройства АПВ выклю-
Линия вклю-
чена со сто-
роны п/ст А
б) если имеется быстро-
действующая защита и
быстродействующие выклю-
чатели, позволяющие полу-
чить полное время цикла
АПВ (отключение — включе-
ние) не более 0,254-0,5 с при
повреждении в любой точке
защищаемой линии. За это
время векторы э. д. с. разде-
лившихся источников не ус-
певают разойтись на значи-
тельный угол. Поэтому пов-
торное включение сопровож-
дается допустимыми толчка-
ми тока и завершается ус-
пешным вхождением в син-
хронизм. Устройства АПВ с
таким временем действия
получили название быстро-
действующих (БАПВ);
в) если включение на не-
синхронную работу при лю-
бых углах между э. д. с. раз-
делившихся источников не
представляет опасности для
оборудования и обеспечива-
ется быстрое восстановление
синхронизма. Подобное АПВ
называется несинхронным
(НАПВ).
Рассмотрим особенности
каждого из названных уст-
232
(9-7)
чателя 2В. При этом учитывается возможность каскадного отклю-
чения линии, Это значит, что расчетным 'условием для каждого
комплекта защиты и АПВ является короткое замыкание у места их
установки (точка Ki для защиты и АПВ выключателя 1В\ точка Кг
для защиты и АПВ выключателя 2В), В этом случае защита рас-
сматриваемого комплекта имеет минимальную выдержку времени,
а выключатель противоположного конца линии из-за возможного
отказа быстродействующих защит отключается резервными защи-
тами с максимальной выдержкой времени.
Из временных диаграмм (рис. 9.7, бив) следует:
^АПВ1(1В) = 4(2В) + ^0.в(2в) + ^Д.с + ^зап —4(1В) —
<АПВ1 (2В) = 4(1В) + ^о.в(1В) +^Д.с + 4ап —^з(2В) ~ ^o.b(2B) — ^в.в(2В)-
Обычно /о.в(1В) = /о.в(2В), ПОЭТОМУ
^АПВ1(1В) =^з(2В) + ^л.с + ^зап—’ (4(1В) +^в.в(1В));
t АПВ1 (2В)=4( IB)+tx.c + £>ап ~ (4( 2В) + ^в.в( 2В)) •
Нетрудно заметить, что рассмотренное устройство АПВ в общей
сложности дважды производит включение линии (с обеих сторон)
на устойчивое короткое замыкание. Второе включение нежелатель-
но. Его можно избежать, если осуществить поочередное включение
выключателей. Например, сначала включить выключатель 1В, а за-
тем выключатель 2В, разрешив последнюю операцию только при
наличии напряжения на включаемой линии. Оно появляется тогда,
когда короткое замыкание после отключения линии самоустрани-
лось и выключатель 1В успешно включился.
При устойчивом коротком замыкании выключатель 1В после
повторного включения отключается, линия остается без напряже-
ния, устройство АПВ выключателя 2В не действует. Для осущест-
вления такого действия АПВ в схему его устройства вводится мак-
симальное реле напряжения, контролирующее наличие напряжения
на линии. Замыкающий контакт этого реле Н включается в цепь
обмотки реле времени В комплектного реле РПВ-358 (рис. 9.8).
При этом пуск устройства АПВ происходит, если обеспечиваются
два условияз 1) несоответствие положений выключателя и его клю-
ча управления; 2) наличие напряжения на включаемой линии.
Напряжение срабатывания реле Н Uc.p= (0,7-^-0,8) t/ном. Время
срабатывания ^авш.цв) находится из выражения (9.7), а время сра-
батывания устройства АПВ с проверкой наличия напряжения (на
выключателе 2В) — на основе временной диаграммы, показанной
на рис. 9.9.
При повреждении линии и отключении выключателя 2В реле на-
пряжения может находиться в сработанном состоянии и разрешает
действовать устройству АПВ до тех пор, пока не отключится вы-
ключатель 1В. Это учитывается при определении времени t апвцзв).
Из рис. 9.9.
iАПВ1(2В) = 4(1В) + <>.в(1В) + 4ап “ 4(2В) — А>.в(2В) (9-8)
233
Реле напряжения может сработать и при включении выключа-
теля 1В на устойчивое короткое замыкание. Выключатель 2В при
этом включаться не должен, поэтому время действия его устрой-
ства АПВ должно быть больше времени действия защиты f3(1B)
Рис. 9.8. Схема устройства АПВ с проверкой наличия
напряжения на линии
после неуспешного АПВ и времени отключения выключателя
4.в(/в) вместе взятых, т. е.
^АПВ1(2В) = 4(1В) + ^0.в(1-В)+г1зап- (9-9)
п/ст Б
АПВ I(28)
-3(28)
"Лапвае)
“АПВ 1(28)
п/ст А
(re)
^зап
iae (<в)
^Апвгав)
$3 (IB)
-t зап
ta.e (<в)
*з(1В)
I О I 2 3 Ч 5 6 t,C
Начало к-з.
8 точке К2
Рис. 9.9. Временная диаграмма для выбора времени
срабатывания -устройства АПВ с проверкой наличия
напряжения на линии
Принимается большее из значений, полученных по выражениям
(9.8) и (9.9). Обычно применяют ускорение защиты после АПВ.
В таком случае /'зав) — время действия защиты с учетом ее уско-
рения.
На параллельных линиях с односторонним питанием условия
автоматического повторного включения аналогичны. Поэтому здесь
также применяют устройства АПВ без проверки синхронизма, но с
наличием контроля напряжения.
234
Быстродействующее АПВ (БАПВ). Быстродействующее АПВ не
требует каких-либо дополнительных устройств, разрешающих его
действие. Для его выполнения можно использовать схему, рассмот-
ренную ранее (рис. 9.6). При этом на выходные зажимы реле сле-
дует вывести дополнительные цепи от контакта В2 реле времени
(на рис. 9.10 зажимы, а, б). Этим создается возможность замыкать
цепь обмотки 1П2 реле 1П с помощью соответствующего органа без
выдержки времени.
В настоящее время только воздушные выключатели обладают
достаточным для осуществления БАПВ быстродействием. Их время
включения составляет 0,24-0,3 с. При этом поврежденная линия
должна отключаться с двух сторон с временем 0,14-0,2 с. Пуск уст-
ройства БАПВ производится с контролем давления воздуха в резер-
Рис. 9.10. Схема устройства БАПВ
вуарах выключателя. Величина давления должна быть достаточной
для двух операций отключения.
Несинхронное АПВ (НАПВ). Применять НАПВ можно тогда,
когда после несинхронного включения обеспечивается быстрая ре-
синхронизация и вследствие понижения напряжения не нарушается
устойчивость основных нагрузок. Для облегчения ресинхронизации
при НАПВ устройства автоматики должны осуществлять определен-
ные операции [Л. 42].
В районе, где имеется дефицит мощности, следует производить:
автоматическое отключение неответственных потребителей уст-
ройствами АЧР;
автоматический набор нагрузки на незагруженных агрегатах;
автоматическое включение резервных источников питания и ряд
других мероприятий.
Там, где создается избыток мощности, следует производить от-
ключение части генераторов, использовать электрическое или меха-
ническое их торможение и регулирование турбин.
В связи с тем что НАПВ может происходить при любых углах
между э. д. с. разделившихся частей энергосистемы, возможно по-
явление при включении больших токов 1ВС и повышенных электро-
235
динамических усилий в элементах энергосистемы. Несинхронное
АПВ допустимо, если при включении отношение максимального
значения периодической составляющей тока 1ао к номинальному
току /ном равно или меньше [Л. 71]: 0,625/х*/'— для турбогенерато-
ров и гидрогенераторов с успокоительными обмотками; 3 — для
гидрогенераторов без успокоительных обмоток, исходя из значения
0,84/х.а" — для синхронных компенсаторов; 100/(/к( %) —
для трансформаторов. Здесь x»d" — сверхпереходное индуктивное
сопротивление синхронного генератора или компенсатора; t/K(%) —
напряжение короткого замыкания трансформатора.
Если заведомо известно, что частота и напряжение при несин-
хронных включениях будут отличаться от номинальных не более
чем на ±5%, то можно допустить увеличение тока 1Я0 против рас-
четного значения на 13% —для турбогенераторов и на 35% —для
гидрогенераторов с успокоительными обмотками.
Выключатели, разъединители, трансформаторы тока и другое
оборудование, выбранные по общепринятой методике, не требуют
дополнительной проверки на электродинамическую стойкость при
НАПВ.
Несинхронное АПВ сопровождается не только возникновением
сверхтоков и понижением напряжения, но и кратковременным по-
явлением токов и напряжений обратной и нулевой последователь-
ностей из-за неодновременного замыкания фаз выключателя. В свя-
зи с этим рассмотренные выше защиты, исключая лишь защиты,
основанные на дифференциальном принципе, могут действовать
неправильно как на включаемой линии, так и на смежных с ней уча-
стках.
Имеется ряд способов, обеспечивающих правильное поведение
защиты при НАПВ [Л. 42]:
понижение чувствительности защиты, например токовой отсеч-
ки с включением реле на фазные токи. Для токовой отсечки нуле-
вой последовательности и для дистанционной защиты этот способ,
как правило, малоэффективен;
увеличение времени действия защиты;
применение различных блокировок, обеспечивающих кратковре-
менный вывод из работы быстродействующих защит, способных
подействовать неправильно при НАПВ. Этот способ широко приме-
няется для блокировки дистанционной защиты при возникновении
качаний.
Для выполнения несинхронного АПВ можно использовать реле
РПВ-358. При этом схема НАПВ аналогична схеме устройства
АПВ для линий с односторонним питанием (см. рис. 9.6). При по-
очередном включении выключателей НАПВ с одного конца линии
осуществляется с контролем наличия напряжения (см. рис. 9.8).
АПВ с контролем синхронизма. АПВ с контролем синхронизма
применяют на линиях с двусторонним питанием, когда отключение
рассматриваемой линии может сопровождаться нарушением син-
хронизма, применение же НАПВ недопустимо вследствие больших
толчков уравнительного тока.
236
В АПВ с контролем синхронизма предусматриваются реле, не
допускающие включения линии при больших значениях углов меж-
ду э. д. с., когда толчок тока превышает допустимую величину.
К этой группе устройств АПВ относятся АПВ с ожиданием
синхронизма (АПВОС) и АПВ с улавливанием синхронизма
(АПВУС).
Устройства АПВОС разрешают включать линию только при на-
личии синхронизма, а поэтому могут устанавливаться лишь на ли-
ниях, имеющих достаточно мощные шунтирующие связи, которые
обеспечивают сохранение синхронизма при отключении рассматри-
ваемой линии. Применение же простых АПВ, без проверки синхро-
низма, недопустимо, так как при выводе из работы шунтирующих
связей или при их одновременном повреждении с рассматриваемой
линией синхронизм будет нарушен.
Устройства АПВУС устанавливаются на линиях, имеющих сла-
бые шунтирующие связи или совсем их не имеющих. При отключе-
нии таких линий происходит нарушение синхронной работы; не-
смотря на это устройство АПВУС разрешает включить линию в оп-
ределенном диапазоне углов между э. д. с. и если разность частот
несинхронно работающих частей энергосистемы не превышает до-
пустимой величины.
Устройство АПВОС предусматривает лоочередное включение
выключателей с обоих концов линии. При этом на- том конце линии,
который включается раньше, достаточно производить АПВ с конт-
ролем отсутствия-напряжения на линии, а проверку наличия син-
хронизма осуществлять при включении выключателя с противопо-
ложного конца. Обычно же АПВОС обоих концов линии имеют
одинаковую схему, содержащую как орган, контролирующий отсут-
ствие напряжения, так и орган контроля синхронизма.
Изображенная на рис. 9.11 схема отличается от рассмотренных
ранее (рис. 9.6, 9.8 и 9.10) тем, что в цепь пуска реле времени В
включены контакт реле контроля синхронизма КС и контакты реле
напряжения И. Контакт Н\ замкнут при отсутствии напряжения на
237
линии, а контакт Я2 — при наличии напряжения. Положение на-
кладки Iff определяет действие АПВ. Если накладка замкнута, то
повторное включение выключателя произойдет при отсутствии на-
пряжения на линии. При этом в устройстве АПВОС противополож-
ного конца линии накладка Iff должна быть разомкнутой. С этого
конца линии будет осуществляться контроль наличия синхронизма.
Выключатель сможет включиться только при наличии напряжения
на линии и при условии, что угол между вектором этого напряже-
ния и вектором напряжения на шинах не превышает заданной ве-
личины.
В условиях эксплуатации имели место случаи приваривания
контакта реле КС. Это приводило
Рис. 9.12. Диаграмма, поясняющая рабо-
ту реле контроля синхронизма:
/ — момент возврата реле; 2 — момент сраба-
тывания реле
к включению выключателя на
устойчивое короткое замыка-
ние после неуспешного АПВ на
противоположном конце. На-
личие контакта Н2 предотвра-
щает такие включения.
Реле контроля синхронизма
сравнивает по величине и фа-
зе два напряжения: напряже-
ние на шинах и напряжение на
включаемой линии. Оно реаги-
рует на геометрическую раз-
ность этих напряжений, т. е. на
напряжение биения Ut>. Реле
контроля синхронизма типа
РН-55 использует обычную
электромагнитную систему ми-
нимального реле напряжения. Но вместо одной обмотки реле имеет
две независимые обмотки, каждая из которых включается на одно
из сравниваемых напряжений так, что при равенстве их величин и
совпадении их по фазе результирующий магнитный, поток отсут-
ствует и контакт реле замкнут.
При смещении векторов сравниваемых напряжений относитель-
но друг друга результирующий магнитный поток и вместе с ним
вращающий момент в реле возрастают. При некоторых значениях
угла между векторами сравниваемых напряжений реле срабаты-
вает, размыкает свой контакт и запрещает действовать устройству
АПВОС. Реле РН-55 позволяет отрегулировать угол срабатывания
бс.р от 20 до 40° при коэффициенте возврата не менее 0,8.
Выдержка времени /апв1 устройства АПВ, которое осуществля-
ет проверку отсутствия напряжения на линии и включает выклю-
чатель первым, выбирается по выражению (9.7). Выдержка време-
ни /апв1 на том конце линии, где проверяется синхронизм, опреде-
ляется соотношением [Л. 42]
/аПВ1==(1,88с.р + /вкл)/(8вкл-8с.р). (9.10)
Величины, входящие в это выражение, показаны на рис. 9.12.
В выражении (9.10) /ВКл представляет собой время от момента, ког-
238
да угол б достигает значения уставки реле КС, до момента замы-
кания контактов выключателя. Сюда входит время срабатывания
реле КС /кс, время срабатывания выходного промежуточного реле
/пи время включения выключателя /в.в, т. е. /ВКл = /кс+/п+/в.в-
Напряжение срабатывания реле Н (при замыкании контакта
Я]) принимается равным (0,44-0,5) £7Ном-
Устройство АПВУС, как и АПВОС, осуществляет поочередное
включение выключателей. При этом сначала включается выключа-
тель на том конце линии, на котором контролируется отсутствие
напряжения, а затем включается выключатель на другом конце, ес-
ли органы, контролирующие разность частот, разрешают это.
Устройство АПВУС отличается от рассмотренного устройства
АПВ (см. рис. 9.6) наличием органов, контролирующих разность
частот напряжений разде-
лившихся частей энерго-
системы. Наиболее рас-
пространен орган контро-
ля разности частот, со-
стоящий из двух реле на-
пряжения: минимального
1Н и максимального 2Н.
К обоим реле напряжения
ПОДВОДИТСЯ напряжение рис. 9.13. Диаграмма, поясняющая работу ор-
биения 17е (рис. 9.13). гана, контролирующего разность частот э. д. с.
Время /| 2, в течение КОТО- разделившихся частей энергосистемы
рого оба реле напряжения
держат замкнутыми свои контакты в цепи обмотки реле времени,
зависит от скорости изменения этого напряжения, характеризую-
щей величину разности частот. Повторное включение разрешается,
когда время Дг достигнет или превзойдет заданную величину t3
(на рис. 9.13 второй период биения). Схема собрана так, что
пуск устройства АПВУС происходит только в конце периода
биения.
Уставки АПВУС выбираются таким образом, что повторное
включение происходит при малых углах между напряжениями, без
значительных толчков уравнительного тока. Поэтому устройства
релейной защиты при АПВУС обычно действуют правильно и не
требуют дополнительных мер.
Отбор напряжения с линий электропередачи в схемах АПВ.
Рассмотренные' устройства АПВ, осуществляющие контроль на-
пряжения на линии или проверку синхронности напряжений на ли-
нии и шинах, требуют измерения соответствующих напряжений.
Для этих целей обычно применяются трансформаторы напряжения.
Однако на линиях трансформаторы напряжения устанавливаются
редко. Поэтому в схемах АПВ измерение напряжения линии выпол-
няется с помощью специальных устройств отбора напряжения, ос-
нованных на использовании емкостных делителей. В качестве ем-
костных делителей напряжения можно использовать, например,
высокочастотные конденсаторы связи, изоляторы вводов масляных
239
выключателей и силовых трансформаторов, а также проходные,
опорные и подвесные изоляторы.
Отбор напряжения с помощью высокочастотных конденсаторов связи возмо-
жен, если на линии используется высокочастотная защита, а каналом связи
является защищаемая линия, на концах которой установлены высокочастотные
заградители и конденсаторы связи.
Отбор напряжения с помощью вводов масляных выключателей возможен,
если эти вводы имеют специальную конструкцию. Промышленностью выпускаются
такие вводы для выключателей на напряжение НО кВ и выше: это так называе-
мые конденсаторные вводы. Их внутренняя бакел’итовая изоляция разделена на
ряд слоев с помощью концентрических цилиндров из металлической фольги. Та-
кой ввод (рис. 9.14) можно рассматривать как емкостный делитель, состоящий
Рис. 9.14. Конденсаторный ввод
масляного выключателя
из конденсатора С1 — между токоведущим стержнем 1 и последним металличе-
ским цилиндром 2 — и конденсатора С2 — между заземленным фланцем 3 и по-
следним металлическим цилиндром 2. Цилиндр 2 снабжен выводом, который
используется для подключения устройства отбора напряжения.
Отбор напряжения при помощи проходных, опорных и подвесных изоляторов
обеспечивает меньшую, чем в рассмотренных случаях, точность замера. Объяс-
няется это тем, что токи утечки, определяющие величину и фазу напряжения,
зависят от состояния поверхности изоляторов. Поэтому такие устройства реко-
мендуется применять только для контроля напряжения на линии.
§ 9.6. Требования к устройствам АЧР
и расчет их параметров
Частота переменного тока определяется угловой скоростью вра-
щения синхронных генераторов. Допускается отклонение частоты
от номинального значения, равного 50 Гц, не более чем на ±0,2Гц
[Л. 29]. Нормальное значение частоты в энергосистеме поддержи-
вается персоналом вручную или автоматически путем изменения
впуска пара в турбины турбогенераторов и воды в турбины гидро-
генераторов.
При установившемся значении частоты выполняется условие
РГ = РН, (9.11)
где Рг—активная мощность, вырабатываемая генераторами; Рн —
активная мощность, потребляемая нагрузкой.
Успешное регулирование частоты возможно при наличии в
энергосистеме резерва активной мощности, т. е. до тех пор, пока
240
генераторы будут загружены не полностью. При отсутствии в систе-
ме резерва активной мощности отключение части генераторов или
включения новых потребителей будут сопровождаться снижением
частоты. Длительная работа с пониженной частотой (менее 48 Гц)
недопустима, так как при этом снижается скорость электродвига-
телей/вследствие чего падает их производительность. На промыш-
ленных предприятиях это приводит к нарушению технологии про-
изводства и браку, а на электрических станциях — к снижению вы-
рабатываемой генераторами мощности и уменьшению величины
э.д. с. возбудителей. Отсюда увеличивается дефицит активной мощ-
ности и возникает дефицит реактивной 'мощности, что может при-
вести не только к аварийному снижению частоты («лавина часто-
ты»), но и к лавинообразному снижению напряжения («лавина на-
пряжения») и нарушению всей системы электроснабжения.
В таких случаях для восстановления заданного режима работы
автоматически отключают часть наименее ответственных потреби-
телей с помощью устройства АЧР. Принципиально устройство АЧР
может выполняться реагирующим не только на изменение абсолют-
ного значения частоты, но и на скорость ее изменения. Устройство,
реагирующее на скорость изменения частоты, обладает некоторыми
преимуществами, однако из-за сложности широкого применения не
находит.
Отключение потребителей устройствами АЧР должно начинаться
при снижении частоты до 474-48 Гц. Величина мощности, отклю-
чаемой устройствами АЧР, должна определяться с учетом того, что
в общем случае мощность, потребляемая нагрузкой, зависит от час-
тоты и снижается вместе с ней. Это явление называется регулирую-
щим эффектом нагрузки и характеризуется коэффициентом
^р.э.н=ДРн(%)/Д/(°/о)- (9-12)
Величина этого коэффициента принимается равной 1,54-2 [Л. 72],
т. е. считается, что уменьшение частоты на 1% сопровождается
уменьшением суммарной нагрузки энергосистемы па 1,54-2%.
При дефиците активной мощности в энергосистеме частота бу-
дет снижаться до такой величины, при которой снова наступит ра-
венство потребляемой нагрузками и вырабатываемой генераторами
активной мощности. Таким образом, величина снижения активной
мощности нагрузки АРН равна дефициту активной мощности Рц.
Поэтому выражение (9.12) можно использовать для определения
величины отключаемой мощности РОткл, необходимой для восста-
новления частоты при ее снижении от номинального значения
/ном = 50 Гц до некоторой величины /. При этом
Л/1'%) = 5-2ТТГ100 И ДРн(°/о) = -РД(0/о) = -РоТкл(0/о) = ^^100,
50 Р н.ном
где Рц.ном — мощность всей нагрузки системы электроснабжения
при /=50 Гц.
241
Подставляя значения Af% и ДРН% в выражение (9.12), находим
/ЭоТКЛ = (50-/)^р.э.нРн.ном/50. (9.13)
Поскольку величина дефицита активной мощности при разных
авариях может быть самой различной, то нагрузка, отключаемая
АЧР при снижении частоты, должна разбиваться на очереди. Это
необходимо для того, чтобы избежать отключения лишних потреби-
телей при малых дефицитах активной мощности. В связи с этим
схема АЧР выполняется состоящей из нескольких очередей с раз-
ными уставками срабатывания по частоте. При снижении частоты
до величины уставки срабатывания первой очереди АЧР /с р1 при-
ходит в действие первая очередь и отключает определенную часть
потребителей. Если частота продолжает снижаться до величины
fc.p2, то срабатывает вторая очередь АЧР и отключает свою часть
потребителей и т. д. Величина отключаемой нагрузки и количество
очередей должны быть такими, чтобы поднять уровень частоты в
энергосистеме.
Применяются две основные категории автоматической частот-
ной разгрузки: АЧР1 и АЧРП. Первая из них быстродействующая
с единой для всех ее очередей выдержкой времени, не превышаю-
щей 0,5 с и с разными уставками срабатывания по частоте от
47-1-48 Гц до 46-4-46,5 Гц.
Частота срабатывания последующей очереди fc.pn меньше част
тоты срабатывания предыдущей очереди fc.p(n-i) на ступень селек-
тивности по частоте А/с, т. е.
Ус.рл J c.pi'i—1) ДУс’ (J. 14}
Минимально допустимая ступень селективности равна 0,1 Гц.
Таким образом, АЧР1 может содержать более десяти очередей. По-
скольку уставки срабатывания очередей АЧР1 различаются всего
на 0,1 Гц, то возможна и допускается неселективная работа сосед-
них очередей. Для осуществления наиболее гибкой разгрузки стре-
мятся по возможности равномерно распределять между очередями
мощность отключаемой нагрузки.
Мощность потребителей, подключаемых к устройствам АЧР1 с
учетом рекомендуемых законов, определяется по формуле [Л. 72]:
РдЧР! 4-' ДРГ-]-0,05—ДРрез, (9.15)
где АРГ— дефицит генерируемой мощности; АРрез— величина ре-
зерва активной мощности на тепловых электростанциях, находя-
щихся в работе.
Все величины в выражении (9.15) указаны в относительных еди-
ницах, причем за базисную мощность принята потребляемая мощ-
ность энергосистемы (района) в исходном режиме до возникнове-
ния дефицита мощности.
Устройства АЧРП, как и АЧР1, состоят из очередей, но оче-
реди здесь имеют одинаковую уставку по частоте в интервале от
47,5 до 48,5 Гц и отличаются друг от друга выдержками времени.
242
Минимальная уставка по времени принимается равной 154-20 с,
а максимальная — 604-90 с. Ступень селективности А/ принимается
равной 5 с.
Если за указанное время частоту восстановить не удается и она
устанавливается (зависает) на недопустимо низком уровне (48 Ги
и ниже), то начинают срабатывать очереди АЧРН и с соответст-
вующими выдержками времени отключают дополнительную на-
грузку. Суммарная величина нагрузки, подключенной к АЧРН
[Л'. 72]:
Т’а-чрп 0,4РАчр1 (9.16)
(но не менее 0,1). Все величины в (9.16) даны в относительных еди-
ницах аналогично (9.15).
Наряду с указанны-
ми категориями АЧР в
эксплуатации применя-
ют еще дополнитель-
ную (местную) автома-
тическую разгрузку.
Необходимость в этой
категории автоматиче-
ской разгрузки возни-
кает, когда район, по-
лучая основное питание
от энергосистемы, не
имеет достаточного ре-
зерва активной мощно-
сти. Местная частотная
разгрузка позволяет со-
хранить питание наибо-
лее ответственных по- рис 915 Схема распределительной сети с уст-
требителей района при ройствами АВР и АЧР
нарушении связи рай-
она с энергосистемой.
Таким образом, в общем случае устройство АЧР состоит из
двух органов: пускового, реагирующего на изменения частоты (ре-
ле частоты), и органа выдержки времени (реле времени). Имеются
реле, объединяющие оба эти органа [Л. 73].
Действие АЧР необходимо согласовывать с действием других
устройств автоматики. Разгрузка возможна, если отключенные по-
требители не будут включаться повторно устройством АПВ, а уст-
ройство АВР не будет восстанавливать их питание от тех же источ-
ников [Л. 74]. На рис. 9.15 показана распределительная сеть. Рас-
пределительные пункты 1РП, 2РП и ЗРП связаны с источником ИП
питающими линиями 1Л, 2JI, ЗЛ. Кольцо разомкнуто выключате-
лями 1В и 2В, оборудованными устройствами АВР. С помощью
этих АВР одностороннего действия обеспечивается резервное пита-
ние распределительных пунктов 1РП и 2РП по линии ЗЛ. На пи-
тающих линиях предполагается установить устройства АЧР. Для
243
Рис. 9.16. Схема ав-
томатизированной
распределительной
сети
согласованного действия автоматики необходимо, чтобы резервная
линия ЗЛ имела АЧР той же или более ранней очереди, чем рабо-
чие линии 1Л и 2Л. Согласованное действие обеспечивается, если
на линиях 1Л и ЗЛ установить АЧР\ первой очереди, а на линии 2Л
установить АЧР2 второй очереди. В этом случае при действии ав-
томатической частотной разгрузки устройства 1АВР и 2АВР не
срабатывают, так как резервное питание отключается одновремен-
но с рабочим (линии 1Л и ЗЛ) или раньше рабочего (линии 2Л и
и ЗЛ). Для исключения ненужных срабатываний устройств АВР
при восстановлении нормальной схемы резервная линия должна
включаться последней.
Перерывы электроснабжения при автоматической частотной
разгрузке всегда приводят к экономическому
ущербу. При снижении частоты и действии
АЧР желательно сохранить питание ответст-
венных потребителей". Для этого ответственные
нагрузки выделяют на отдельные питающие
линии так, как это показано, например, на
рис. 9.16 [Л. 75]. Согласованное действие ав-
томатики и надежное электроснабжение ответ-
ственных потребителей обеспечиваются при
установке на линии 1Л устройства АЧР, а на
секционном выключател’е — устройства АВР
одностороннего действия, обеспечивающего
резервирование только ответственных нагру-
зок. Следует иметь в виду, что ответственные
потребители предприятия обычно рассредото-
чены по питающим линиям. Для их перевода
на одну линию, как правило, требуется прове-
дение больших работ, связанных с экономиче-
скими затратами. В ряде случаев они могут
оказаться совершенно неоправданными. Неже-
лательным обычно является также перенос
устройств АЧР непосредственно на объекты потребителя, так как
при этом требуются дополнительные затраты и ухудшается конт-
роль со стороны энергосистемы за работой этих устройств ]Л. 76].
При срабатывании АЧР устройства АПВ не должны действо-
вать. Однако после восстановления частоты повторное включение
потребителей должно производиться, как правило, автоматически.
Для этой цели используются имеющиеся на присоединениях уст-
ройства АПВ, дополненные реле частоты. Эти устройства получили
название АПВ после АЧР (ЧАПВ). Действие АПВ при этом раз-
решается при восстановлении частоты, что фиксируется замыкани-
ем контактов реле частоты. Уставка реле частоты принимается
494-50,2 Гц. Минимальная выдержка времени на включение уста-
навливается 104-20 с. В зависимости от местных условий может
приниматься и большая выдержка времени.
В условиях эксплуатации возможны кратковременные сниже-
ния частоты, которые могут приводить к нежелательному срабаты-
244
ванию устройств АЧР. Кратковременное снижение частоты обычно
происходит при переходных процессах, вызванных следующими
причинами:
короткими замыканиями, при которых происходят набросы ак-
тивной мощности в момент повреждения. Это может иметь место
при повреждении реактированных кабельных линий, где составля-
ющая активного сопротивления велика. Такие линии при повреж-
дении обычно отключаются с выдержкой времени 24-3 с. За это
время в энергосистемах небольшой мощности (не более 300 MBA)
частота может снизиться до уставки срабатывания первых очере-
дей АЧР [Л. 77];
качаниями и асинхронным ходом, сопровождающимися про-
хождением уравнительных токов и увеличением вследствие этого
активных потерь, вызывающих дополнительные снижения частоты.
Наряду с этим при асинхронном ходе частота пульсирующего на-
пряжения в различных точках системы электроснабжения различ-
на. Наименьшая частота будет там, где образовался дефицит ак-
тивной мощности. Она может снижаться до 464-47 Гц;
кратковременным отключением подстанции в цикле АПВ или
АВР, когда напряжение на шинах подстанции поддерживается в те-
чение нескольких секунд крупными двигателями и синхронными
компенсаторами. По мере уменьшения скорости вращения двига-
телей и компенсаторов частота напряжения падает. При этом АЧР,
реагирующие на снижение частоты напряжения на шинах подстан-
ции, могут подействовать до того, как будет восстановлено пита-
ние подстанции. Такие действия устройства нежелательны.
Частота в энергосистеме может также кратковременно снизить-
ся вследствие медленного действия регуляторов скорости вращения
гидротурбин. Для исключения ложного срабатывания устройств
АЧР при кратковременных снижениях частоты в схему автоматики
вводят некоторое замедление (порядка 0,5 с) в действие первых
очередей АЧР1.
Такое замедление можно не применять при наличии устройства
ЧАПВ, которое исправляет неселективное действие АЧР при крат-
ковременных снижениях частоты.
§ 9.7. Реле частоты
В основу выполнения реле частоты могут быть положены раз-
личные принципы. До настоящего времени в энергосистемах нахо-
дят применение главным образом реле типа ИВЧ-3, основанные на
индукционном принципе и использующие четырехполюсную маг-
нитную систему. Эти реле обладают двумя существенными недо-
статками: они чувствительны к изменениям напряжения и ложно
работают при его резких изменениях.
Более совершенными являются реле понижения частоты типа
РЧ-1 и реле повышения частоты типа РЧ-2, выполненные на основе
полупроводниковых элементов [Л. 78]. Схемы этих реле анало-
гичны.
245
Реле РЧ-1 содержит фазосдвигающую схему (рис. 9.17, а), со-
стоящую из частотнозависимого элемента (цепь XL — Хс — 3R) и
активного делителя напряжения (цепь 1R — 2R). На вход фазосдви-
гающей схемы подается напряжение сети Uc. Ток 1г, проходящий
по цепи активного делителя, и напряжение С2 всегда совпадают с
напряжением С7с (рис. 9.17, б). Что касается тока /1 в цепи частот-
нозависимого элемента, то его
Рис. 9.17. Фазосдвигающая схема реле частоты
типа РЧ и ее векторные диаграммы
фаза по отношению к напряжению
Сс определяется соот-
ношением сопротивле-
ний Xl и Хс, величина
которых зависит от
частоты приложенного
напряжения. При этом
ток /1 может опере-
жать, совпадать и от-
ставать от напряжения
Сс. Напряжение
всегда совпадает по фа-
зе с током /ь
Таким образом, из-
менение частоты на-
пряжения Uc сопровождается изменением угла <р между напряже-
ниями t71 и О 2- Схема выполнена так, что напряжение отстает
от напряжения lj2 (рис. 9.17, б), если частота в сети больше часто-
Рис. 9.18. Структурная схема реле частоты типа РЧ
ты срабатывания (f>fc.p), и опережает его (рис. 9.17, в), если
/< /с.р-
Структурная схема реле показана на рис. 9.18, а диаграммы,
поясняющие его работу, — на рис. 9.19. Напряжение Uc через раз-
делительный трансформатор Т и полосовой фильтр Ф, устраняю-
щий влияние высших гармоник на работу реле, подается на фазо-
сдвпгающую схему, состоящую из активного делителя А и двух час-
тотнозависимых элементов и Ч2. Первый из них служит для из-
менения частоты срабатывания, а второй — для изменения частоты
возврата реле. В случае необходимости элемент Ч2 может быть
подключен к схеме через внешний контакт К.
246
Напряжения Ui и U2 подаются на вход идентичных формиро-
вателей импульсов, соответственно и Ф2, которые преобразуют
напряжение U\ wU2 в импульсы U<t>i и Uпрямоугольной формы
длительностью до полпериода каждый. Дифференцирующий эле-
мент Д формирует из переднего фронта импульса U®2 короткий
импульс Ид, который вместе с прямоугольным импульсом по-
дается на логический элемент Л, выполняющий логическую опера-
цию «Запрет». Логический элемент Л пропустит импульс U д только
в случае отсутствия на
входе импульса I/ф,. Это
имеет место при f>fc.p,
когда напряжение С:\ от-
стает от напряжения С2
(см. рис. 9.17, б и рис.
9.19, а).
Расширитель импуль-
сов РИ расширяет им-
пульс во времени и вы-
полнен так, что при пода-
че на его вход импульса
Уд сигнал на выходе от-
сутствует, и наоборот.
Выходные сигналы рас-
ширителя Uри усилива-
ются усилителем и пода-
ются к выходному органу
В, что соответствует сра-
батыванию реле. Таким
образом, рассмотренное
устройство действует как
реле понижения частоты,
так как оно срабатывает только тогда, когда на вход логического эле-
мента Л раньше сигнала Ид поступает сигнал £7Ф>. Это будет, если
частота в сети f станет меньше частоты срабатывания Д.р (см.
рис. 9.17, в и рис. 9.19, б).
Для исключения ложной работы реле при исчезновении напря-
жения Uc в схему включен пусковой элемент И, который разрешает
действовать расширителю импульсов РИ только при наличии на-
пряжения на входе реле. Реле РЧ-1 имеет диапазон уставок на
'частоту срабатывания от 50 до 45 Гц и на частоту возврата от 46
до 51 Гц. Кроме того, реле имеет две уставки по времени срабаты-
вания порядка 0,3 и 0,5 с.
§ 9.8. Схемы устройств АЧР
на выпрямленном оперативном токе
На рис. 9.20 показана схема АЧР одной очереди. Реле частоты
Ч срабатывает при снижении частоты до величины уставки и своим
контактом замыкает цепь реле времени В, которое с заданной вы-
держкой времени подает импульс на срабатывание промежуточно-
247
го реле П. Реле П производит отключение выключателей и осу-
ществляет запрет АПВ. Действие устройства АЧР фиксируется
указательным реле У.
Рис. 9.20. Схема устрой-
ства АЧР на выпрямлен-
ном оперативном токе:
а—оперативные цепи; б —
цепи отключения выключа-
телей; в — цепи напряжения
Рис. 9.21. Схема устрой-
ства АЧР на выпрямлен-
ном оперативном токе с
последующим автомати-
ческим повторным вклю-
чением после восстанов-
ления частоты:
а — оперативные цепи; б —
цепи отключения выключа-
телей; в —цепи блокировки
пуска АПВ
На рис. 9.21 показана схема АЧР с последующим АПВ после
восстановления частоты. В этой схеме, как и в предыдущей, отклю-
чение происходит после того, как реле времени замкнет свой кон-
такт В2 и сработает реле 1П. Вместе с ним срабатывает реле 2П,
контакты которого 2П2 и 2/7з размыкают цепи пуска АПВ, запре-
щая повторное включение, а контакт 2/7] размыкает цепь обмотки
реле ЗП, которое, возвращаясь с замедлением 0,84-1 с, размыкает
цепь обмотки реле 1П и снимает отключающий импульс с выклю-
чателей.
Автоматическое повторное включение произойдет только после
восстановления частоты до величины, при которой реле Ч разомк-
248
нет свой контакт и реле 2П вернется в исходное положение. Терми-
ческая стойкость реле времени В при длительных снижениях
частоты достигается автоматическим вводом резистора R в цепь об-
мотки реле времени при его срабатывании.
Обычно устройства АЧР состоят из нескольких очередей, схемы
которых аналогичны рассмотренным ранее. Возможно также вы-
полнение нескольких очередей АЧР с помощью одного реле часто-
ты, уставка срабатывания которого изменяется автоматически
[Л. 72].
ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА, АВТОМАТИКА
И ТЕЛЕМЕХАНИКА ЭЛЕМЕНТОВ СТАНЦИЙ,
ПОДСТАНЦИЙ И ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
ГЛАВА X
ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА
СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ
§ 10.1. Повреждения и ненормальные режимы
синхронных генераторов.
Типы защит синхронных генераторов
и устройств их автоматики
При работе генераторов могут возникнуть электрические по-
вреждения в их обмотках или иметь место ненормальные режимы
работы, способствующие возникновению повреждений. Чтобы пре-
дупредить развитие внутренних повреждений, защиты-от них долж-
ны не только отделять генератор от сети, но и прекращать ток в
его роторе, действуя на автомат гашения поля (АГП).
К повреждениям обмотки статора относятся многофазные корот-
кие замыкания, однофазные замыкания на землю (на корпус) и
замыкания между витками одной фазы.
Многофазные короткие замыкпния могут сопровождаться проте-
канием очень больших токов и появлением электрической дуги в
месте повреждения. Дуга не только разрушает изоляцию, но и мо-
жет привести к выплавлению значительного количества стали маг-
нитопровода статора. При ремонте генератора с таким поврежде-
нием необходимо делать переборку магнитопровода, статора. Для
ограничения размеров повреждений защита от многофазных корот-
ких замыканий в обмотке статора выполняется быстродействующей.
Однофазные замыкания на землю сопровождаются большими
токами лишь у генераторов напряжением до 500 В, имеющих зазем-
ленную нейтраль. В сетях Зч-Ю кВ с изолированными нейтралями
или с включенными в нейтрали дугогасящими катушками токи за-
мыкания на землю несоизмеримо меньше токов многофазных ко-
ротких замыканий. Опыт эксплуатации и результаты специальных
экспериментов показывают, что немедленное отключение генерато-
ров требуется лишь в случаях, когда ток однофазного замыкания
250
на землю в обмотке статора превышает 5 А. Поэтому защита от
однофазных замыканий на землю у генераторов напряжением 3 кВ
и выше действует на сигнал, если ток замыкания на землю оказы-
вается менее 5 А, и на отключение — если он превышает 5 А.
Замыкания между витками одной фазы могут приводить к та-
ким же последствиям, что и многофазные короткие замыкания.
Однако вероятность их возникновения невелика. Поэтому специаль-
ная защита от замыканий между витками фазы устанавливается
лишь на генераторах, имеющих отдельные выводы параллельных
ветвей обмотки статора (для них она выполняется достаточно
просто).
К повреждениям обмотки ротора относятся замыкания на землю.
Так как цепи возбуждения выполняются изолированными от земли,
то замыкание на землю в одной точке обмотки ротора непосредст-
венной опасности для генератора не представляет: режим работы
цепи возбуждения не изменяется, а через место повреждения ток не
проходит. Если же возникает замыкание на землю во второй точке,
то часть обмотки ротора оказывается зашунтированной, ток обмот-
ки возрастает и перегревает ее. Кроме того, из-за шунтирования
части витков магнитный поток ротора становится несимметричным
и вызывает механическую вибрацию ротора. Эта вибрация особен-
но велика у явнополюсных машин— гидрогенераторов и синхрон-
ных компенсаторов. Поэтому для гидрогенераторов предусматрива-
ется защита от замыканий На землю в одной точке цепи возбужде-
ния. На турбогенераторах такую защиту не устанавливают, но
периодически выполняют замеры сопротивления изоляции цепей
возбуждения. Обнаружив замыкание в одной точке цепи возбужде-
ния турбогенератора, на нем устанавливают защиту от второго за-
мыкания на землю.
Основные ненормальные режимы синхронных генераторов: про-
текание сверхтоков перегрузки или сверхтоков внешних коротких
замыканий; несимметрия токов в фазах; повышение напряжения.
Последствия большинства этих режимов были рассмотрены в§ 1.4.
Здесь же остановимся лишь на несимметрии токов в фазах, которая
может возникать при несимметричных внешних коротких замыка-
ниях, при неполнофазном режиме работы сети генераторного напря-
жения и при значительной однофазной нагрузке. Несимметрия ха-
рактеризуется появлением токов обратной последовательности,
вызывающих перегрев ротора и его вибрацию.
Для ликвидации каждого из ненормальных режимов может ус-
танавливаться своя защита: от симметричных перегрузок; от пере-
грузок токами обратной последовательности и др. Некоторые из
упомянутых ранее защит имеются не на всех генераторах. Какие
именно защиты нужно устанавливать на генераторе, регламентиру-
ется в зависимости от его напряжения и мощности [Л.29]. В соот-
ветствии с этим далее, при рассмотрении защиты генераторов, они
разделены на три группы: 1) низковольтные напряжением до
1000 В; 2) высоковольтные мощностью до 1 МВт; 3) высоковольт-
ные мощностью свыше 1 МВт.
251
Рис. 10.1. Расчетные
точки повреждения
при выборе предохра-
нителей для защиты
генераторов
с энергосистемой или
Помимо устройств релейной защиты генераторы снабжаются
устройствами автоматики. Наиболее широко применяются устрой-
ства автоматического регулирования возбуждения (АРВ). Для
включения генераторов на параллельную работу с другими генера-
торами или с энергосистемой служат устройства автоматической
синхронизации. На автоматизированных ГЭС применяются устрой-
ства автоматического пуска гидротурбин. Последние два вида уст-
ройств автоматики в книге не рассматриваются; сведения о них
можно найти в [Л. 41].
§ 10.2. Защита низковольтных
генераторов
Низковольтные генераторы имеют высокий запас прочности изо-
ляции. Их повреждения относительно редки, что позволяет приме-
нять упрощенную защиту.
Защита от междуфазных коротких замыканий. Для генераторов
мощностью 150 кВт и менее эта защита мо-
жет выполняться плавкими предохраните-
лями (рис. 10.1). Предохранители выбира-
ются по ранее приведенным условиям (4.1),
(4.2), при этом в условии (4.1) ток
/к.з.макс определяется по-разному — в зави-
симости от того, работает ли генератор оди-
ночно или параллельно с другими генерато-
рами (с энергосистемой). В первом случае
под этим током понимается ток 7к.з.г, иду-
щий от генератора (в точку К.\ на рис. 10.1),
а во втором — ток 7К.3.С, идущий от энерго-
системы (в точку Л'2 на рис. 10.1). В первом
условии (4.2) в качестве тока 7раб.макс при-
нимается номинальный ток генератора
/г.ном, а при выборе коэффициента запаса
&зап меньшее значение принимается для оди-
ночно работающего генератора и большее
для генераторов, работающих параллельно
другими генераторами.
Проверку селективности и чувствительности выбранных предо-
хранителей производят по правилам, изложенным в § 4.3, причем
при оценке селективности учитывается, что токи повреждения, про-
текающие через два последовательно установленных предохраните-
ля (генераторный и на отходящей линии), могут оказаться нерав-
ными (при параллельной работе генераторов).
Токовая защита, осуществляемая автоматами, выполняется
двухфазной, если нейтраль генератора не заземлена, и трехфазной
при заземлении нейтрали. Автоматы устанавливаются со стороны
шинных выводов генератора при его параллельной работе с други-
ми генераторами, а при работе на изолированную сеть — со сторо-
ны нулевых выводов. Автоматы с комбинированными расцепителя-
ми осуществляют защиту генератора от коротких замыканий и
252
перегрузок, а с дополнительным минимальным расцепителем — за-
щиту от понижения напряжения. Блок-контакт автомата может
использоваться для отключения автомата гашения поля (АГП).
Для генераторов мощностью 1 МВт и менее АГП допускается не
делать [Л. 29].
Выбор автоматов осуществляется по правилам, ранее приведен-
ным в § 4.5, с учетом тех же особенностей, какие имели место при
защите генератора плавкими предохранителями. При выборе авто-
матов принимается /расч=/г.ном.
Максимальная токовая защита генераторов с помощью вторич-
ных. реле косвенного действия применяется тогда, когда коммута-
ционным аппаратом генератора служит контактор с защелкой (см.
§ 3.2). Трансформаторы тока этой защиты устанавливаются в том
же количестве и в тех же местах, что и автоматы защиты, рассмот-
ренной ранее. Ток срабатывания защиты выбирается по выражению
-^с.з (^зай^сз/^в) ^г.ном’ (10.1)
где ifeC3= 1,54-1.7.
Чувствительность защиты проверяется по (5.8), где ток /р оп-
ределяется для установившегося режима трехфазного короткого
замыкания на выводах одиночно работающего генератора. Если
оказывается, что Ач< 1,2, то /с.з снижают, обеспечивая fe4=l,2, а
отстройку от токов самозапуска осуществляют по времени. Для это-
го удобно использовать реле РТ-80.
Если генератор работает параллельно с другими генераторами
или энергосистемой, то при повышенных требованиях к надежно-
сти и селективности действия дополнительно к максимальной токо-
вой защите устанавливается токовая отсечка [Л. 29]. Отсечка выпол-
няется с помощью одного реле, включенного на разность токов двух
фаз, либо с помощью двух-трех реле, включенных на токи фаз.
Реле отсечки подключаются к трансформаторам тока, установлен-
ным со стороны шинных выводов генератора, и действуют за счет
тока, идущего к месту повреждения в генераторе от других источ-
ников. Ток срабатывания отсечки должен удовлетворять условиям:
I \ ь г
* с.з ^запР к.з.макс’
/с.з ^зап2^кач’
где /к.з.макс и Дач — соответственно периодическая слагающая тока
генератора при трехфазном коротком замыкании на шинах генера-
торного напряжения и возможный ток качаний, возникающий при
несинхронной работе генератора. Коэффициенты запаса выбирают-
ся в следующих пределах: &3ani = l,6—1,8 при выполнении отсечки
с реле РТ-80; &зап] = 1,3 при выполнении отсечки с реле РТ-40;
^зап2 = 1,2 1,3.
Расчетным видом повреждения при определении чувствительно-
сти отсечки генератора, работающего с изолированной нейтралью,
является короткое замыкание между фазами на выводах. При за-
земленной нейтрали следует рассмотреть однофазные и двухфазные
(10.2)
253
короткие замыкания. Чувствительность отсечки считается достаточ-
ной при k4^2.
Защита от замыканий на землю в обмотке статора. Эта защита
необходима для генераторов, работающих с заземленной нейтралью.
Надобность в такой защите отпадает, если защита от многофазных
коротких замыканий выполняется трехфазной. При двухфазном
выполнении защиты от многофазных замыканий дополнительно к
ней должна предусматриваться защита нулевой последовательно-
сти— максимальная токовая или продольная дифференциальная.
Схемы таких защит показаны.на рис. 10.2 [Л. 79].
Рис. 10.2. Защита нулевой последовательности для генерато-
ров с заземленной нейтралью:
а — максимальная токовая; б — продольная дифференциальная с
фильтром токов нулевой последовательности и трансформатором тока
в нейтрали; в — продольная дифференциальная с одним трансформа-
тором тока нулевой последовательности
В схеме максимальной токовой защиты нулевой последователь-
ности (рис. 10.2, а) токовое реле Т включено через трансформатор
тока 7'7' в нулевой провбд генератора Г. Это реле может действо-
вать при коротких замыканиях на землю в сети генераторного на-
пряжения, поэтому защита отстраивается от таких режимов с по-
мощью выдержки времени (реле В). Выбор тока срабатывания и
выдержки времени этой защиты выполняется так же, как и для
аналогичной защиты сетей (см. § 5.5).
Продольная дифференциальная защита нулевой последователь-
ности (рис. 10.2, б и в) реагирует только на повреждения в генера-
торе и поэтому в выдержке времени не нуждается. В схеме диффе-
ренциальной защиты, приведенной на рис. 10.2, б, реле Т включено
на разность токов фильтра токов нулевой последовательности
(группа трансформаторов тока 77'7') и трансформатора тока в ну-
левом проводе (27'7'). Чтобы защита не отключала генератор при
обрывах в цепях обмоток трансформаторов тока ITT, ее ток сраба-
тывания выбирается больше номинального тока генератора:
4.3=Wr.H0M, (Ю-З)
где /гзац= 1,34-1,4.
254
Схема дифференциальной защиты, приведенная на рис. 10.2, в,
более простая. В ней применен один трансформатор тока нулевой
последовательности ТНП. Кроме проводов трех фаз через окно ТНП
проходит провод, заземляющий нулевую точку генератора. Поэто-
му ток в реле Т пропорционален разности магнитного потока, соз-
даваемого токами фазных проводов, и потока, создаваемого током
нулевого провода. В случае внешнего короткого замыкания на зем-
лю эти потоки равны и противоположны и ток в реле Т отсутствует.
При коротком замыкании на землю в обмотке статора оба магнит-
ных потока ТНП суммируются и реле Т действует на отключение
генератора. Ток срабатывания защиты выбирается по (10.3), где
принимают йзап=0,24-0,4.
Защита от перегрузки. Самостоятельная токовая защита от пе-
регрузки на низковольтных генераторах обычно не устанавливает-
ся и ее функции выполняет защита от многофазных коротких замы-
каний, осуществляемая автоматами с комбинированными расцепи-
телями или токовыми реле типа РТ-80.
§ 10.3. Защита высоковольтных генераторов
мощностью до 1 МВт
Высоковольтные генераторы мощностью до 1 МВт изготовляются
на напряжение 3(6) кВ. Являясь более ответственными, чем низко-
вольтные генераторы, они имеют большее число защит. Вместо
общей защиты от всех видов многофазных коротких замыканий
для них предусматривается отдельная защита от коротких замыка-
ний в статоре и защита от внешних коротких замыканий. Кроме
того, на гидрогенераторах устанавливается дополнительно защита
от повышения напряжения.
Защита от многофазных коротких замыканий в обмотке статора.
Эту защиту осуществляет токовая отсечка. Ее выполнение, расчет
тока срабатывания и требования к чувствительности такие же, как
у токовой отсечки низковольтных генераторов (см. § 10.2). Отсечка
может выполняться с реле прямого действия.
При недостаточной чувствительности отсечки (йч<2) вместо нее
применяется продольная дифференциальная защита (при нали-
чии выводов отдельных фаз со стороны нейтрали). Принцип дейст-
вия этой защиты здесь не рассматривается, так как он аналогичен
принципу действия продольной дифференциальной защиты (см.
§ 8.2). Выполнение защиты также аналогично — по схеме с цирку-
лирующими токами, с подключением к двум группам трансформа-
торов тока, имеющих одинаковые коэффициенты трансформации
(рис. 10.3). Первая группа трансформаторов тока (ITT) устанав-
ливается со стороны шинных выводов, а вторая (2ТТ) —со стороны
нейтрали. Трансформаторы тока ITT располагаются у генератор-
ного выключателя В, чтобы в зону действия защиты входили соеди-
нения генератора с выключателем. В схеме защиты используются
реле косвенного действия типа РТ-40, но могут применяться и реле
прямого действия типа РТМ.
255
При внешних коротких замыканиях через реле продольной диф-
ференциальной защиты проходит ток небаланса. Для его уменьше-
ния трансформаторы тока подбирают с одинаковыми характеристи-
ками, сопротивления плеч защиты выравнивают подбором сечения
соединительных проводов, а последовательно с токовыми реле
включают добавочные резисторы /? сопротивлением 54-10 Ом (см.
рис. 10.3).
Рис. 10.3. Продольная дифференциальная защита ге-
нератора с реле РТ-40
Расчетный ток небаланса, приведенный к первичной стороне,
^нб.макс.расч ^бдн^апер (8/100) ^к.з.ви.макс, (Ю-4)
где АОда=0,5 — коэффициент однотипности трансформаторов тока;
&апер= 1,54-2,0 — коэффициент, учитывающий наличие апериодиче-
ской слагающей в токе короткого замыкания; е/100 — полная отно-
сительная погрешность трансформаторов тока; /к.з.вн.макс— периоди-
ческая слагающая (при /=0) тока генератора при внешнем трех-
фазном коротком замыкании на шинах генераторного напряжения.
Ток срабатывания дифференциальной защиты должен удовле-
творять следующим условиям:
^с.з ^-зап^нб.макс.расч’ (10.5)
^с.з ^зап^"г.ном’ (10.6)
ГДе &зап=1,3.
Выполнением условия (10.6) предотвращается ложное действие
защиты в случае обрыва-соединительных проводов или поврежде-
ния одного из трансформаторов тока.
Проверяя чувствительность дифференциальной защиты, ток
/к а мии находят для двух возможных режимов: 1) повреждение оди-
ночно работающего генератора, когда ток к месту повреждения
идет только от генератора; 2) повреждение генератора, включаемо-
256
го в сеть методом самосинхронизации, когда к месту повреждения
ток подходит только из сети. Условию должен удовлетворять
меньший из двух найденных токов /к.3.Мин.
Дифференциальная защита двухфазного исполнения (см.
рис. 10.3) не может отключать двойные замыкания на землю, если
одно из мест повреждения находится в сети генераторного напря-
жения, а второе — в фазе генератора, не имеющей трансформато-
ров тока. Такие повреждения ликвидируются защитами от замыка-
ний на землю: защитой поврежденного элемента сети и защитой
генератора.
Для одиночно работающих генераторов в качестве защиты от
многофазных коротких замыканий допускается использовать мак-
симальную токовую защиту со
стороны нейтрали, аналогич-
ную соответствующей защите
низковольтных генераторов, а
при отсутствии выводов от-
дельных фаз со стороны нейт-
рали — минимальную защиту
напряжения, показанную на
рис. 10.4 [Л. 79]. В этой защите
применены три минимальных
реле напряжения типа РН-54,
подключенных к трансформа-
тору напряжения TH. При пов-
Рис. 10.4. Минимальная защита напря-
реждениях в его вторичных це- жения
пях срабатывает автомат Ав,
который своим блок-контактом БК.Ав выводит защиту из действия.
При установке этой защиты на турбогенераторах ее напряже-
ние срабатывания выбирают из условия недействия при потере
возбуждения:
67С.3^(0,5-0,6)£7Г.НОМ.
(Ю.7)
Для гидрогенераторов такую отстройку не делают, и расчетным
является условие обеспечения возврата реле напряжения после от-
ключения внешнего короткого замыкания:
^с.з ^раб.минЛ^зап^в)’ (10.8)
Применяемые в защите реле напряжения имеют Ав= 1,154-1,2;
£зап=1,2, поэтому для гидрогенераторов (/с.з~0,7 t/раб.мин.
Выдержка времени защиты берется больше максимального вре-
мени действия /э.макс защит смежных отходящих элементов станции:
^=4.макс + Д^ (Ю.9)
' Защита от замыканий на землю в обмотке статора. Защита вы-
полняется в виде токовой защиты нулевой последовательности,
реагирующей на токи установившегося режима, с кабельным
трансформатором тока нулевой последовательности (см. § 5.6) со
9—2008 257
стороны шинных выводов генератора. Защита, как- правило, дейст-
вует на отключение.
Защита от внешних коротких замыканий. Эта защита выполня-
ется максимальной токовой с выдержкой времени, двухрелейной
или однорелейной (с включением реле на разность токов двух фаз).
Токовые реле (типа РТВ или РТ-86) желательно подключить к
трансформаторам тока со стороны нейтрали, чтобы резервировать
дифференциальную защиту генератора.
Ток срабатывания защиты выбирается по (10.1), а выдержка
времени — по (10.9). Если шины генераторного напряжения секци-
онированы, то" за щи ту целесообразно выполнять с двумя выдержка-
ми времени. С выдержкой времени выбираемой по (10.9), она
должна действовать на отключение секционного выключателя, а с
выдержкой времени /г = ^ + А^ — на отключение генератора.
Защита от симметричных перегрузок. Схема защиты содержит
одно токовое реле, включенное на ток фазы, и термически устойчи-
вое реле времени. Ток срабатывания защиты выбирают по выраже-
нию (10.1), в котором принимают А3ап=1,05 при действии защиты
на сигнал и /гзап= 1,14-1,2— при ее действии на разгрузку или от-
ключение (для гидрогенераторов). Выдержка времени защиты при-
нимается больше времени срабатывания защиты от внешних корот-
ких замыканий.
Максимальная защита напряжения. Как уже отмечалось, эта
защита устанавливается только на гидрогенераторах. Кроме макси-
мального реле напряжения, подключенного к трансформатору на-
пряжения генератора и имеющего уставку срабатывания (7с.р=
= (1,54-1,7) t/г.ном/Ян, защита содержит реле времени с уставкой
0,54-1 с. Выдержка времени предотвращает действие защиты при
кратковременных повышениях напряжения, устраняемых системой
автоматического регулирования возбуждения. Защита действует
на отключение генераторного выключателя и АГП.
§ 10.4. Защита высоковольтных генераторов
мощностью более 1 МВт
Защиты, устанавливаемые на высоковольтных генераторах
мощностью до 1 МВт, используются и на более мощных генерато-
рах. Применительно к этим генераторам остается неизменным
только выполнение максимальной защиты напряжения и защиты
от симметричных перегрузок. Остальные защиты, как правило, ус-
ложняются. Кроме того, генераторы мощностью более 1 МВт долж-'
ны иметь следующие виды защиты: от замыканий между витками
фазы (при наличии отдельных выводов параллельных ветвей об-
мотки статора); от перегрузки токами обратной последовательно-
сти; от замыканий на землю цепи возбуждения — в одной точке
(для гидрогенераторов) или во второй точке (для турбогенерато-
ров).
Защита от многофазных коротких замыканий в обмотке статора.
Основной защитой от этих видов повреждений у рассматриваемых
258
генераторов является продольная дифференциальная защита. Она
может выполняться с обычными токовыми реле (как у генераторов
мощностью до 1 МВт), а также с реле, включенными через проме-
жуточные быстронасыщающиеся трансформаторы тока (реле типа
РНТ).
Одной из разновидностей реле РНТ является РНТ-565
(рис. 10.5, а). Оно состоит из исполнительного органа Т (электро-
магнитное реле типа РТ-40) и промежуточного быстронасыщающе-
гося трансформатора (БНТ) с трехстержневым магнитопроводом,
на котором размещены обмотки: первичная дифференциально вклю-
чаемая дадиф; вторичная рабочая ге>раб; Две уравнительные ШурТ
5)
Рис. 10.5. Продольная дифференциальная защита генератора с реле, включен-
ными через быстронасыщающиеся трансформаторы тока:
а — упрощенная схема реле РНТ-565; б —схема защиты
И ®урп; две части короткозамкнутой дак.з- Промежуточный транс-
форматор и реле встроены в общий кожух. Все обмотки БНТ, кро-
ме вторичной рабочей дараб и короткозамкнутой дак_3, выполнены
секционированными с отводами для возможности ступенчатой регу-
лировки параметров реле. Короткозамкнутая обмотка способству»
ет отстройке реле от переходных значений токов небаланса. Изме-
нением сопротивления в цепи этой обмотки можно регулировать
эффективность действия БНТ.
Наличие уравнительных обмоток позволяет использовать реле
для защиты элементов с неодинаковыми токами по концам защи-
щаемой зоны. При этом вторичные токи /21 и /211 также неодинако-
вы. Поэтому ток в обмотке реле уже при нормальной работе и внеш-
них коротких замыканиях мог бы иметь значительную величину.
Уравнительные обмотки включаются в плечи дифференциальной за-
щиты так, чтобы результирующая магнитодвижущая сила, обуслов-
ленная прохождением токов I21 и /211 в уравнительных обмотках и
9* 259
тока /даф=/21—Лп в дифференциальной обмотке, при нормальной
работе и внешних коротких замыканиях была равна нулю. Благо-
даря этому обеспечивается отсутствие тока в обмотке реле.
У генераторов токи по концам защищаемой зоны одинаковы,
поэтому надобность в выравнивании токов плеч отпадает, и в схеме
продольной дифференциальной защиты можно использовать толь-
ко дифференциальную обмотку реле РНТ-565, оставив уравнитель-
ные обмотки разомкнутыми. Схема такой защиты в трехфазном
исполнении показана на рис. 10.5, б. В ее нулевой провод включено
реле То, сигнализирующее о появлении обрыва во вторичных це-
пях трансформаторов тока. При обрыве через реле То начинает
протекать ток фазы генератора, поэтому первичный ток срабатыва-
ния сигнализации берется меньше номинального тока генератора
(порядка 0,2/г.ноМ). Выдержка времени сигнализации должна быть
больше выдержки времени защиты генератора от внешних корот-
кйх замыканий.
Схемы дифференциальной зашиты с реле РНТ-565 обеспечива-
ют лучшую отстройку от тока небаланса, обусловленного апериоди-*
ческой составляющей тока короткого замыкания, чем схемы с реле
РТ-40. Поэтому при определении тока небаланса защиты с реле
РНТ-565 значение kanep в (10.4) уменьшается до 1,2.
Ток срабатывания дифференциальной защиты, выполненной по
схеме рис. 10.5, а, выбирается по (10.5) и (10.6), а число витков об-
мотки и>диф определяется по формуле:
®диф—-^с.р/4.р. (10.10)
где Fc.p — м. д. с. срабатывания реле.
Для гидрогенераторов мощностью более 5 МВт и турбогенерато-
ров мощностью более 100 МВт рекомендуется выполнять защиту с
током срабатывания, меньшим /г.ном (Л. 29], т. е. условие (10.6)
для них не должно учитываться. Так как при /с.3</г.ном рассмотрен-
ная схема будет ложно отключать генератор при возникновении
обрыва в плечах защиты, то для указанных ранее генераторов она
нежелательна. В этих случаях может применяться защита повы-
шенной чувствительности со специальной схемой включения реле
РНТ-565 (с использованием обмоток даур) [Л. 80].
Защита от замыканий на землю в обмотке статора. Эта защита,
как и для высоковольтных генераторов меньшей мощности, выпол-
няется в виде защиты нулевой последовательности. Однако для по-
вышения чувствительности в ней применяется специальный транс-
форматор тока нулевой последовательности ТНП с подмагничива-
нием (рис. 10.6, а). Подмагничивание состоит в том, что с помощью
дополнительной обмотки в ТНП создается вспомогательный магнит-
ный поток, за счет которого трансформатор работает в оптималь-
ном режиме, отдавая во вторичную цепь наибольшую мощность.
Магнитодвижущая сила F3, обусловленная первичным током
замыкания на землю, при одном витке первичной обмотки транс-
форматора мала. Из характеристики намагничивания ТНП
(рис. 10.6, б) видно, что при отсутствии подмагничивания м. д. с. Fa
260
создает во вторичной обмотке ТНП небольшую э.д.с. Е2'. При нали-
чии подмагничивания его магнитодвижущая сила Fn перемещает
рабочую точку характеристики в область наибольшей крутизны, в
результате чего э.д.с. во вторичной обмотке возрастает до величины
Е2"- Э.д.с. возрастает в 15-4-20 раз, и во столько же раз увеличива-
ется ток в реле, т. е. повышается чувствительность защиты.
Источником тока подмагничивания служит трансформатор на-
пряжения. Чтобы подмагничивание не приводило к появлению тока
в реле защиты при отсутствии повреждений, сердечник ТНП вы-
полняют из двух частей, имеющих самостоятельные секции обмотки
подмагничивания шПодм и вторичной обмотки w2 (рис. 10.6, а). По
Рис. 10.6. Трансформатор тока нулевой последовательности с подмагничи-
ванием:
а — конструктивное выполнение; б — характеристика намагничивания; в — эквивалентная
схема защиты с ТНП
отношению одна к другой секции обмотки ауПОдм включены встреч-
но, а секции обмотки w2— согласно. Поэтому э.д.с, наводимые в
секциях вторичной обмотки магнитным потоком подмагничивания,
компенсируются, а при отсутствии составляющих нулевой последо-
вательности в первичных токах по обмотке реле протекает только
ток небаланса /нб.вт.
В общем случае ток /нб.вт содержит две составляющие, одна из которых
/иб.иес.вт обусловлена несимметричным расположением первичных токопроводов
относительно вторичной обмотки, а вторая /нб.подм.вт— неидентичностью обоих
сердечников ТНП. В паспортных данных ТНП [Л.81] задаются не эти составляю-
щие, а соответствующие им э. д. с. небаланса £нб.иес и £нб.подм при номиналь-
ном режиме трансформаторов тока (/т.т=/т.т.ном и {7ПОдм = {7Подм.вом). Опреде-
ляя вторичный ток небаланса, его обе составляющие складывают арифметически
(это соответствует наихудшему случаю — их совпадению по фазе), причем со-
ставляющую /иб.иес.вт находят не для номинального режима ТНП, а для слу-
чая внешнего короткого замыкания, когда в первичной цепи протекает, ток, в k
раз больший, чем ток /т.т.ном. Поэтому формула для вторичного тока небаланса
имеет вид [Л.82]:
Л1б.вт ^£нб.иес/С*-р “Ь ^-э.иам.вт) “Ь ^нб.подм/^р* (10.11)
Здесь Zp и Z3.вам.вт — соответственно сопротивление обмотки реле и эквива-
лентное сопротивление ветви намагничивания трансформатора тока, отнесенное
ко вторичной обмотке (рис. 10.6, в). При исчезновении подмагничивания (напри-
261
мер, из-за обрыва в цепи обмотки гсподм) второе слагаемое в (10.1:1) обращается
в нуль (так как £Нб.жодм=0), но одновременно резко падает сопротивление
2Э.нам.вт. Поэтому в целом ток /Нб.вт может возрасти. Полагая в (10.11)
£>нб.подм=0 и ^э.нам.вт^О, получаем
, 7нб.вт = ^^нб.нес/^р- (10.12)
При определении вторичного тока небаланса расчетным служит большее из двух
значений, полученных по (10.11) и (10.12).
Для нахождения первичного тока небаланса /Нб обратимся к эквивалентной
схеме защиты с ТНП (рис. 10.6 в). Первичный ток небаланса /нб', приведенный
ко вторичной обмотке, распределяется между сопротивлениями 7э.нам.вт и Z9
обратно пропорционально их величинам. Поэтому
W2 г нам. вт Т"
^нб — At6= ^нб.вт ~ ~
wl ^э.нам.вт
(10.13)
где Ш! = 1 —число витков первичной обмотки ТНП; w2 — число витков вторичной
обмотки (имеется в паспортных данных).
Для защиты генераторов применяются ТНП шинного и кабель-
ного типа. В первых из них роль первичной обмотки выполняют
три изолированные одна от другой шины, проходящие через окно
сердечника. В кабельных ТНП через окно сердечника пропускают
трехфазные кабели.
При внешних коротких замыканиях в реле, подключенном к
ТНП, появляется большой ток небаланса. Отстройка по току сраба-
тывания от токов небаланса при внешних коротких замыканиях
недопустимо загрубила бы защиту генератора от замыканий на
землю. Чтобы этого не делать, к одному и тому же ТНП подключа-
ют два токовых реле: чувствительное и грубое. Чувствительное ре-
ле, предназначенное для действия при замыканиях на землю в ге-
нераторе, от внешних коротких замыканий не отстраивается, а при
их возникновении выводится из действия с помощью блокировки.
Блокировка выполняется с помощью промежуточного реле, управ-
ляемого токовыми реле защиты генератора от внешних многофаз-
ных коротких замыканий. При двойных замыканиях на землю, ког-
да одно из них находится в сети, блокировка выводит из действия
чувствительное реле, но при этом остается в работе и может дейст-
вовать грубое реле.
Эти принципы положены в основу схемы защиты от замыканий
на землю с ТНП, показанной на рис. 10.7. Чувствительное реле 1Т
в этой схеме действует на отключение с выдержкой времени
0,54-1 с, создаваемой реле В для отстройки от переходных значений
емкостного тока при внешних замыканиях на землю. Реле 1П явля-
ется блокирующим; оно разрывает оперативную цепь реле 1Т при
внешних коротких замыканиях. Грубое реле 2Т действует на от-
ключение без выдержки времени.
Ток срабатывания чувствительного комплекта защиты опреде-
ляется по формуле
^с.з1==(^зап/сг-Ь £зап^нб)/^в> (10.14)
где /сг — установившийся емкостный ток замыкания на землю за-
262
щищаемого генератора (приводится в его паспортных данных);
/Нб — ток небаланса защиты, соответствующий току срабатывания
блокировки; &'зап=24-3 и А"зап= 1,34-1,5 — коэффициенты запаса,
учитывающие броски емкостного тока в неустановившемся режиме
(^'зап) и неточность расчета тока небаланса (&"зап).
Ток срабатывания грубого комплекта защиты отстраивается от
переходных значений емкостного тока при внешних коротких замы-
каниях. Обычно принимают /с.3= 100 А, что соответствует отстройке
от указанного тока со значительным запасом.
Рис. 10.7. Защита от замыканий на землю с трансформа-
тором тока нулевой последовательности, имеющим под-
магничивание
Рассмотрев эквивалентную схему защиты (рис. 10.6, в),
можно получить связь между первичным током срабатывания /с.з
и током срабатывания реле /с.р:
/с.р = Л.з^э.ИаМ.вт/[(^э.нам.вт + ^1;),аУ2]- (10.15)
Подставляя в (10.15) значения токов /с.31 и /с.32, находят токи сра-
батывания соответственно реле 1Т и 2Т.
Достоинством рассмотренной защиты ц ТНП является'ее высо-
кая чувствительность. Недостатки защиты — ее сложность и нали-
чие мертвой зоны при повреждениях у нейтрали генератора.
Защита от внешних коротких замыканий. Простая максималь-
ная токовая защита с выдержкой времени (как у генераторов мощ-
ностью до ГМВт) не отличает токи внешних коротких замыканий
от токов перегрузки, если они имеют одинаковый порядок. Поэтому
в эту защиту вводят минимальный пусковой орган напряжения
(реле 1Н-—ЗН на рис. 10,8, а). Выдержку времени этой защиты
(две выдержки у двухступенчатой защиты) выбирают так же, как
для защиты аналогичного назначения генераторов мощностью до
1 МВт, ток срабатывания — по (10.1) при feC3=l, а напряжение
срабатывания Uc,3 — по (10.7) или (10.8). Получаемое при этом
напряжение Uc,3 часто соизмеримо с остаточным напряжением при
двухфазных коротких замыканиях за реакторами и трансформато-
рами, присоединенными к шинам генераторного напряжения. В та-
263
ких случаях защита может не подействовать из-за отказа реле
напряжения.
Поэтому было предложено (Мосэнерго) вместо минимального,
пускового органа напряжения использовать комбинированный пус-
ковой орган напряжения (рис. 10.8, б), состоящий из минимального
реле напряжения 1Н, включенного на междуфазное напряжение,
и максимального реле напряжения 2Н, которое присоединяется к
фильтру напряжения обратной последовательности ФНОП. Нали-
чие реле 1Н позволяет отстраивать защиту от перегрузок и опреде-
ляет ее чувствительность только при трехфазных коротких замыка-
Рис. 10.8. Токовая защита с пуском напряжения от
внешних коротких замыкании:
а —с тремя минимальными реле напряжения; б*—комбини-
рованный пусковой орган напряжения; стрелками оканчива-
ются провода, идущие: / — на блокировку защиты от замы-
каний на землю, 2 — на сигнал с выдержкой времени через
блок-контакт выключателя, 3 — на выходное промежуточное
реле
ниях. Благодаря реле 2Н схема имеет повышенную чувствитель-
ность, независящую от группы соединения обмоток трансформатора,
з*а которым произошло несимметричное короткое замыкание. Сра-
батывая при несимметричных коротких замыканиях, оно разрыва-
ет цепь обмотки реле 1Н, обеспечивая его действие независимо от
величины остаточного напряжения. Реле 2Н кратковременно сра-
батывает и при трехфазных коротких замыканиях, в* связи с чем
схема имеет повышенную чувствительность и к симметричным по-
вреждениям. Это объясняется тем, что в связи* с кратковременным
разрывом цепи реле 1Н работает в условиях возврата, а так как
напряжение возврата минимального реле больше напряжения сра-
батывания в kB раз, то и чувствительность защиты повышается в
kB раз.
Напряжение срабатывания реле 1Н выбирается так же, как и в
схеме защиты с минимальным пусковым органом напряжения. Что
касается реле 2Н, то его напряжение срабатывания должно быть
264
коротких
замыканиях токи
Рис. 10.9. Поперечная диффе-
ренциальная защита генера-
тора
отстроено от напряжения небаланса U2B6 по выражению:
^2с.р ^'зап^2нб/^'в*
По данным экспериментов и опыта эксплуатации рекомендуется
принимать и2с.р=6 В, что соответствует минимальной уставке
фильтр-реле типа РНФ-1М, выпускаемого с пределами срабатыва-
ния 6—12 В.
Защита от замыканий между витками фазы. Для защиты от
этих видов замыканий наибольшее применение находит поперечная
дифференциальная защита в односистемном исполнении (рис. 10.9).
В нормальном режиме и при внешних
обеих параллельных ветвей обмотки
статора одинаковы. Поэтому через
ТТ0 в этих случаях проходит только
некоторый ток небаланса, обуслов-
ленный искажением кривой э. д. с.
генератора и токами нулевой после-
довательности, вызванными несим-
метрией фаз. Для отстройки от то-
ков высших гармоник, кратных трем,
реле защиты Т подключается к
трансформатору тока ТТ0 через
фильтр Ф основной частоты. Токи
высших гармоник замыкаются через
конденсатор фильтра и в обмотку
реле Т не поступают. При замыка-
нии между витками одной фазы че-
рез трансформатор тока ТТ0 начи-
нает проходить уравнительный ток,
реле Т. Защита может работать без выдержки времени, однако при-
менительно к турбогенераторам предусматривается возможность ее
переключения на действие с выдержкой времени 0,5-1-1 с (в слу-
чаях работы с замыканием на землю в одной точке цепи возбужде-
ния). Выдержка времени необходима для отстройки от случайных
кратковременных замыканий во второй точке цепи возбуждения,
когда поперечная дифференциальная защита может срабатывать
вследствие несимметрии магнитного потока.
Трансформатор тока ТТ0 для поперечной дифференциальной за-
щиты выбирается на номинальный ток /т.т.Ном~0,25/г.ном; ток сра-
батывания защиты /с.з= (0,24-0,3) /г.ном, так как расчет тока неба-
ланса затруднителен.
Защита от перегрузки токами обратной последовательности.
Эта защита выполняется фильтровой (с помощью фильтра токов
обратной последовательности). Допустимая длительность существо-
вания несимметрии для генераторов тем меньше, чем больше ве-
личина несимметрии. Поэтому в простейшем случае защита делает-
ся двухступенчатой с действием чувствительной ступени на сигнал,
а грубой — на отключение. Схема такой защиты показана на
рис. 10.10. Помимо чувствительного реле 1Т и грубого реле 2Т, под-
265
приводящий к срабатыванию
ключенных к фильтру токов обратной последовательности (ФТОП),
защита содержит приставку для действия при симметричных ко-
ротких замыканиях— реле ЗТ и Н.
Ток срабатывания чувствительного комплекта защиты выбира-
ется из следующих условий:
отстройки от длительно допустимого тока несимметрии /гдл.доп:
/сз^Ллл.доп. (10.16)
возврата после отключения внешнего несимметричного коротко-
го замыкания, когда через защиту проходят токи небаланса /Нб и
ток /гдл.доп:
IС.31 (7нб + 2дл .ДОП Ж- (10.17)
В качестве тока срабаты-
вания /с.з.1 берется боль-
шее из двух значений, по-
лученных из (10.16) и
(10.17). Ток срабатыва-
ния грубого комплек-
та защиты /с.з2= (0,5ч-
4-0,6) /г.ном, при этом за-
щита отстраивается от
обрывов фаз в сети гене-
раторного напряжения и
согласовывается с защи-
той смежных элементов
(повышающих трансфор-
маторов). Чувствитель-
ность ее достаточна для
отключения длительно не-
допустимых токов /2.
Выдержка времени грубого комплекта выбирается так же, как
и для защит от внешних коротких замыканий, т. е. по (10.9), а вы-
держка времени чувствительного комплекта — несколько большей,
чтобы сигнал не появлялся при внешних коротких замыканиях.
Кроме рассмотренной защиты находят применение схемы фильт-
ровых защит с зависимой время-токовой характеристикой t=f(I2),
имеющей лучшее приближение к тепловой характеристике
генератора /доп=/(/2).
Защита от замыканий на землю цепи возбуждения. Как уже
указывалось, для гидрогенераторов необходима защита от замы-
каний на землю в одной точке цепи возбуждения, а для турбогене-
раторов— от замыканий во второй точке. Схемы этих защит пока-
заны на рис. 10.11.
В первой схеме (для гидрогенераторов) применен вспомога-
тельный источник переменного тока — трансформатор Тр, подклю-
ченный к шинам 220 В собственных нужд станции (рис. 10.11, а).
Один вывод вторичной обмотки трансформатора Тр соединен с од-
266
ним из полюсов цепи возбуждения через последовательно соеди-
ненные конденсатор С, предохранитель Пр, контакты промежуточ-
ного реле П и ключа КУ, а второй вывод заземлен через обмотку
реле тока Т и предохранитель Пр. Заземление выполнено с по-
мощью специальной щетки, имеющей электрический контакт с ва-
лом ротора.
В нормальном режиме цепь
вспомогательного переменного то-
ка разомкнута. При появлении за-
мыкания на землю (точка К) цепь
переменного тока замыкается, ре-
ле Т срабатывает и защита дейст-
вует на сигнал с выдержкой вре-
мени, необходимой для отстройки
от кратковременных замыканий.
При устойчивых замыканиях про-
межуточное реле П самоудержи-
вается и прекращает протекание
вспомогательного тока через мес-
то повреждения. Для снятия сиг-
нала ключом КУ разрывают
цепь самоудерживания реле П.
Конденсатор С предотвращает
протекание постоянного тока че-
рез место повреждения, а предо-
хранители Пр защищают транс-
форматор Тр при пробое конден-
сатора.
Защита турбогенераторов вы-
полнена по схеме четырехплечего
моста, в диагональ которого
включено реле тока Т (рис.
10.11, б). Мост образован сопро-
тивлениями 7?в' и Кв" левой и пра-
вой частей обмотки возбуждения
Рис. 10.11. Защита от замыканий на
землю цепи возбуждения:
а — в одной точке; б — во второй точке
(относительно точки первого за-
мыкания Ki), а также частями R' и R" потенциометра, подключен-
ного к кольцам ротора. До появления второго замыкания мост ба-
лансируют, т. е. движок потенциометра ставят в такое положение,
при котором ток в диагонали отсутствует. Этому соответствует усло-
вие Rb'R" = Rb"R'. После возникновения второго замыкания на зем-
лю (в точке Ка) баланс моста нарушается и защита срабатывает,
если постоянный ток в диагонали достаточно большой.
При выполнении этой защиты учитывается то обстоятельство,
что даже при наличии баланса моста через его диагональ может
проходить переменный ток, обусловленный неравномерностью воз-
душного зазора в генераторе. Чтобы под действием этого тока за-
щита не сработала, его уменьшают, включая последовательно с ос-
новной обмоткой Шосн реле тока Т дроссель др, имеющий для пере-
267
менного тока большое сопротивление, а для постоянного малое. Кро-
ме того, в диагональ моста включают трансформатор тока ТТ, вто-
ричный ток которого подводят к дополнительной обмотке дапоп реле
тока. Магнитодвижущая сила обмотки г«ДОп направлена встречно
магнитодвижущей силе переменного тока обмотки о>0сн, поэтому
воздействие переменного тока на реле Т уменьшается.
Рассматриваемая защита отстраивается от тока небаланса,
обусловленного неточной балансировкой моста и наличием пере-
менного тока в реле. Защита имеет выдержку времени 14-1,5 с. Ре-
ле времени и выходное промежуточное реле подключаются так же,
как и в предыдущей схеме (рис. 10.11, а), и на рис. 10.11, б не по-
казаны.
Основные недостатки защиты — наличие мертвой зоны (по обе
стороны около точки первого замыкания) и невозможность исполь-
зования в некоторых случаях (например, при первом замыкании
у колец ротора).
§ 10.5. Автоматическое регулирование
возбуждения
Автоматическое регулирование возбуждения (АРВ) осуществ-
ляется с целью поддержания напряжения на выводах генератора
или у потребителей. Кроме того, АРВ повышает устойчивость па-
раллельной работы генераторов, облегчает самозапуск двигателей
и увеличивает четкость работы релейной защиты (уменьшая зату-
хание токов короткого замыкания). Сущность АРВ состоит в том,
что автоматический регулятор- воспринимает изменения напряже-
ния или других электрических величин (например тока) и преоб-
разует их в изменения тока возбуждения генератора.
Устройства АРВ, реагирующие на знак и величину отклонения
входных параметров, называются регуляторами пропорционального
действия в отличие от регуляторов сильного действия, реагирующих
не только на знак и величину, но и на скорость изменения этих па-
раметров. Регуляторы сильного действия эффективнее, но слож-
нее. Далее рассматриваются только системы АРВ пропорциональ-
ного действия. В зависимости от характера их входных и выходных
сигналов эти системы можно разделить на несколько видов, из ко-
торых на генераторах применяются:
1) компаундирование полным током (входной сигнал — ток);
2) компаундирование полным током с коррекцией напряжения
(входные сигналы — ток и напряжение);
3) фазовое компаундирование с коррекцией напряжения (вход-
ные сигналы — ток и напряжение с учетом угла между ними);
4) релейная форсировка (входной сигнал — напряжение).
Первые три системы имеют непрерывный выходной сигнал (ток
подпитки возбуждения), а четвертая — дискретный (состояние кон-
тактов, шунтирующих реостат в цепи возбуждения). Принципиаль-
ные схемы таких систем АРВ и графики, поясняющие их работу,
показаны на рис. 10.12. Рассмотрим, как работают эти схемы.
268
Рис. 10Л2. Принципиальные схемы устройств АРВ:
а — токовое компаундирование; б — токовое компаундирование
с коррекцией напряжения; в — фазовое компаундирование с
коррекцией напряжения; г — релейная форсировка; д — внеш-
ние характеристики генератора без АРВ и компаундированного
генератора; е — токи в измерительном орг-ане корректора
Компаундирование полным током. Этот вид АРВ (рис. 10.12, а)
реагирует на изменение тока статора, так как снижение напряже-
ния генератора происходит при возрастании его тока. Поэтому сни-
жение напряжения компенсируется подачей в обмотку возбужде-
269
ния возбудителя (основную или дополнительную) тока /рег, про-
порционального току генератора /г. Ток /рег получают путем
выпрямления выходного напряжения промежуточного трансформа-
тора ПТ, питаемого частью вторичного тока генератора. ,
Внешняя характеристика Ur=f(Ir) генератора, не имеющего
АРВ, представляет собой прямую линию ас, наклоненную к оси
абсцисс (рис. 10.12, д'). При наличии компаундирования большему
току генератора соответствует большая э. д. с. статора, поэтому
внешняя характеристика abcK генератора в значительном диапазо-
не токов /г идет выше линии ас. При малых токах нагрузки вто-
ричная э. д. с. трансформатора ПТ становится меньше напряжения
на обмотке возбудителя ОВВ, а поэтому выпрямитель устройства
компаундирования запирается. Этим и объясняется излом в точке b
внешней характеристики abcK компаундированного генератора.
Излом отсутствует, если ток /рег подается не в основную, а в допол-
нительную обмотку возбуждения. Снижение характеристики в об-
ласти больших токов /г происходит из-за насыщения стали гене-
ратора, возбудителя и трансформаторов схемы компаундиро-
вания.
Описанная в §1.4 взаимосвязь напряжения и реактивной мощ-
ности на генераторах проявляется в том, что увеличение реактивной
нагрузки генератора (уменьшение coscp) при неизменном токе /г
приводит к снижению его напряжения. На рис. 10.12, д большему
cos ф соответствует внешняя характеристика abc некомпаундиро-
ванного генератора, а меньшему соэф — характеристика ab'c'. Тем
же значениям соэф соответствуют характеристики abcK и ab'cR' при
наличии компаундирования. Из характеристик видно, что компаун-
дирование не поддерживает напряжение генератора неизменным,
если реактивная нагрузка меняется. Однако изменения напряжения
становятся меньше (скск'<сс'). Благодаря простоте, высокой на-
дежности и достаточному быстродействию компаундирование пол-
ным током находит применение для генераторов небольшой мощ-
ности.
Компаундирование полным током с коррекцией напряжения.
Коррекция напряжения (рис. 10.12, б) состоит в том, что помимо
тока /Реп, идущего от устройства компаундирования, в создании
общего магнитного потока возбуждения возбудителя участвует ток
/реГ2, зависящий от напряжения генератора UT таким образом, что
снижение Ur ведет к возрастанию /рег2, а возрастание Ur-~ к сни-
жению /рег2. Источником тока /Рег2 служит устройство, называемое
корректором. Такое название это устройство получило нотому, что
оно лишь корректирует работу устройства компаундирования, вы-
полняющего главную роль в регулировании возбуждения.
В рассматриваемой схеме (рис. 10.12, б) применен электромаг-
нитный корректор (ЭМК), подающий ток /рег2 в дополнительную
обмотку возбуждения возбудителя (ДОВВ). Электромагнитный
корректор состоит из измерительного органа и силового органа.с
выпрямителем на его выходе. Силовой орган выполнен в виде маг-
нитного усилителя МУ, а в состав измерительного органа входят
270
линейный элемент ЛЭ (дроссель с воздушным зазором в сердеч-
нике) и нелинейный элемент НЭ (насыщающийся дроссель без за-
зора). Ток 1лэ одного из этих элементов зависит от напряжения
Ur линейно, а ток 1Нэ другого — нелинейно (рис. 10.12, е).
Выпрямленные токи линейного и нелинейного элементов пода-
ются на две отдельные обмотки управления магнитного усилителя
МУ, включенные со встречной полярностью. Поэтому выходное на-
пряжение МУ и ток /Рег2 пропорциональны разности токов Ai =
= 1-лэ~ 1нэ- Из рис. 10.12, е видно, что зависимость At = f(/7r) имеет
в некоторой области падающий характер. Именно эта область и яв-
ляется рабочим участком характеристики корректора. В самом
деле, при снижении напряжения Ur от Ui до U2 разность токов Ai
возрастает от Az'i до Аг’г. Соответственно увеличиваются ток 7рег и
возбуждение генератора, т. е. напряжение Ur возрастает. Приме-
нение корректора напряжения значительно улучшает внешние ха-
рактеристики генератора. Принцип компаундирования по полному
току с коррекцией напряжения используется в автоматическом ре-
гуляторе возбуждения типа ЭПА-305 [Л. 41].
Фазовое компаундирование с коррекцией напряжения. Так как
снижение напряжения генератора происходит в основном при воз-
растании реактивной нагрузки, то целесообразно осуществлять
компаундирование не полным током /г, а его реактивной составля-
ющей /гsing). При таком компаундировании, называемом фазовым,
напряжение генератора поддерживается более точно.
В показанной на рис. 10,12, в схеме АРВ зависимость тока /реГ
от фазы ф достигается применением промежуточного трансформа-
тора ПТ с двумя первичными обмотками, одна из которых (w/)
подключена к трансформатору тока ТТ, а вторая (иц") —к транс-
форматору напряжения TH (через добавочный резистор /?). При
таком включении трансформатора ПТ результирующая магнито-
движущая сила первичных обмоток создает во вторичной обмотке
w2 э. д. с., зависящую от/г, Ur и ф. Сочетание тока и напряжения, на
которые включен корректор, выбирается таким образом, чтобы при
прочих равных условиях э. д. с. обмотки w2 увеличивалась при
уменьшении соэф, т. е. чтобы возрастал ток /рег.
Кроме обмоток переменного тока промежуточный трансформа-
тор имеет обмотку подмагничивания даПодм, питаемую через выпря-
митель от трансформатора напряжения. Этим осуществляется
коррекция напряжения: при возрастании Ur подмагничивание транс-
форматора ПТ увеличивается, сердечник ПТ насыщается, вслед-
ствие чего ухудшаются условия трансформации тока в обмотку w2,
т. е. ток /рег снижается. Наоборот, при понижении UT степень насы-
щения ПТ уменьшается, условия трансформации становятся благо-,
приятнее, а ток /рег увеличивается. В реальных схемах источником
тока подмагничивания служит электромагнитный корректор напря-
жения. Выходной ток этого корректора при понижении входного
напряжения должен падать (а не возрастать, как это было у ЭМК
в схеме на рис. 10.12, б). Такой корректор называют противовклю-
ченным.
271
Достоинство фазового компаундирования состоит не только в
большей точности регулирования напряжения, чем при токовом
компаундировании, но и в меньшей мощности, которую требуется
получать от корректора (так как он не работает непосредственно
на обмотку возбуждения). Маломощный корректор не только соз-
дает меньшую нагрузку на трансформатор напряжения, но и, имея
меньшие размеры, обладает малым запаздыванием. Поэтому ско-
рость восстановления напряжения возрастает. Фазовое компаунди-
рование применяется в регуляторах возбуждения типа РВА-62.
Релейная форсировка (рис. 10.12, г). При значительных сниже-
ниях напряжения, обусловленных короткими замыканиями, рас-
смотренные системы АРВ не всегда работают удовлетворительно.
В устройствах компаундирования токами короткого замыкания
насыщаются промежуточные трансформаторы, вследствие чего ток
?рег не достигает достаточной величины, а работа электромагнит-
ных корректоров при малых напряжениях нарушается полностью,
так как рабочий участок характеристики измерительного органа
невелик. Кроме того, время реакции на изменения напряжения у
рассмотренных устройств не всегда приемлемо. Поэтому в дополне-
ние к этим устройствам на генераторах устанавливают устройства
релейной форсировки, скачкообразно (релейно) увеличивающие
(форсирующие) возбуждение генератора.
В простейшем случае устройство релейной форсировки состоит
из минимального реле напряжения Н и промежуточного реле П
(см. рис. 10.12, г). В нормальном режиме якорь реле Н подтянут
и цепь обмотки реле П разомкнута. При снижении напряжения ге-
нератора до значения, соответствующего уставке срабатывания
реле Н, оно срабатывает и подает плюс на обмотку реле П. Кон-
тактами реле П шунтируется реостат в цепи возбуждения возбуди-
теля. При этом напряжение на обмотке возбуждения возбудителя
становится максимально возможным и ток возбуждения быстро на-
растает. По этой причине устройство релейной форсировки назы-
вают также устройством быстродействующего возбуждения. Чтобы
предотвратить действие форсировки, когда генератор отключен,
оперативный ток на контакты реле Н подается через блок-контакты
выключателя БКВ.
Как’и рассмотренные ранее схемы защиты с пусковым органом
минимального напряжения, релейная форсировка может подейство-
вать неправильно при нарушениях в цепях напряжения. Для пред-
отвращения этого применяют те же меры, что и в упомянутых схе-
мах защиты: использование двух реле напряжения, подключенных
к разным трансформаторам напряжения, применение блокировки
и др. Во вторичных цепях трансформаторов напряжения, питающих
АРВ и реле напряжения релейной форсировки, предохранители,
как правило, не устанавливают.
ГЛАВА XI
ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА
ТРАНСФОРМАТОРОВ
§ 11.1. Виды повреждений и ненормальных
режимов работы трансформаторов
В процессе эксплуатации не исключена возможность поврежде-
ний как в трансформаторах, так и на их соединениях с выключате-
лями. Имеют место также опасные ненормальные режимы работы,
не связанные с повреждением трансформатора или его соединений.
Возможность повреждений и ненормальных режимов обусловлива-
ет необходимость установки на трансформаторах защитных уст-
ройств. При этом учитываются многофазные и однофазные корот-
кие замыкания в обмотках и на выводах трансформатора, а также
«пожар стали» сердечника. Однофазные короткие замыкания быва-
ют двух видов: на землю и между витками обмотки (витковые за-
мыкания). Наиболее вероятными являются междуфазные и одно-
фазные повреждения на выводах трансформаторов и однофазные
витковые замыкания.
Значительно реже возникают междуфазные короткие замыка-
ния в обмотках. Для групп однофазных трансформаторов они вооб-
ще исключены. Защита от коротких замыканий выполняется с дей-
ствием на отключение поврежденного трансформатора. Для огра-
ничения размеров разрушений целесообразно выполнять ее рабо:
тающей без замедления.
Замыкания одной фазы на землю представляют опасность для
обмоток, присоединенных к сетям с большими токами замыкания
на землю. В этом случае защита должна отключать трансформатор
и при однофазных коротких замыканиях в его обмотках на землю.
В сетях с малыми токами замыкания на землю защита от однофаз-
ных замыканий на землю с действием на отключение устанавливает-
ся на трансформаторе в том случае, если такая защита имеется в
сети.
Ненормальные режимы работы трансформаторов обусловлены
внешними короткими замыканиями и перегрузками. В этих случаях
в обмотках трансформатора появляются большие токи (сверхтоки).
Особенно опасны токи, проходящие при внешних коротких замыка-
ниях; эти токи могут значительно превышать номинальный ток
трансформатора. В случае длительного прохождения тока (что мо-
жет иметь место при коротких замыканиях на шинах или при неот-
ключившемся повреждении на отходящем от шин присоединении)
возможен интенсивный нагрев изоляции обмоток и ее пов-
реждение.
Вместе с этим при коротком замыкании имеет место понижение
напряжения в сети. Поэтому на трансформаторе должна предусмат-
риваться защита, отключающая трансформатор при появлении
сверхтоков, обусловленных неотключившимся внешним коротким
замыканием.
273
Перегрузка трансформаторов не влияет на работу системы в
целом, так как она обычно не сопровождается снижением напряже-
ния. С другой стороны, сверхтоки перегрузки относительно невели-
ки и их протекание допустимо в течение некоторого времени, до-
статочного для того, чтобы персонал принял меры к разгрузке. Так,
согласно нормам, перегрузку порядка 1,6 /т.ном можно допускать в
течение 45 мин. В связи с этим защита трансформатора от пере-
грузки при наличии дежурного персонала должна выполняться с
действием на сигнал. На подстанциях без дежурного персонала
защита от перегрузки должна действовать на разгрузку или отклю-
чение при возможности длительной перегрузки трансформатора.
К ненормальным режимам работы трансформаторов с масля-
ным заполнением относится также недопустимое понижение уровня
масла, которое может произойти, например, вследствие поврежде-
ния бака.
§ 11.2. Защита плавкими
предохранителями
В схемах электроснабжения находят широкое применение вы-
ключатели нагрузки типа ВНП, снабженные предохранителями
типа ПК на 6 (10) кВ. Применение такого ВНП на трансформаторе
вместо высоковольтного выключателя значительно удешевляет и
упрощает установку. Отключение и включение трансформатора на
стороне высшего напряжения осуществляются выключателями на-
грузки, а предохранители ПК используются в качестве токовой за-
щиты.
При внутренних повреждениях токи, проходящие по предохрани-
телю, обычно недостаточны для его плавления. Вместе с тем выклю-
чатель нагрузки в состоянии отключить этот ток. Поэтому при на-
личии на трансформаторе газовой защиты целесообразно ее выпол-
нить с действием на отключение трансформатора путем воздействия
на выключатель нагрузки [Л. 83].
В сетях 35 кВ применяются для наружных установок предохра-
нители типа ПСН. При этом операция по включению и отключению
тока холостого хода трансформатора производится разъедините-
лем.
Предохранители как защитное устройство применяются на
трансформаторах сравнительно небольшой мощности: до 750 кВА
при напряжении 10 кВ и не более 3200 кВА при 35 кВ [Л. 84]. При
этом выбирается плавкая вставка с номинальным током
/вс.ноМ~(1.5^2)/т.нэи. • (11.1)
Для более точного расчета имеются специальные таблицы, со-
ставленные в зависимости от номинальной мощности трансформа-
тора (Л. 84]. Однако выбор плавких вставок только по номиналь-
ному току трансформатора может привести в ряде случаев к не-
правильному отключению трансформатора при внешних коротких
замыканиях. Так если подстанция получает питание от мощной
274
энергосистемы, то величина тока трехфазного короткого замыкания
при повреждении за трансформатором на отходящих линиях обыч-
но такая, что плавкая вставка, выбранная по номинальному току
трансформатора, перегорает раньше, чем срабатывает защита (на-
пример, реле РТВ) на отходящих линиях [Л. 85]. Для исключения
этого необходимо при выборе плавкой вставки наряду с условием
(11.1) учитывать необходимость согласования ее характеристики с
характеристиками защит на отходящих линиях.
В настоящее время широко применя-
ются схемы тупиковых и отпаечных под-
станций без выключателей на стороне
высшего напряжения 35 и 110 кВ. Вместо
выключателей устанавливаются коротко-
замыкатели КЗ с отделителями ОД (рис.
11.1). При повреждении трансформатора
его защита действует на включение ко-
роткозамыкателя, чем создается искусст-
венное короткое замыкание: однофаз-
ное — в сетях с большими токами замы-
кания на землю и двухфазное — в сетях с
малыми токами замыкания на землю.
При этом действует защита линии, отклю-
чая линейный выключатель; после этого
отключается трехфазчый отделитель, от-
соединяя поврежденный трансформатор,
и производится автоматическое повтор-
ное включение питающей линии. Корот-
Рис. 11.1. Схема присо-
единения понизительно-
го трансформатора от-
паечной подстанции
козамыкатели и отделители снабжаются специальными приводами,
требующими систематического ухода и проверок.
Дальнейшее упрощение и удешевление подстанций может идти
по пути использования вместо короткозамыкателей и отделителей
специально выполненных открытых плавких предохранителей ОП
[Л. 86]. Открытые плавкие предохранители позволяют расширить
диапазон мощностей защищаемых трансформаторов. Например, от-
крытыми плавкими предохранителями выполнена защита понижаю-
щего трансформатора мощностью 31,5 MBA отпаечной подстанции
35/6 кВ. Очевидно, такие предохранители могут применяться на ту-
пиковых и отпаечных подстанциях' более высокого напряжения.
Недостатки существующих плавких предохранителей определяются,
прежде всего, нестабильностью их защитных характеристик, труд-
ностью или невозможностью согласования с защитами смежных
участков.
При внутренних повреждениях трансформатора его отключение
затягивается на неопределенно длительное время — до появления
токов, способных расплавить плавкие вставки предохранителей. Это
вызывает значительные разрушения трансформаторов, из-за чего
увеличивается стоимость их ремонта. Использование вместо выклю-
чателя короткозамыкателя с отделителем позволяет выполнить за-
щиту трансформатора любой сложности. Однако при этом снижает-
275
ся надежность электроснабжения в связи с несовершенством этих
аппаратов, а также в связи с необходимостью создания искусствен-
ных коротких замыканий — непременного условия и при защите
трансформаторов открытыми плавкими предохранителями.
Более совершенными, очевидно, следует считать управляемые
предохранители [Л. 30]. Управление может быть осуществлено, на-
пример, путем преднамеренного разрыва цепи плавкой вставки при
срабатывании релейной защиты.
На рис. 11.2 схематически изображена возможная конструкция
управляемого предохранителя с фотомеханическим приводом, вы-
полненная на основе предохранителя ПСН [Л. 87]. Внутри патрона
Рис. 11.2. Управляемый предо-
хранитель с фотомеханическим
приводом, выполненный на ба-
зе стреляющего предохраните-
ля ПСН
стандартйого предохранителя на
верхнем конце гибкой токоведущей
связи 6 последовательно с плавкой
вставкой 8 включен контакт розе-
точного типа 7. Гибкая токоведущая
связь натянута спиральной пружи-
ной, расположенной на поворотной
оси подвижного контактного ножа 5.
Появление значительных токов ко-
роткого замыкания вызывает рас-
плавление плавкой вставки. В этом
случае работа аппарата ничем не от-
личается от работы предохранителя
ПСН. Наличие контакта позволяет
отключить предохранитель дистан-
ционно или при срабатывании ре-
лейной защиты, например газовой.
При этом пофазно подается электри-
ческий импульс на зажигание источ-
ника света 10, находящегося со сто-
роны заземления полого, гермети-
чески закрытого опорного изолято-
ра. В верхней части изолятора рас-
положен фотоэлемент 9, включен-
ный в цепь управления усилительно-
го устройства 2. Под воздействием
светового потока фотоэлемент от-
крывает силовую цепь усилительно-
го устройства, обеспечивая срабатывание катушки отключения 12,
поворот защелки 3 и освобождение рабочей пружины 11. Пружина
11 с помощью рычагов 4 поворачивает подвижный контактный нож,
вытягивающий при этом из патрона гибкую токоведущую связь.
Электрическая цепь разрывается -контактным устройством. Гаше-
ние дуги происходит так же, как и гашение дуги у обычного предо-
хранителя ПСН. В качестве источника оперативного тока исполь-
зуется трансформатор тока 1, который вместе с усилительным уст-
ройством, катушкой отключения и рабочей пружиной закрывается
кожухом 13.
276
§ 11.3. Токовые защиты
Защита трансформатора от коротких замыканий. Для защиты
трансформатора небольшой и средней мощности от коротких замы-
каний в его обмотках, на выводах и в соединениях до выключате-
лей используют "боковую отсечку и токовую защиту со ступенчатой
характеристикой выдержки времени. Защита устанавливается со
стороны источника питания, непосредственно у выключателя. При
этом в зону действия защиты входят как сам трансформатор, так и
его соединения с выключателями. Срабатывая, защита действует на
отключение выключателей. Она может быть выполнена посредством
вторичных реле прямого и косвенного действия на переменном и
постоянном оперативном токе.
Схема соединения трансформаторов тока и реле выбирается в
соответствии с указаниями, приведенными в § 5.3, с учетом действия
защиты при всех возможных видах коротких замыканий.
а) 5) .
Рис. 11.3. Принципиальные схемы токовой защиты
трансформатора на переменном оперативном токе
Токовая отсечка. В качестве примера на рис. 11.3, а по-
казана схема отсечки с реле прямого действия. Селективность от-
сечки обеспечивается выбором ее тока срабатывания по выраже-
нию /с.з=1#запЛ3з. вн. макс . Максимальный ток внешнего короткого
замыкания /к?3. ви. макс определяется при повреждении на шинах
низшего напряжения (точка Ki на рис. 11.3, а). Величина коэффи-
циента запаса k33n в зависимости от типа реле, как и величина k33.a
для отсечки линии (см. § 5.7), принимается от 1,2 до 2. При этом
277
отсечка оказывается отстроенной от бросков тока намагничивания.
Сопротивление трансформатора обычно достаточно велико, поэто-
му при коротком замыкании со стороны питания (точка Kz) ток по-
вреждения значительно превышает 7к3)з. ви. макс.
Все это дает возможность использовать токовую отсечку в каче-
стве защиты трансформаторов, причем она обычно обладает доста-
точной чувствительностью к коротким замыканиям со стороны пи-
тания Недостатком отсечки является неполная защита
трансформатора. В ее зону действия входит только часть обмотки.
Защита не реагирует на короткие замыкания на выводах и в соеди-
нениях с выключателями со стороны низшего напряжения (точка
Кз). Однако благодаря простоте выполнения и быстроте отключе-
ния от энергосистемы поврежденного трансформатора при наибо-
лее тяжелых коротких замыканиях токовая отсечка широко приме-
няется для защиты понижающих трансформаторов небольшой и
средней мощности.
Дополненная газовой защитой (см. § 11.4), действующей при
повреждении в обмотках, отсечка рекомендуется в качестве основ-
ной защиты от внутренних коротких замыканий для одиночно ра-
ботающих трансформаторов мощностью не более 5600 кВА и для
параллельно работающих трансформаторов с общей мощностью не
более 10 000 кВА.
Токовая защита со ступенчатой характеристи-
кой выдержки времени. Для отключения коротких замыка-
ний на выводах и в соединениях с выключателем со стороны низ-
шего напряжения (точка Кз) токовая отсечка дополняется макси-
мальной токовой защитой, которая является вместе с тем защитой
трансформатора от сверхтоков внешних коротких замыканий. Полу-
чается защита со ступенчатой характеристикой выдержки времени.
В качестве примера на рис. 11.3, б показана схема этой защиты на
переменном оперативном токе. Ее первая ступень — токовая отсеч-
ка (реле 1Т), а вторая — максимальная токовая защита (реле
2Т и В).
Параметры второй ступени выбираются так же, как параметры
обычной максимальной токовой защиты: выдержка времени — на
ступень А/ больше максимальной выдержки времени /э.макс преды-
дущих элементов, а ток срабатывания — из условия предотвраще-
ния срабатывания защиты при перегрузках по выражению (5.7).
При этом коэффициент чувствительности .второй ступени должен
быть не менее 1,5 при коротких замыканиях на низшей стороне
трансформатора и не менее 1,2 при коротких замыканиях в конце
линий, отходящих от шин низшего напряжения.
На параллельно работающих трансформаторах защита со сту-
пенчатой характеристикой выдержки времени сохраняет селектив-
ность только при коротких замыканиях в зоне первой ступени, селе-
ктивное действие второй ступени обеспечено лишь при наличии на
шинах низшего напряжения параллельно работающих трансформа-
торов секционного выключателя с защитой, имеющей меньшую вы-
держку времени.
278
Для повышения чувствительности к повреждениям внутри бака
защита со ступенчатой характеристикой дополняется газовой защи-
той (см. § 11.4).
Защита от замыкания на землю понижающих
трансформаторов с соединением обмоток У/Уо.
В распределительных сетях широко применяются понижающие
трансформаторы с соединением обмоток звезда — звезда с зазем-
ленной нейтралью и четырехпроводной системой со стороны низше-
го напряжения 0,4-4-0,23 кВ. В такой системе однофазные короткие
замыкания на землю и замыкание фазы на нейтральный провод
(рис. 11.4, а) сопровождаются значительными токами повреждения
Рис. 11.4. Распределение токов при однофазных коротких замыканиях на сто-
роне низшего напряжения трансформатора с соединением обмоток Y/Yo—12:
а — расчетная схема; векторные диаграммы токов на стороне высшего напряжения (б)
и низшего напряжения (в)
и представляют опасность для трансформатора. Поэтому «Правила
устройств электроустановок» на понижающих трансформаторах
мощностью 320 кВА и более с первичным напряжением до 10 кВ
включительно предусматривают действие защиты на отключение
при подобных повреждениях на стороне низшего напряжения транс-
форматора в пределах до шин 0,4—0,23 кВ. При этом короткие за-
мыкания на отходящих от шин присоединениях должны отключаться
защитой этих присоединений. При коротком замыкании, напри-
мер фазы В, на нейтральный провод ток /кЧ, как и любой ток одно-
фазного короткого замыкания, содержит составляющие прямой
Ак\ обратной - и нулевой 1$ последовательностей, причем /1к) =
=4к)=/(ок) (рис. 11.4, в).
279
Мощность рассматриваемых трансформаторов обычно во много
раз меньше мощности питающей энергосистемы, поэтому ток
можно определять без учета сопротивления системы:
7^=3£7ф/(^1т+^21 + ^0т), (11.2)
где Х1Т, Х2т, ХОт — соответственно сопротивление' прямой, обратной
и нулевой последовательности трансформатора. Для трансформато-
ра при любой группе соединения обмоток Х1т = Х2т. Что касается
сопротивления ХОт, то для двухобмоточного трансформатора при
соединении обмоток Y/Yo его величина определяется сопротивлени-
ем намагничивания Хонам (Л. 19], которое значительно больше %iT.
Например, для трансформатора мощностью 560 кВА, напряжением
10,5/0,4 кВ сопротивление Х0т~8Х1Т. Поэтому ток/к!з оказывается
в несколько раз меньшим токов трехфазного /й и двухфазного
/(2)к.з коротких замыканий:
Л31=иф/Х1т и 7(к2>=/з’^ф/(^1т+^2т).
Обычно величина тока при однофазном коротком замыкании
такова, что токовая защита со ступенчатой характеристикой вы-
держки времени, установленная со стороны питания, лишь в ред-
ких случаях имеет достаточную чувствительность [Л. 88; 89]. При
этом, как следует из распределения токов на стороне высшего на-
пряжения * (рис. 11.4, б), схема с включением реле на разность то-
ков двух фаз, например А и С, вообще непригодна, так как отказы-
вает в действии при повреждении на землю фазы В, а схема непол-
ной звезды имеет при этом пониженную чувствительность и поэтому
должна дополняться третьим реле, включенным в обратный провод.
Если защита трансформатора выполнена предохранителями, то
при однофазных коротких замыканиях на стороне низшего напря-
жения время перегорания предохранителей обычно недопустимо
велико в связи с малой кратностью тока. Поэтому в ряде случаев
применяется специальная токовая защита нулевой последователь-
ности (рис. 11.5), выполненная посредством вторичного реле пря-
мого или косвенного действия. Реле присоединяется к трансформа-
тору тока, установленному в нейтральном проводе между силовым
трансформатором и точкой заземления. При этом обеспечивается
действие защиты при замыкании фазы на землю и на нейтральный
провод. При нормальной работе ток в реле определяется несиммет-
рией нагрузки. Защита должна быть отстроена от этого тока и со-
гласована по чувствительности с защитами присоединений, отходя-
щих от шин 0,4(0,23) кВ. Обычно защита этих присоединений вы-
полняется плавкими предохранителями и автоматами с зависимой
характеристикой выдержки времени, потому и для защиты от замы-
кания на землю применяются реле с зависимой характеристикой
* Ток нулевой последовательности в обмотку высшего напряжения не про-
никает в связи с отсутствием пути для его прохождения.
280
-3,1540 кВ
РТ В
0,4(0,23) к В
Рис. 11.5. Прин-
ципиальная схе-
ма защиты от
замыкания на
землю с реле
прямого дейст-
вия типа РТВ
понижающего
трансформа-
тора с соедине-
нием обмоток
Y/Yo—12
(типы РТВ, РТ-80), благодаря чему обеспечивается лучшее .согла-
сование.
Защита от замыкания на землю должна применяться в зависи-
мости от вероятности однофазных повреждений на выводах транс-
форматора со стороны низшего напряжения и в соединениях с
шинами 0,4(0,23) кВ. При незначительных расстояниях между транс-
форматором и распределительным щитом 0,4
(0,23) кВ и тщательным выполнением проводки
между ними возможность повреждений неве-
лика.
Защита трансформатора от сверхтоков внеш-
них коротких замыканий и перегрузок. На транс-
форматорах наряду с защитами, действующими
при повреждении в самом трансформаторе и его
соединениях, предусматриваются резервные за-
щиты для действия при внешних коротких замы-
каниях в случае отказа защит или выключателей
смежных элементов. Они являются вместе с тем
основными защитами шин, на которые работает
трансформатор, если на этих шинах отсутствует
собственная защита.
В качестве защит от внешних коротких замы-
каний применяются токовые защиты с выдерж-
кой времени с включением реле на полные токи
фаз и на их симметричные составляющие. Эти
защиты реагируют и на внутренние короткие за-
мыкания, поэтому могут использоваться как ре-
зервные или даже как основные защиты транс-
форматоров. Такой, например, является защита
со ступенчатой характеристикой выдержки вре-
мени. Ее вторая ступень является защитой транс-
форматора от внутренних повреждений и от
сверхтоков внешних коротких замыканий.
Максимальная токовая защита.
Схемы максимальной токовой защиты трансфор-
маторов выполняются аналогично схемам второй
ступени защиты со ступенчатой характеристикой
выдержки времени, описанным ранее. Аналогич-
ным образом производится и расчет их парамет-
ров. Однако в ряде случаев для получения достаточной' чувствитель-
ности приходится идти на усложнение защиты и выполнять ее по
схемам, рассмотренным ранее применительно к защитам генерато-
ров от внешних коротких замыканий (см. § 10.4). Такой.защитой
является, например, токовая защита обратной последовательности.
На многообмоточных трансформаторах максимальная токовая
защита должна обеспечивать отключение только того выключателя,
со стороны которого произошло короткое замыкание. На трехоб-
моточном трансформаторе с односторонним питанием это достигает-
ся путем установки отдельных защит с каждой стороны
281
(рис. 11.6, а) и соблюдения следующего порядка- при выборе вы-
держки времени: <2=<зПмакс+А<, /з = ^щ макс4*А/, ИЛИ
А=^з+А/ (выбирается большее значение Л).
Рис. 11.6. Принципиальная схема максимальной токовой защиты
трехобмоточного трансформатора
Аналогичным способом выполняется защита и на двухобмоточ-
ных трансформаторах с односторонним питанием, включенных на
две секции шин с питаемой стороны.
На рис. 11.6, а каждая защита действует на отключение выклю-
чателя соответствующей стороны. Чаще схема выполняется так,
дто защита со стороны питания подает импульс на выходное проме-
жуточное реле, общее для всех основных защит трансформатора, и
производит отключение всех выключателей.
В целях упрощения допускается не устанавливать защиты на
одной из питаемых сторон, например на стороне II. При этом со
стороны питания защита имеет две выдержки времени: с меньшей
из них t2 она действует на отключение выключателя той стороны,
где защита отсутствует (пунктир на рис. 11.6, а), а с большей Л —
на выходное промежуточное реле.
Для получения минимально возможных выдержек времени t2 и
ti защита не устанавливается с той из питаемых сторон, где отхо-
282
дящие элементы имеют защиты с большей расчетной выдержкой
Времени (^эПмакс^-^эШмакс). При ЭТОМ: ^з = ^эШмакс + А^, ^2 =
— ^эПмакс+А/, или /2^з+А/ (выбирается большее значение), и
Л = ^2"Ь А/.
На многообмоточных трансформаторах с питанием с нескольких
сторон, а также на двухобмоточных трансформаторах с двусторон-
ним питанием рассмотренная максимальная токовая защита не
обеспечивает селективного отключения. Для-получения селективно-
сти одну из защит со стороны питания, например со стороны III,
необходимо выполнить направленной (рис. 11.6, б). Орган направ-
ления мощности М разрешает ей действовать на отключение с вы-
держкой времени t3 только при внешних коротких замыканиях, как
и в случае одностороннего питания, поэтому порядок выбора вы-
держек времени ti, t2, t3 остается прежним. При повреждениях в
трансформаторе защита действует помимо реле направления мощ-
ности с выдержкой времени <з'> Д
На трехобмоточных трансформаторах защита с комплектом от
несимметричных коротких замыканий (токовая защита обратной
последовательности), как и обычная максимальная токовая защи-
та, устанавливается со всех трех или только с двух сторон. Одна
из них выполняется иногда направленной при наличии двух- или
трехстороннего питания.
Для упрощения схемы защиты допускается выполнять ее как на
двух-, так и на трехобмоточных трансформаторах только с одним
комплектом от несимметричных коротких замыканий при наличии
специальных защит шин высшего и низшего напряжения, каждая из
которых действует на отключение всех выключателей трансформа-
тора.
Если повышающий трансформатор со стороны высшего напря-
жения имеет глухозаземленную нейтраль, то возникает необходи-
мость защищать трансформатор от внешних коротких замык’аний
на землю. Токовая защита обратной последовательности реагирует
на этот вид повреждения. Однако в большинстве случаев ее чувстви-
тельность бывает недостаточной, и трансформатор снабжается спе-
циальной токовой защитой нулевой последовательности.
Токовая защита нулевой последовательности
для повышающих трансформаторов. Защита состо-
ит из одного реле тока, подключенного к трехтрансформаторному
фильтру тока нулевой последовательности, установленному на сто-
роне высшего напряжения (рис. 11.7, а). Реле времени создает не-
обходимую выдержку времени. Для выполнения защиты можно
использовать однотрансформаторный фильтр в виде трансформато-
ра тока, установленного в цепи заземленной нейтрали защищаемо-
го трансформатора (рис. 11.7, б). В этом случае в зону защиты вхо-
дит и обмотка трансформатора, соединенная в звезду, независимо
от наличия в системе других заземленных нейтралей.
Выдержка времени защиты выбирается на ступень больше, чем
время срабатывания защит от коротких замыканий на землю смеж-
ных элементов (^=^э.макс + А£), а ток срабатывания согласуется с
283
ними по чувствительности и отстраивается от тока небаланса при
внешних коротких замыканиях. Обычно принимают /с,3«(0,44-
4-0,8) /т.ном.
Если определяющим при выборе тока срабатывания является
отстройка от тока небаланса, то при недостаточной чувствительно-
Рис. 11.7. Принципиальная схема то-
ковой защиты от внешних коротких
замыканий на землю
сти целесообразно защиту выпол-
нять с выдержкой времени боль-
шей, чем время действия защит от
междуфазных повреждений смеж-
ных элементов. Это дает возмож-
ность отстраивать ток срабатыва-
ния только от тока небаланса при
нормальной работе. Токовая за-
щита нулевой последовательно-
сти предусматривается на повы-
шающих трансформаторах мощ-
ностью 1000 кВА и более с
глухо заземленной нейтралью
[Л. 29].
Токовая защита от пе-
регрузок. Перегрузка обычно
является симметричным режимом
трансформатора, характеризую-
щимся появлением сверхтоков во
всех фазах. Поэтому защита от
перегрузки выполняется одним ре-
ле тока, включенным в цепь одно-
го из трансформаторов тока за-
щиты от внешних коротких замы-
каний (рис. 11.8, а).
Тбк срабатывания реле определяется по выражению /с.р=
— (^зап/^в) (Л.номМт) Коэффициент 6зап учитывает только погреш-
ность в токе срабатывания и принимается равным 1,05.
Для отстройки от кратковременных перегрузок и коротких за-
мыканий предусматривается реле времени, рассчитанное на дли-
тельное прохождение тока в его обмотках. Выдержка времени при-
нимается на ступень селективности больше, чем время срабатыва-
ния защиты трансформатора от внешних коротких замыканий.
• Для выполнения защиты можно также использовать индукцион-
ное реле РТ-80. На трехобмоточных трансформаторах с обмотками
равной мощности и односторонним питанием защита от перегрузки
устанавливается только со стороны питания. Если обмотки имеют
разную мощность, то дополнительно устанавливается защита на
питаемой обмотке меньшей мощности. При возможности передачи
мощности в любых направлениях защита от перегрузки устанавли-
вается со всех сторон (рис. 11.8, б).
Трансформаторы допускают систематические кратковременные
перегрузки сверх номинальной мощности, поэтому на обслуживае-
мых подстанциях защита от перегрузки должна выполняться с дей-
284
Рис. 11.8. Токовая защита от перегрузки
*
ствием на сигнал, с тем чтобы в случае необходимости дежурный
персонал принял меры к разгрузке. На подстанциях без постоянного
дежурного персонала, телеконтроля и вызывной сигнализации до-
пускается действие этой защиты на автоматическую разгрузку или
отключение при невозможности ликвидации перегрузки другими
средствами. Защита от перегрузки предусматривается при парал-
лельной работе нескольких трансформаторов мощностью по 320 кВА
и более, а также при раздельной работе и наличии АВР [Л.29].
§ 11.4. Газовая защита
Величина тока, проходящего через место установки токовой за-
щиты при повреждении внутри бака трансформатора, например при
витковых замыканиях, определяется числом замкнувшихся витков
и поэтому может оказаться недостаточной для действия защиты.
Между тем эти повреждения представляют опасность для трансфор-
матора и должны отключаться.
Опасным внутренним повреждением является также «пожар
стали» магнитопровода, который возникает при нарушении изоля-
ции между листами стали сердечника, что ведет к увеличению по-
терь на гистерезис и вихревые токи. Эти потери вызывают местный
нагрев стали, ведущий к дальнейшему разрушению изоляции. Токо-
вая и дифференциальная защиты на этот вид повреждения также
не реагируют. Отсюда возникает необходимость в использовании
специальной защиты от внутренних повреждений. Для маслонапол-
ненных трансформаторов такой защитой является газовая, фикси-
рующая появление в поврежденном трансформаторе газа. Образо-
вание газа является следствием разложения масла и других изо-
лирующих материалов под действием электрической дуги или
285
недопустимого нагрева. Интенсивность газообразования зависит от
характера и размеров повреждения. Это дает возможность выпол-
нить газовую защиту, способную различать степень повреждения, и
в зависимости от этого действовать на сигнал или отключение.
Рис. 11.9. Газовая защита трансформатора
Основным элементом газовой защиты является газовое реле Г,
устанавливаемое в трубопроводе между баком и маслорасширите-
лем (рис. 11.9, а). В свое время широкое распространение имело
газовое реле типа ПГ-22 (рис. 11.9, б). Оно состоит из резервуара,
внутри которого на специальной стойке 1 укреплены на шарнирах
два полых герметически запаянных металлических поплавка: верх-
ний (сигнальный) 2 и нижний (отключающий) 3. На поплавках
укреплены ртутные контакты 4, от которых отходят гибкие провод-
ники 5 к зажимам 6 на крышке реле 7. При отсутствии масла в ре-
зервуаре реле поплавки, опускаясь под действием собственного ве-
са, занимают нижнее положение, замыкая при этом ртутные кон-
такты.
При нормальной работе трансформатора его бак и резервуар
газового реле полностью заполнены маслом (рис. 11.9, в). Плавая в
масле, поплавки занимают верхнее положение, при котором ртут-
286
ные контакты находятся в разомкнутом состоянии. При незначи-
тельных повреждениях, сопровождающийся медленным газообра-
зованием, газы, поднимаясь вверх, скапливаются под крышкой реле
и постепенно вытесняют масло из резервуара (рис. 11.9, а). Вместе
с маслом опускается верхний поплавок 2, замыкая ртутные контак-
ты в цепи сигнализации.
Аналогичным образом будет действовать реле при понижении
уровня масла по другим причинам, например при образовании течи
в баке. В этом случае реле может подействовать на отключение,
если уровень масла будет продолжать понижаться. При медленном
газообразовании защита на отключение подействовать не может,
так как резервуар реле заполняется газом лишь до верхней кромки
отверстия трубопровода, после чего газ уходит в расширитель, и
уровень масла не понижается.
Бурное газообразование повышает давление в баке трансформа-
тора, вследствие чего возникает сильный поток масла и газов из
бака в расширитель через газовое реле. Этому движению мешает
находящийся на его пути нижний поплавок 3. При скорости движе-
ния масла и газов порядка 0,54-1 м/с давление потока на поплавок
бывает достаточным для его опрокидывания вниз (рис.»11.9, д). При
этом ртутный контакт, укрепленный на поплавке, замыкает цепь
отключения трансформатора с временем порядка 0,14-0,2 с.
Принцип действия газового реле типа ПГ-22 не исключает его
неправильной работы при внешних коротких замыканиях. Недо-
статком его является возможность срабатывания на отключение и
на сигнал при нарушении герметичности поплавков. Наполняясь
маслом, поплавки опускаются и замыкают контакты.
В связи с этим рядом энерго-
систем проводились работы по
реконструкции поплавковых га-
зовых реле. В частности, в систе-
ме Горэнерго предложено ниж-
ний поплавок заменить поворачи-
вающейся вокруг оси лопастью,
расположенной на пути потока
масла. При бурном газообразо-
вании лопасть под действием по-
тока масла и газа поворачивает-
ся, замыкая ртутный контакт в
цепи отключения. Положение ло-
пасти не зависит от уровня мас-
ла, поэтому при его понижении
реле может действовать только
Рис. 11.10. Схематичное изображе-
ние газового реле РГЧЗ-66
на сигнал.
Более совершенным по сравнению с реле ПГ-22 является реле
РГЧЗ-66 с чашкообразными элементами 1 и 2 (рис. 11.10) вместо
поплавков. Элементы выполнены в виде плоскодонных алюминие-
вых чашек, вращающихся вместе с подвижными контактами 4 во-
круг осей 3. Эти контакты замыкаются с неподвижными контакта-
287
Монтаж газовой защиты
специфических требований:
На сигнал
Рис.. 11.11. Принципиальная схе-
ма газовой защиты трехфазно-
го двухобмоточного транс-
форматора на переменном опе-
ративном токе
ми 5 при опускании чашек. В нормальном режиме при наличии
масла в кожухе реле и в чашках последние удерживаются пружина-
ми 6 в положении, указанном на рис. 11.10. Система отрегулирова-
на так, что вес чашки с маслом является достаточным для преодо-
ления силы пружины при отсутствии масла в кожухе реле. Поэтому
понижение уровня масла сопровождается опусканием чашек и за-
мыканием соответствующих контактов. Сначала опускается верхняя
чашка, и реле действует на сигнал. При интенсивном газообразова-
нии возникает сильный поток масла и газов из бака в расширитель
через газовое реле. На пути потока находится лопасть 7, укреплен-
ная на нижней чашке. Лопасть повернется и замкнет контакт в це-
пи отключения трансформатора, если скорость движения масла и
газов достигнет 0,6.-=-1,2 м/с. При этом время срабатывания реле
составляет 0,05-=-0,5 с.
связан с выполнением некоторых
для беспрепятственного прохода
газов в расширитель крышка транс-
форматора и трубопровод должны
иметь по направлению к расширите-
лю небольшой подъем — примерно
2° (см. рис. 11.9, а), нижний конец
трубопровода, входящий во внутрь
трансформатора, должен заделы-
ваться с внутренней поверхности
крышки, а нижний конец выхлопной
трубы — вдаваться внутрь трансфор-
матора;
контрольный кабель, используе-
мый для соединения газового реле с
панелью защиты или промежуточной
клеммной сборкой, должен иметь
бумажную, а не резиновую изоля-
цию, так как резина разрушается
под действием масла;
действие газовой защиты на от-
ключение необходимо выполнять с
самоудерживанием, чтобы обеспе-
чить отключение трансформатора в
случае кратковременного замыка-
ния или вибрации нижнего контак-
та газового реле, обусловленных
толчками потока масла при бурном
газообразовании.
В схеме защиты на переменном оперативном токе (рис. 11.11)
самоудерживание достигается путем шунтирования нижнего ^кон-
такта газового реле верхним замыкающим контактом реле П. Са-
моудерживание автоматически снимается после разрыва цепи от-
ключения блок-контактом 1БК. выключателя 1В,
288
а)
Достоинства газовой защиты: высокая чувствительность и реа-
гирование практически на все виды повреждения внутри бака; срав-
нительно небольшое время срабатывания; простота выполнения.
Наряду с этим защита имеет ряд существенных недостатков. Ос-
новным из них является нереагирование защиты на повреждения,
расположенные вне бака, в зоне между трансформатором и выклю-
чателями. Вследствие несовершенства конструкции современных
газовых реле газовую защиту приходится выводить из действия при
попадании воздуха в бак трансформатора, что может иметь место,
например, при доливке масла, после ремонта системы охлаждения
и др. В связи с этим газовую защиту нельзя использовать в каче-
стве единственной защиты трансформатора от внутренних повреж-
дений.
Газовая защита считается обязательной для
трансформаторов мощностью 1000 кВА и более.
Для внутрицеховых подстанций газовую защиту
следует устанавливать на понижающих транс-
форматорах практически любой мощности, допу-
скающих это по конструкции, независимо от на-
личия другой быстродействующей защиты.
§ 11.5. Дифференциальные защиты
трансформатора и особенности
их выполнения
Дифференциальный принцип позволяет вы-
полнить быстродействующую защиту трансфор-
матора, реагирующую на повреждения в обмот-
ках, на выводах и в соединениях с выключателя-
ми. Для осуществления защиты используются
трансформаторы тока, установленные с обеих
сторон защищаемого трансформатора вблизи вы-
ключателей (рис. 11.12, а). Вторичные обмотки
трансформаторов тока и реле соединяются в схе-
му продольной дифференциальной защиты с цир-
кулирующими токами. При этом по обмотке ре-
ле, как и по обмотке реле рассмотренных ранее
дифференциальных защит, при отсутствии пов-
реждения в защищаемой зоне проходит ток неба-
ланса. Однако величина этого тока в дифферен-
циальной защите трансформатора определяется
не только погрешностью трансформаторов тока,
но и рядом дополнительных факторов. Эти же факторы обусловли-
вают особенности схемы, усложняют ее и должны учитываться при
выполнении дифференциальной защиты трансформатора. Рассмот-
рим их подробнее.
Ток намагничивания трансформатора. У силовых трансформато-
ров коэффициент трансформации yT=77n/f/1n=^=l. Поэтому в за-
щите должны сравниваться токи /п и /щ/Ут- При отсутствии
10—2008 оса
Рис. 11.12. Диффе-
ренциальная то-
ковая защита
трансформатора
повреждения в защищаемой зоне ток намагничивания /нам = ^п—’
—/шДг обусловливает неравенство сравниваемых токов 7ц и
/щ/ЛУг (рис. 11.12, б). В связи с этим в обмотке реле появляется до-
полнительная составляющая тока небаланса /нбнам, которая при
нормальной работе и внешних коротких замыканиях имеет незна-
чительную величину и поэтому может не учитываться.
Иначе обстоит дело при появлении в питающей обмотке транс-
форматора бросков намагничивающего тока /бр-нам, достигающих
6—8-кратных значений амплитуды номинального тока при включе-
нии трансформатора под напряжение и при восстановлении напря-
жения после отключения внешних коротких замыканий. Проходя
через обмотку реле, броски тока намагничивания могут вызвать не-
правильное срабатывание защиты.
Рис. 11.13. Переходный процесс при
включении трансформатора под на-
пряжение
Переходной ток намагничивания
содержит значительный про-
цент высших гармонических
(второй и третьей), а также
значительную апериодическую
составляющую, в результате
чего кривая его мгновенных
значений почти полностью сме-
щается в сторону от оси време-
ни (рис. 11.13).
Время полного затухания
переходного тока намагничива-
ния определяется постоянными
времени ветви намагничивания
трансформатора и сети *и мо-
жет достигать нескольких се-
кунд. Однако уже по истече-
нии 0,34-0,5 с величина его ста-
новится меньше номинального
тока трансформатора. Отстрой-
ка дифференциальной защиты от бросков тока намагничивания яв-
ляется первым условием при выборе ее тока срабатывания. В этом
случае другими слагающими тока небаланса, малыми по сравнению
с /бр.нам, можно пренебречь. Поэтому расчетный первичный ток не-
баланса
^нб.расч!' '^бр.нам- (11.3)'
В настоящее время в Советском Союзе отстройка защиты от
броска тока намагничивания достигается в основном двумя путямиз
загрублением защиты по току срабатывания;
включением реле через специальные промежуточные быстрона-
сыщающиеся трансформаторы.
Различные схемы соединения обмоток трансформатора. Так как
A^t^I, то при нормальной работе или сверхтоках, обусловленных
перегрузкой или внешними короткими замыканиями, токи 7ц и /щ
на стороне высшего (7ц и низшего (Ущ напряжений не равны меж-
ду собой. В трансформаторах с соединением обмотки У/У—12 эти
290
токи отличаются только по величине (ток намагничивания не учи-
тывается).
В случае разного соединения обмоток трансформатора, напри-
мер звезда — треугольник, токи со стороны обмотки, соединенной в
звезду, и токи со стороны, соединенной в треугольник, сдвинуты
относительно друг друга на угол, определяемый группой соедине-
ний. В связи с этим вторичные токи hi и /2п (рис. 11.12, а) транс-
форматоров тока также оказываются сдвинутыми относительно
друг друга на этот же угол. Для группы соединений У/Д—11 он со-
ставляет 30°, поэтому при отсутствии повреждения в защищаемой
зоне в обмотке реле появляется значительный ток небаланса /Нб=
=2/2isinl5° в симметричном режиме (рис. 11.12, б). Для его уст-
ранения необходимо, чтобы сравниваемые токи независимо от груп-
пы соединения трансформатора совпадали по фазе.
мы токов в цепях трансформатора и дифференци-
альной защиты
При принятых условных положительных направлениях токов (рис. 11.14)
I АЬ.~ h~ h' = h~ h’
С другой стороны:
/Д¥=]/з7а/лгт, zcy = KF/t^t.
10:
291
Из этих соотношений получаем:
Ли = ^(Аау- ;
^вд =-^т(Аву — Л;уУУз ;‘
Л?д = ^т (Л?у — Л«уУ У 3 .
(11.4)
Эти выражения показывают, что дифференциальная защита трансформатора
с соединением обмоток Y/A—41 должна выполняться так, чтобы сравнива-
лись токи
Ли И (ЛгУ ~ ^йу) > ^ВД и (^ВУ ~Л?у)> Л?ДИ (Л?У ^ау),
как совпадающие по фазе.
Это достигается путем соединения вторичных обмоток трансфор-
маторов тока, установленных со стороны звезды. защищаемого
трансформатора, в треугольник, а со стороны его треугольника — в
звезду (рис. 11.14). Полученная при этом группа соединения обмо-
ток трансформаторов тока должна соответствовать группе соеди-
нения защищаемого трансформатора.
Рассмотрим возможность сравнения фазного тока со стороны звезды с раз-
ностью фазных токов со стороны треугольника. Для этого трансформаторы тока
со стороны звезды соединяют в звезду, а со стороны треугольника — в треуголь-
ник. Из выражения (11.4) получаем:
Уз ^т(/лу-/о) = /дд-/сд;
/з 1о)~1вь аа ’
/Глгт(/Су-/0) = 7сд-/вд.
(П-5)
Эти соотношения показывают, что такое сравнение возможно при условии, если
в фазных токах Iav, Ibv, lev при нормальной работе и внешних коротких за-
мыканиях нет составляющей нулевой последовательности /о- Такое положение
имеет место в том случае, когда защищаемый трансформатор имеет изолирован-
ную нейтраль. В случае же наличия заземленной нейтрали дифференциальная
защита трансформатора должна выполняться так, чтобы в треугольник обяза-
тельно соединялись трансформаторы тока со стороны звезды трансформатора.
Как известно, токи нулевой последовательности не выходят в фазные про-
вода при соединении обмоток в треугольник. Поэтому при замыкании на землю в
сети токи нулевой последовательности будут проходить только на стороне звезды
защищаемого трансформатора. Если при этом трансформаторы тока соединены
в звезду, то этн токи попадают в реле, и защита может неправильно сработать
при внешних коротких замыканиях на землю.
Соединение трансформаторов тока в треугольник исключает проникновение
токов нулевой последовательности в цепи циркуляции и обмотки реле и тем са-
мым предотвращает возможность неправильной работы защиты.
Коэффициенты трансформации трансформаторов тока. Номи-
нальные токи защищаемого трансформатора определяются с каж-
дой его стороны по номинальной мощности следующим образом:
со стороны звезды
Л.НомГ ^т.ном/(1У3 »
292
со стороны треугольника
It.homA = ^t.hom/(1/Z3 U,} .
Расчетный коэффициент трансформации трансформаторов тока
выбирается, исходя из равенства по абсолютной величине токов в
плечах защиты 1аь = 1аъ-ч (см. рис. 11.14). При этом необходимо
иметь в виду, что ток, проходящий в нормальном режиме в цепь
циркуляции от трансформаторов тока, соединенных в треугольник,
в УЗ раз больше вторичного тока этих_ трансформаторов тока
(/оЬу=УЗ /aY). Для его уменьшения в УЗ раз коэффициент транс-
формации трансформаторов тока, вторичные обмотки которых со-
единены в треугольник, следует выбирать по току УЗ Лг.ном Y* При
вторичном номинальном токе трансформаторов тока, равном 5А, их
расчетные коэффициенты трансформации равны:
для соединенных в звезду
^т.расчд -^т.номд/^’
для соединенных в треугольник
^т.расчУ It.homY/^*
Эти коэффициенты в общем случае отличаются от действительных
коэффициентов трансформации, которые окончательно принимают-
ся по шкале номинальных токов, как ближайшие большие к рас-
четным. В связи с этим токи в плечах циркуляции могут быть раз-
личными по величине, обусловливая появление дополнительной со-
ставляющей тока небаланса:
Iнб.выр = (А/выр/100% )(/к.з.вн.макс/Лт),
где Д/выр— погрешность от неточности выравнивания значений то-
ков плеч, равная [(/21—Ли)//21] 100%. При Д/выр>5% производится
выравнивание токов в плечах циркуляции с помощью автотранс-
форматоров или уравнительных обмоток при использовании реле
с БНТ.
Регулирование коэффициента трансформации защищаемого
трансформатора. Регулирование коэффициента трансформации за-
щищаемого трансформатора нарушает соотношение между первич-
ными токами /п и /щ. В связи с этим нарушается равновесие токов
в плечах циркуляции, а в обмотке реле появляется дополнительная
составляющая тока небаланса /НбРег> пропорциональная диапазону
изменения напряжения Д/7рег при регулировании в одну сторону.
При внешних коротких замыканиях эта составляющая может до-
стигать значительных величин:
^нб.рег = (Д^рег/Ю0 % )(/к.з.вн.макс /Лт)-
Разнотипность трансформаторов тока и различные условия их
работы. Разнотипность трансформаторов тока, установленных со
10*—2008 293
стороны высшего и низшего напряжений, обусловливает различие
их характеристик намагничивания и в связи с этим приводит к уве-
личению составляющей тока небаланса /Нбпогр, определяемой пол-
ной погрешностью трансформаторов тока е:
4б.погр = (^олн^апер6/100 % )(/к.з.ви.макс/Ят).
Этот ток небаланса увеличивается еще и потому, что сопротивления
плеч защиты обычно не равны и величина их значительна.
У трехобмоточных трансформаторов, а также у двухобмоточных
с двумя выключателями на стороне какой-либо обмотки кратности
токов при внешних коротких замыканиях для трансформаторов то-
ка, установленных с разных сторон защищаемого трансформатора,
неодинаковы. Это обусловливает различную степень насыщения
магнитопровода трансформатора тока и увеличивает тем самым
составляющую /Нб.погр- При определении /нб.погр неидентичность
характеристик трансформаторов тока учитывается коэффициентом
однотипности Аода. Для дифференциальной защиты трансформатора
коэффициент &Одн принимается максимальным (&Одн= 1).
Из сказанного следует, что ток небаланса дифференциальной
защиты трансформатора при внешних коротких замыканиях имеет
повышенное значение. Это объясняется большими, чем в дифферен-
циальных защитах линий и генераторов, погрешностями трансфор-
' маторов тока и наличием дополнительных составляющих /нб.выр и
/нб.рег- В худшем случае все эти составляющие складываются ариф-
метически, образуя при внешнем коротком замыкании максималь-
ный расчетный ток небаланса:
^нб.макс.расч ^нб.погр —I- Агб.рег-1- Дгб.выр’ _ (11.6)
подставляя значения составляющих тока небаланса и имея в виду,
что АОдн= 1, получим
/(3)
г - __/1 1 ,тт. 1 д f _х *к.з.вн.макс
'нб.макс.расч 1"'апере-Г рег “Г выр/ Ц)0%п
Ток /нб.макс.расч достигает значительных величин, особенно при на-
личии встроенного регулирования под нагрузкой, когда t/рег может
изменяться в пределах ±15%. В этом случае, при е=10%, £апер=2
и А/выр=5% ток
(11.7)
^нб.макс.расч — ОД/к.з.вн.макс/^т-
Выражение (11.7) определяет второе условие, которое следует
учитывать при выборе тока срабатывания. При этом отстройка защи-
ты от тока /нб.макс.расч при внешних коротких замыканиях достигает-
ся путем:
загрубления защиты по току срабатывания: /c.p^fean/нб.макс.расч;
использования специальных реле с торможением, например ти-
па ДЗТ.
При выборе того или иного способа отстройки защиты от токов
небаланса необходимо исходить из обеспечения достаточной чув-
294
ствительности и быстродействия защиты. Согласно требованиям
коэффициент чувствительности, определяемый при коротком замы-
кании на выводах трансформатора, должен быть не менее двух,
т. е.
§ 11.6. Схемы и область использования
дифференциальных токовых защит
трансформаторов
Дифференциальные токовые защиты трансформаторов выполня-
ются в виде:
дифференциальной токовой отсечки;
дифференциальной токовой защиты с промежуточными быстро-
насыщающимися трансформаторами тока;
токовой защиты с реле, имеющими тормо*
дифференциальной
жение.
На рис. 11.14 бы-
ла рассмотрена пол-
ная трехфазная схе-
ма соединения транс-
форматоров тока, ко-
торую можно исполь-
зовать для выполне-
ния любой из этих
защит. Недостатком
данной схемы явля-
ется значительный
расход электроаппа-
ратуры. В связи с
этим на трансформа-
торах малой и сред-
Рис. 1,1.15. Схемы упрощенных дифференциаль-
ных защит двухобмоточного трансформатора:
а — однорелейная; б — двухрелейная
ней мощностей достаточно широко применяются упрощенные схемы
(рис. 11.15), имеющие меньшее количество трансформаторов тока
и реле. Эти схемы, как и полная трехфазная, обеспечивают вырав-
нивание токов по величине и фазе в плечах циркуляции при нор-
мальной работе и внешних коротких замыканиях за трансформа-
тором с соединением обмоток Y/А. По способности выравнивания
токов эти схемы равноценны, что дает право при выборе тока сра-
батывания руководствоваться общими для всех схем положениями
(см. § 11.5). Однако упрощение защиты приводит к появлению не-
достатков, которые проявляются при некоторых повреждениях в за-
щищаемой зоне [Л. 8].
Дифференциальная токовая отсечка — наиболее простая из
дифференциальных защит трансформатора. Она выполняется по-
средством токовых реле, например РТ-40 или РТМ, включаемых не-
посредственно в дифференциальную цепь схемы без каких-либо про-
межуточных устройств. При этом отстройка от бросков тока намаг-
ничивания достигается выбором тока срабатывания с учетом соб-
ственного времени действия реле РТМ, а в схемах с реле косвен-
10** 295
кого действия — времени срабатывания реле тока и выходного про-
межуточного реле (0,04ч-0,06 с). За это время ток намагничивания
успевает снизиться, в связи с чем появляется возможность выбирать
ток срабатывания защиты не по максимальному значению броска
тока, а с учетом его затухания по выражению
/с.3 = (3-4,5)/т.но,. (11.8)
Если трансформаторы тока выбраны так, что их погрешность не
превышает 10%, то отстройка от броска тока намагничивания од-
новременно обеспечивает отстройку и от максимального тока неба-
ланса при внешних коротких замыканиях при условии допустимо-
го различия токов в плечах циркуляции.
Достоинством дифференциальной отсечки являются быстродей-
ствие и простота. Однако из-за большой величины тока срабаты-
Рис, 11.16. Принципиальная схема диф-
ференциальной защиты на переменном
оперативном токе с промежуточными
быстронасыщающимися трансформато-
рами тока
вания, если принять
вания дифференциальная от-
сечка иногда недостаточно
чувствительна, поэтому при-
меняется на трансформато-
рах относительно небольшой
мощности. При этом она
должна обеспечивать необ-
ходимую чувствительность
при коротких замыканиях на
выводах трансформатора.
Дифференциальная токо-
вая защита с промежуточ-
ными быстронасыщающими-
ся трансформаторами тока.
Для выполнения защиты ис-
пользуются реле типа
РНТ-565, описанные при рас-
смотрении дифференциаль-
ной защиты генератора (см.
§ 10.4). Принципиальная
схема защиты трансформа-
тора в однофазном изобра-
жении показана на рис. 11.16.
Реле РНТ-565 применяются
в том случае, если чувстви-
тельность токовой отсечки
недостаточна или требуются
дополнительные устройства
для выравнивания токов
плеч в схеме с реле косвен-
ного действия. При этом
благодаря БНТ защита отстраивается от бросков тока намагничи-
/С.3М1 - 1,5)/т.ном.
(П-9)
296
Для отстройки защиты от максимальных токов небаланса при
внешних коротких замыканиях должно выполняться второе усло-
вие, по которому
7с.з ^зап^нб.расчГ
Первичный расчетный ток небаланса /Нб.расч1 определяется по вы*
ражению (11.7) при пт=1 и с учетом того, что для защиты с БНТ
коэффициент &апер=1, а погрешность Д/выр в первом приближении
не учитывается благодаря соответствующему выбору числа витков
уравнительных обмоток. Окончательно за ток срабатывания прини»
мается большее из двух полученных значений.
Выбор параметров защиты сводится к определению числа витков дифферен-
циальной Юдиф и уравнительных tt>ypi и шУрп обмоток, исходя из величины
принятого тока срабатывания, магнитодвижущей силы срабатывания Fc.p и ус-
ловия полного выравнивания, которое обеспечивается при
Z2l(®ypl +®IH*) + Z2Il(®ypIl + K'.w|)) = 0. (11.10)
Худшим случаем, с точки зрения чувствительности, является одностороннее
питание (/211=0). При этом для срабатывания реле (/г1=/с.р) необходимо
С.р (®диф + Wypi) = Fc.p. (Н.П)
ИЛИ
(®ypl ®Лиф) = Т'с.р//С-Р>
где /с.р — ток срабатывания реле, определяемый в соответствии со сказанным
ранее (по /с.з) и относящийся к стороне с током /21.
Из выражения (11.10)
(®урП +®(иф) = (%,р1 + ®лиф)/21/Лш- <11Л2)
С помощью отводов подбираются витки дифференциальной и уравнительных об-
моток так, чтобы обеспечивались условия (11.11) и (11.12).
Для срабатывания необходимо, чтобы при коротком замыкании в зоне мини-
мальная магнитодвижущая сила /^раб.мин превысила магнитодвижущую еилу
срабатывания Fc.v. Коэффициент чувствительности при этом
Т'раб.мин [(Wypl + z21 + (Wyp II + “’диф) Сп]мин
A’It =- г= ' 1 ’ ....
^С.р F с.р
где /2г и /211 — токи в плечах защиты при коротком замыкании в расчетной
точке.
Схема с промежуточными быстронасыщающимися трансформа-
торами находит в Советском Союзе широкое применение для за-
щиты трансформаторов любой мощности. При этом благодаря БНТ
обеспечивается отстройка от бросков тока намагничивания.
В ряде случаев, особенно при наличии встроенного регулирова-
ния напряжения под нагрузкой и на трансформаторах с числом
групп трансформаторов тока более двух, имеющих источники пита-
ния с нескольких сторон, определяющим при выборе тока срабаты-
вания является отстройка от максимального тока небаланса при
внешних коротких замыканиях. При этом чувствительность защиты
297
Питание
с реле типа РНТ может оказаться недостаточной (меньше двух).
В таких случаях дифференциальная защита выполняется посредст-
вом реле с торможением.
Дифференциальная токовая защита с реле, имеющими торможе-
ние. В Советском Союзе для дифференциальной защиты трансфор-
маторов выпускаются реле с магнитным торможением типа ДЗТ
(см. § 8.5).
На рис. 11.17, а показана принципиальная схема защиты в одно-
фазном исполнении с реле ДЗТ-11. На среднем стержне магнито-
провода БНТ кроме дифференциальной (первичной) обмотки шдиф
расположены еще две уравни-
тельные ОбМОТКИ Wypi И t^ypll,
обеспечивающие выравнивание
токов плеч. Секции тормозной
ЭДторм и вторичной рабочей
Шраб обмоток размещаются на
крайних стержнях. Тормозная
обмотка не имеет выведенной
средней точки, поэтому может
включаться только в одно пле-
чо защиты. Во всех обмотках
БНТ, кроме вторичной рабочей,
предусмотрена регулировка
числа витков, чем достигает-
ся изменение уставок сраба-
тывания реле. Исполнитель-
ным органом является реле
РТ-40.
Промышленностью выпус-
каются также реле ДЗТ-13 и
ДЗТ-14, которые, в отличие от
реле ДЗТ-11, вместо одной име-
ют соответственно три или че-
тыре тормозные обмотки.
Защищаемый трансформа-
тор на рис. 11.17, а имеет одно-
стороннее питание, поэтому
тормозная обмотка включена
на ток питаемой стороны. Та-
кое включение обеспечивает торможение и тем самым загрубляет
защиту только при внешних коротких замыканиях. При двусторон-
нем питании иногда целесообразно тормозную обмотку разделить
на две секции и включить одну из них в одно, а вторую в другое
плечо защиты. Этим уменьшается тормозное действие при корот-
ком замыкании в зоне. Реле ДЗТ благодаря быстронасыщающе-
муся трансформатору обладает свойством реле РНТ; наличие же
тормозных обмоток позволяет отстраиваться от больших значений
периодического тока небаланса.
Тормозные обмотки- не являются средством отстройки защиты от
^тор»
Рис. 11.17. Дифференциальная защи-
та на постоянном оперативном токе
с промежуточными быстронасыщаю-
щимися трансформаторами тока и
магнитным торможением:
а — принципиальная схема; б —характе-
ристики реле
298
бросков тока намагничивания, поэтому при выборе тока срабаты-
вания по первому условию реле ДЗТ рассматривается как обычное
реле РНТ с током срабатывания:
/с.з.Мин = (1>3-1)5)Л.ном. (11.13)
Числа витков дифференциальной и уравнительных обмоток опре-
деляются так же, как и для реле РНТ, по известному току /с.з.мии
и по заданной начальной магнитодвижущей силе срабатывания
Fc.j) (Дорм — 0).
Отстройка от установившихся максимальных значений токов не-
баланса при внешних коротких замыканиях осуществляется выбо-
ром соответствующего коэффициента торможения йТОрМ. Величина
этого коэффициента должна быть такой, чтобы при внешних корот-
ких замыканиях обеспечивалось условие:
7с.з ^зап^нб.расч!’
с учетом же (11.7) и принимая во внимание, что &апер=1,
7с.з = ^зап (е4- Д/вЫр) 7к.з.вн.макс/1^% .
С другой стороны, при значительных токах
/(3) — Г - п
7 к.з.вн.макс — 1 торм^т
отношение
7с.р '7с.З;
Полученные соотношения дают возможность определить необходи-
мую величину коэффициента торможения:
^торм = ^зап (s+ Д77рег + Д/выр)/Ю0%. (11.14)
Далее расчет сводится к выбору числа витков тормозной обмотки Шторм.
Характеристики реле с магнитным торможением (рис. 11.17, б) непосредственно
не определяют коэффициент торможения, так как представляют зависимость
Fc.p=f(FTopK). При расчете числа витков Шторм используется нижняя кривая,
которая соответствует наихудшим условиям селективности. При угле наклона
этой характеристики, равном а,
tg Я = F с.р/^торм = 7с,р (ШурП + ш'диф)/(т'тэрм7к.з.вн.макс)>
где Шурц — число витков уравнительной обмотки со стороны включения тормоз-
ной обмоткн.
Поскольку
7с. р/7 к.з.вн.макс = ^торм >
то
®торм = *торм (®урЦ + «W/tg а. (11.15)
На защищаемых трансформаторах с числом групп трансформа-
торов тока более двух, имеющих источники питания с нескольких
сторон (рис. 11.18), токи небаланса /нб.расч имеют, как правило,
большие значения, чем для двухобмоточных трансформаторов.
Обычно токи /нб.расч при коротких замыканиях с разных сторон
299
(точки Ki, К2, Кз) неодинаковы. Поэтому при использовании реле
ДЗТ-11 его тормозная обмотка включается в то плечо защиты, в
котором при внешнем коротком замыкании проходит ток, обуслов-
ливающий наибольший ток небаланса. В некоторых случаях при
недостаточной чувствительности возникает необходимость приме-
нять реле с несколькими тормозными обмотками, например ДЗТ-13.
Питание
Питание
Рис. 11.18. Принципиальная схема дифференциальной за-
щиты трехобмоточного трансформатора на постоянном
оперативном токе с промежуточными быстронасыщаю-
щимися трансформаторами тока и магнитным тормо-
жением
При выборе тока срабатывания защиты определяющими явля-
ются те же условия, по которым определяли ток срабатывания для
двухобмоточных трансформаторов; теми же остаются и способы вы-
равнивания по величине и фазе токов в плечах защиты. При этом
для упрощения одна из обмоток, например III, предполагается от-
ключенной, и расчет производится, как для двухобмоточного транс-
форматора. Затем выполняется расчет, когда отключена, например,
обмотка II. При этом выбранные в предыдущем случае параметры
защиты, относящиеся к обмотке I, должны оставаться неизменны-
ми. Во всех этих случаях токи 7ц, 7щ, /цц определяются по своим
номинальным напряжениям и номинальной мощности трансформа-
тора вне зависимости от значений мощностей отдельных об-
моток.
300
Общая оценка дифференциальных защит трансформаторов.
Дифференциальные защиты обеспечивают быстрое и селективное
отключение повреждений в зоне, охватываемой трансформаторами
тока. Рекомендуется применять дифференциальную защиту на оди-
ночно работающих трансформаторах мощностью 7500 кВА и бо-
лее, а также на трансформаторах мощностью 5600 кВА и более,,
работающих параллельно. Дифференциальная защита устанавли-
вается также на трансформаторах мощностью 10004-5600 кВА в
случае, если токовая отсечка не удовлетворяет требованиям чувст-
вительности, максимальная токовая защита имеет выдержку вре-
мени более 0,5 с и отсутствует газовая защита.
При выборе схемы дифференциальной защиты необходимо преж-
де всего рассмотреть возможность применения наиболее простой
из дифференциальных защит — дифференциальной токовой отсечки.
Только в случае ее недостаточной чувствительности следует исполь-
зовать реле РНТ.
Защиты с реле, имеющими торможение, являются наиболее
сложными, н их применение может быть оправдано только невоз-
можностью отстройки защиты без торможения от установившихся
значений максимального тока небаланса при внешних коротких за-
мыканиях.
Дифференциальная токовая защита имеет тот недостаток, что
может отказать из-за недостаточной чувствительности при внутрен-
них коротких замыканиях, например витковых. Это вызывает не-
обходимость устанавливать наряду с дифференциальной и газовую
защиту.
§ 11.7. Автоматика трансформаторов
Автоматическое повторное включение трансформатора. На одно-
трансформаторных подстанциях с односторонним питанием при
отключении трансформатора электроснабжение прекращается. Для
повышения надежности электроснабжения потребителей предусмат-
ривают автоматическое повторное включение трансформатора пос-
ле его аварийного отключения. Иногда устройства АПВ устанавли-
вают также на подстанциях с двумя трансформаторами, работаю-
щими параллельно. Пуск устройства АПВ обычно выполняют так,
чтобы исключить включение трансформатора при внутренних
повреждениях, которые, как правило, не самоустраняются. При всех
внутренних повреждениях, как известно, срабатывает сигнальный
элемент газового реле. Поэтому целесообразно пуск устройства
АПВ производить при всех аварийных отключениях трансформато-
ра, но запрещать его повторное включение при срабатывании сиг-
нального элемента газового реле. При этом в действие АПВ вво-
дится некоторое замедление, исключающее повторное включение
трансформатора при внутренних коротких замыканиях, сопровож-
дающихся бурным газообразованием, когда отключающий элемент
газового реле срабатывает раньше, чем срабатывает его сигналь-
ный элемент. В остальном требования к устройству АПВ и схемы
301
его осуществления аналогичны рассмотренным ранее для линий
(см. §9.3, 9.4).
Автоматическое включение резервного трансформатора. Устрой-
ства АВР широко применяются не только для автоматических
включений линий, но и трансформаторов. Схемы подстанций и рас-
пределительных пунктов выполняются так, что при наличии двух и
более трансформаторов шины низшего напряжения секционируют.
Каждый трансформатор подключается к своей секции шин. В нор-
мальном режиме секционный выключатель (см. рис. 1.1, 1.2) отклю-
чен. В такой схеме при аварийном отключении одного из трансфор-
маторов электроснабжение потребителей сохраняется благодаря
автоматическому включению секционного аппарата устройством
АВР. Схемы устройств АВР и расчет их уставок выполняются в со-
ответствии с принципами, изложенными в § 9.1, 9.2.
Автоматическое отключение и включение одного из параллель-
но работающих трансформаторов для уменьшения потерь энергии.
и телемеханики
Рис. 11,19. Схема устройства автоматического
-отключения и включения трансформаторов
для уменьшения потерь электроэнергии:
а— токовые цепи; б — цепи автоматики; в — цепи
включения н отключения
В процессе эксплуата-
ции нагрузка парал-
лельно работающих
трансформаторов не
остается постоянной.
При ее снижении мо-
жет оказаться целесо-
образным один из
трансформаторов от-
ключить, а при восста-
новлении нагрузки
включить снова. Это
диктуется желанием
иметь минимальные по-
тери электроэнергии в
трансформаторах. От-
ключение и включение
трансформатора можнс
производить автомати-
чески.
На рис. 11.19 пока-
зана схема устройства
автоматики с двумя то-
ковыми пусковыми ор-
ганами: минимальным
1Т и максимальным 2Т
[Л. 41]. Токовые реле
включены на сумму то-
ков (Л + /2) параллельно работающих трансформаторов (рис.
11.19, а).
При полной загрузке трансформаторов оба реле держат свои
контакты разомкнутыми. Снижение суммарной нагрузки до крити-
ческой величины (/Кр= (0,64-0,8)/Ном) вызывает срабатывание ми-
302
нимального пускового органа тока 1Т и его контакт замыкает цепь
обмотки промежуточного реле 1П (рис. 11.19, б). Это реле при сра-
батывании своим контактом 1П\ разрывает цепь обмотки реле 2П,
контактом 1П2 приводит в действие реле времени В и контактом
1П3 подготовляет цепь на отключение выключателей одного из
трансформаторов. По истечении заданной выдержки времени за-
мыкается контакт реле времени В в цепи обмотки промежуточного
реле ЗП, а последнее, срабатывая, отключает трансформатор.
При увеличении нагрузки выше критической срабатывает мак-
симальный пусковой орган тока 2Т и приходят в действие реле 2П,
В и 4П\ трансформатор включается. В схеме автоматики реле 1П
и 2П имеют взаимную блокировку. Этим исключается возможное
одновременное действие автоматики на отключение и на вклю-
чение.
Устройство автоматики с помощью реле 577 выводится из рабо-
ты при отключении любого из выключателей трансформаторов
ключом управления, средствами телемеханики или релейной защи-
той. При этом цепь обмртки этого реле замыкается контактами
реле ПВ (реле положения «включено»), фиксирующими положение
выключателей трансформаторов. Автоматика вводится в действие
только при включении всех четырех выключателей.
Токи срабатывания пусковых органов определяются из следую-
щих соотношений:
для реле 1Т
^c.pl ^кр/^зап^т>
для реле 2Т
^с.р2 ^зап^кр/^т1
где коэффициент &3ап= 1,05-4-1,1.
В качестве пусковых органов в схеме автоматики необходимо
использовать реле с высоким коэффициентом возврата (&в =
= 0,94-0,95).
Для исключения одновременного срабатывания реле 1Т и 2Т не-
обходимо выполнить следующие условия:
^c.pl ^в.р2 ® ^в.р! ^с.р2»
где 7в.р2=Лв7с,р2 и 7в.р1 = 7с.р1/^в*
Выдержка времени реле В принимается равной 3-4-5 с. Возмож-
ны и другие принципы выполнения устройства отключения и
включения трансформатора, например, в соответствии с заданной
программой, разработанной на основе действительного Трафика на-
грузки.
Автоматическая разгрузка трансформаторов. В условиях экс-
плуатации из-за изменения схемы электроснабжения (отключение
параллельно работающего трансформатора, действие АВР и т. п.)
303
трансформатор может перегрузиться сверх допустимой величины.
На обслуживаемых подстанциях разгрузку трансформатора осу-
ществляет дежурный персонал, а на автоматизированных подстан-
циях эта операция возлагается на устройство автоматической раз-
грузки.
Принцип действия устройства такой же, как принцип действия
защиты от перегрузки. При этом вместо обычного реле времени ис-
пользуется многопозиционное реле, имеющее несколько контактов
и позволяющее регулировать выдержку времени до 10 мин и более.
При действии автоматики потребители отключаются ступенями.
Выдержка времени первой ступени принимается равной 54-10 мин.
Если перегрузка трансформатора при этом не устраняется, то пус-
ковой орган остается в сработанном состоянии и автоматика про-
должает отключать потребителей других ступеней с выдержкой
времени на 30 с выше предыдущей.
При определении величины отключаемой нагрузки исходят из
того, чтобы с оставшейся нагрузкой трансформатор мог работать
1,54-2 ч. За это время обслуживающий персонал примет меры по
разгрузке трансформатора.
Ток срабатывания токового пускового органа принимают поряд-
ка (1, 3—Г-1,4) /т.НОМ.
Автоматическое регулирование напряжения трансформаторов.
Нормальная работа электроприемников обеспечивается при опре-
деленной величине напряжения. Отклонение напряжения в ту или
иную сторону приводит к снижению качества продукции, сокраще-
нию срока службы электротехнического оборудования, повышению
его повреждаемости и т. д. Этим определяется необходимость под-
держивать напряжение у потребителя на заданном уровне. Требуе-
мые условия и экономичность всей системы электроснабжения наи-
более полно обеспечиваются при автоматическом регулировании
напряжения. При наличии на подстанциях и в трансформаторных
пунктах трансформаторов, снабжаемых устройствами для регули-
рования под нагрузкой (РПН), появляется возможность регулиро-
вать напряжение путем переключения числа витков одной из обмо-
ток трансформатора без его отключения. Обычно переключающее
устройство располагают на стороне высшего напряжения.
На подстанциях с нерегулируемыми трансформаторами регули-
рование можно осуществить путем последовательного включения с
ними так называемого линейного регулятора или вольтодобавоч-
ного трансформатора.
Переключающее устройство (рис. 11.20) состоит из переключателя П числа
витков обмотки трансформатора, контактора К, реактора Р и приводного меха-
низма. Реактор служит для ограничения тока при замыкании части регулировоч-
ной обмотки в процессе переключении (рис. 11.20, в). При этом контакты пере-
ключателя не коммутируют ток: замыкают и размыкают цепь тока нагрузки /н
контакты контактора. Переключатель и реактор обычно помещают в бак транс-
форматора, а контактор—в отдельный бак с маслом.
Последовательность переключения контактов переключателя и контактора
при переводе переключающего устройства из положения 1 в положение 2 пока-
зана на рис. 1.1.20, а, б, в, г, д и пояснения не требует. Переключение осуществ-
ляется автоматически регулятором напряжения.
304
Рис. 11.20. Схема переключающего устройства
Основными характеристиками системы автоматического регули-
рования являются:
ступень регулирования Ucx — напряжение между двумя ответв-
лениями {1 и 2 на рис. 11.20), выраженное в процентах от номи-
нального напряжения обмотки. В зависимости от типа трансформа-
тора ступень регулирования составляет 1,254-2,5%.
зона нечувствительности &U — некоторый диапазон изменения
напряжений, при котором не происходит срабатывание автомати-
ческого регулятора напряжения. Зону нечувствительности выража-
ют в процентах по отношению к -номинальному напряжению. Для
исключения ненужных срабатываний регулятора зона нечувстви-
тельности должна быть больше ступени регулирования;
точность регулирования — величина, равная половине зоны не-
чувствительности;
выдержка времени исключает действие регулятора при кратко-
временных отклонениях напряжения;
уставка регулятора — величина напряжения, которую должен
поддерживать регулятор.
Процесс регулирования схематически показан на рис. 11.21. Ли-
нией 1 обозначена уставка регулятора, а линиями 2 и 3 — границы
зоны нечувствительности ДЙ, которые определяют значения напря-
жения, при которых регулятор приходит в действие. Как следует
из рис. 11.21, требуемое значение напряжения (прямая 1) поддер-
живается с точностью, равной ±Д(7/2. В общем случае регулятор
имеет коэффициент возврата, отличающийся от единицы. На рис.
11.21 значения напряжения возврата изображены штриховыми пря-
305
мыми 4 и 5. Регулятор после срабатывания будет действовать до
тех пор, пока напряжение на его входе находится в пределах зоны
6. Переключение ответвлений произойдет, если время действия
регулятора окажется не меньше его выдержки времени t\ и време-
ни действия приводного механизма tz вместе взятых. При этом
Рис. 11.21. Упрощенное изображение
процесса регулирования напряжения
напряжение из точки т
скачкообразно повысится до
точки п, т. е. увеличится на
величину ступени регулиро-
вания 7. Во втором случае
переключение не произош-
ло, так как /з</1+/г- Вы-
держка времени Л обычно
принимается равной 404-
-7-60 с.
Совершенно очевидно,
что увеличение зоны 6 будет
приводить к более частым, и
, в ряде случаев совершенно
необоснованным переключениям. Поэтому применять электромаг-
нитные реле напряжения с низким коэффициентом возврата в ка-
честве измерительных органов регулятора нежелательно.
В этом отношении более совершенными являются регуляторы,
выполненные на бесконтактных элементах. Структурная схема
одного из таких регуляторов (БАУРПН-1) показана на рис. 11.22
[Л. 90). Основные узлы- схемы выполняют следующие функции:
ПоВысить
Рис. 11.22. Структурная схема регулятора БАУРПН-1
сумматор S осуществляет геометрическое суммирование контро-
лируемого напряжения с напряжением токовой компенсации. Токо-
вая компенсация имитирует падение напряжения в линии до задан-
ной точки; тем самым регулятор поддерживает напряжение на
требуемом уровне в заданной точке, например на шинах потреби-
теля;
306
измерительный орган с помощью индикаторов / и 2 фиксирует
два уровня регулируемого напряжения — верхний и нижний. В пер-
вом случае появляются импульсы на выходах индикаторов 1 и 2,
во втором — они отсутствуют. Кроме того, на выходе индикатора 2
появляется импульс и тогда, когда контролируемое напряжение
находится в зоне нечувствительности. Из сказанного следует, что
регулятор должен действовать в сторону понижения напряжения
при появлении сигналов на выходе обоих индикаторов, действовать
в сторону повышения напряжения при отсутствии сигналов и не
действовать при появлении сигнала только на выходе индикато-
ра 2;
интегратор J преобразует импульсы в сигнал с постоянным
уровнем;
элемент выдержки времени t служит для задержки сигналов
срабатывания исполнительных органов: 1Р в сторону понижения
напряжения и 2Р в сторону его повышения;
логические элементы И, ИЛИ, НЕ обеспечивают требуемое
взаимодействие узлов регулятора.
Если регулируемое напряжение находится в зоне нечувствитель-
ности, то появляется импульс только на выходе индикатора 2. Этот
импульс преобразуется интегратором J2 в сигнал с постоянным
уровнем и подается на вход элемента 1НЕ. При этом на выходе
этого элемента сигнал не появляется и регулятор бездействует.
Если регулируемое напряжение становится меньше нижней гра-
ницы зоны нечувствительности, то с выходов индикаторов сигналы
не поступают. Поэтому отсутствует сигнал на входе элемента
1НЕ, что приводит к появлению сигнала на его выходе. Этот сиг-
нал поступает на логический элемент ИЛИ, который воздействует
на элемент выдержки времени t. Появившийся с установленной
задержкой на его выходе сигнал подается на вход логических эле-'
ментов 1И и 2И. При этом на выходе элемента 1И сигнал отсут-
ствует и исполнительный орган 1Р не срабатывает. Тем самым
исключается сигнал на входе элемента 2НЕ, а с его выхода подает-
ся сигнал к логическому элементу 2И. Создаются условия для сра-
батывания исполнительного органа 2Р, действующего в сторону
повышения напряжения.
Если регулируемое напряжение превышает верхнюю границу
зоны нечувствительности, то появляется импульс как на выходе ин-
дикатора 1, так и на выходе индикатора 2. Но, в соответствии с из-
ложенным, к логическому элементу ИЛИ от усилителя будет по-
даваться только сигнал, полученный от преобразования интеграто-
ром fi импульса индикатора 1. Этот же сигнал подводится к элемен-
ту 1И. После заданной выдержки времени к нему будет подан сиг-
нал от элемента t. Тем самым создается условие для срабатывания
исполнительного органа 1Р, действующего в сторону понижения
напряжения. Вместе с тем появляется сигнал на выходе логиче-
ского элемента 2НЕ, предотвращающий срабатывание исполнитель-
ного органа 2Р.
ГЛАВА XII
ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И ОТДЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК
СИСТЕМ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ
А
§ 12.1. Общие сведения
В промышленности и на транспорте, в коммунальном и сель-
ском хозяйстве применяются потребители электрической энергии
различного -вида: электродвигатели, электрические печи, лампы на-
каливания, выпрямительные и преобразовательные установки и др.
Наиболее распространенными из них являются трехфазные электро-
двигатели, поэтому схемам их защиты и автоматики уделяется в
книге основное внимание. Говоря об автоматике электродвигате-
лей, будем иметь в виду только автоматику, действующую в ава-
рийных режимах (например, АПВ двигателей), так как вопросы
автоматики нормальных режимов (автоматические пуск и тормо-
жение, поддержание постоянства скорости и др.) рассматриваются
в курсе автоматического управления электроприводами.
Нормальная работа современных предприятий в различных от-
раслях народного хозяйства зависит от надежности и бесперебой-
ности не только электроснабжения, но и других систем энерго-
снабжения: водоснабжения, теплоснабжения, воздухоснабжения,
газоснабжения.
Принципы автоматизации различных систем энергоснабжения
рассматриваются в [Л. 95].
§ 12.2. Виды повреждений и ненормальных
режимов работы электродвигателей.
Типы защит двигателей и устройств
их автоматики
/С повреждениям, возникающим в обмотках статора двигателей
переменного тока, относятся многофазные короткие замыкания,
однофазные замыкания на землю и замыкания между витками
одной фазы. В сетях с большими токами замыкания на землю токи
любого из этих видов повреждений могут оказаться значительными.
Поэтому защита от замыканий в обмотках должна быть быстро-
действующей. В сетях с малыми токами замыкания на землю одно-
фазные замыкания на землю менее опасны, чем многофазные замы-
кания. Поэтому специальная защита от замыканий на землю уста-
навливается лишь в случаях, когда ток замыкания превышает 10 А
(для двигателей мощностью до 2000 кВт) или 5 А (для двигателей
мощностью более 2000 кВт с учетом их большей стоимости).
Обрывы в цепях возбуждения синхронных двигателей происхо-
дят очень редко. Поэтому защита от обрыва цепи возбуждения пре-
дусматривается только для некоторых мощных двигателей. Более
вероятно появление обрывов в цепях возбуждения двигателей по-
стоянного тока. При обрыве цепи возбуждения вращающий момент
двигателя постоянного тока снижается, а сам двигатель л*ибо тор-
308
мозится (если на валу есть нагрузка), либо чрезмерно повышает
скорость вращения (незагруженный двигатель с независимым или
параллельным возбуждением). То и другое нежелательно: при тор-
можении значительно возрастает ток якоря, а работа с чрезмерной
скоростью может привести к разрушению двигателя. Поэтому дви-
гатели постоянного тока средней и большой мощности имеют за-
щиту от обрыва цепи возбуждения.
К ненормальным режимам работы двигателей относится их пе-
регрузка током, снижающая срок службы двигателей. Допустимое
время перегрузки t оказывается тем меньше, чем больше кратность
k тока перегрузки по отношению к номинальному току двигателя:
/ = Л/(А2-1),
где А — коэффициент, зависящий от типа и исполнения двигателя.
Его величину ориентировочно принимают: для двигателей с боль-
шими весом и размерами равной 250; для открытых двигателей
равной 150 (Л. 80]. При недопустимой, длительности перегрузки дви-
гатель должен быть разгружен (автоматически или персоналом)
или отключен защитой. Поэтому защита от перегрузки имеет вы-
держку времени и может действовать на автоматическую разгрузку
механизма, на сигнал или на отключение двигателя.
Основными причинами токовых перегрузок являются технологи-
ческие перегрузки приводимых во вращение механизмов, пониже-
ние напряжения при коротких замыканиях в питающей сети и по-
следующее его восстановление, а также обрыв одной фазы статора.
Технологические перегрузки могут устраняться автоматически или
обслуживающим персоналом без остановки механизма (например
перегрузка вентилятора), или только после его остановки (напри-
мер, завал угля в дробилке). Понижение питающего напряжения
приводит к повышению тока двигателя и к снижению его вращаю-
щего момента. Если вращающий момент становится меньше момен-
та сопротивления нагрузки, то двигатель останавливается.
Последующее восстановление нормальной работы двигателей
(самозапуск) при появлении нормального напряжения сопровож-
дается возрастанием их токов. Так как режим самозапуска являет-
ся кратковременным, то токи самозапуска для большинства элект-
родвигателей опасности не представляют. Однако при одновремен-
ном самозапуске многих двигателей, подключенных к одной и той
же сети, напряжение может понизиться, что затруднит восстанов-
ление нормальной работы. Поэтому часть менее ответственных дви-
гателей при понижениях напряжения должна отключаться мини-
мальной защитой напряжения, чтобы облегчить самозапуск более
ответственных двигателей, остающихся подключенными к сети. При
недостаточной мощности источника питания приходится наряду с
неответственными отключать и часть ответственных двигателей. Их
обратное включение по окончании самозапуска неотключенных дви-
гателей осуществляется устройством АПВ двигателей.
Перегрузки, вызываемые обрывом фазы, наиболее часто возни-
кают при защите электродвигателя или его питающей сети плавки-
309
ми предохранителями. Обрыв фазы работавшего двигателя ведет к
уменьшению его вращающего момента и к возрастанию токов не-
поврежденных фаз. Поведение двигателя после обрыва фазы (рабо-
та с пониженной скоростью или торможение) зависит от величины
нагрузки на его валу. Если же к сети с оборванной фазой будет под-
ключаться неподвижный двигатель, то без внешнего толчка он раз-
вернуться не сможет.
Перегорание предохранителя в одной фазе или потеря контак-
та в одном полюсе коммутационного аппарата при правильном вы-
боре предохранителей и высокой культуре эксплуатации электро-
оборудования происходят очень редко. Поэтому обычно специаль-
ная защита от работы электродвигателей на двух фазах не
устанавливается, а ее функции выполняют другие виды защит от
перегрузок. Специальная защита от обрыва фазы устанавливается
в порядке исключения. Например, ее применение может быть оправ-
дано, если двигатель работает в длительном режиме с большой на-
грузкой, без постоянного наблюдения персонала, причем невозмож-
но повысить надежность работы предохранителей путем их загруб-
ления из-за малых кратностей токов короткого замыкания, а
повреждение электродвигателя влечет за собой существенный ущерб
либо связано с особо сложными работами по ремонту или замене
двигателя [Л. 29].
У синхронных двигателей помимо перегрузок ненормальным 'ре-
жимом является асинхронный ход, который может возникнуть при
снижении питающего напряжения или тока возбуждения и при
большом увеличении нагрузки. При асинхронном ходе ток статора
возрастает, а ротор двигателя и приводимый в движение механизм
подвергаются действию знакопеременного момента, что может при-
вести к их повреждению. Асинхронный режим синхронных двигате-
лей до 1000 В устраняется, как правило, защитой от перегрузки по
току статора. Синхронные двигатели напряжением выше 1000 В
должны иметь специальную защиту от асинхронного режима, кото-
рая действует с выдержкой времени на одно из следующих уст-
ройств: 1) схему ресинхронизации (т. е. восстановления синхро-
низма); 2) автоматическую разгрузку механизма; 3) отключение
электродвигателя, с последующим АПВ. При невозможности осу-
ществления этих устройств или их ненадобности защита от
асинхронного режима действует на отключение синхронного дви-
гателя.
В системах энергоснабжения находят также применение устрой-
ства АВР двигателей (для ответственных механизмов). Эти устрой-
ства включают двигатель резервного механизма не только при от-
ключении двигателя основного механизма, но и при недопустимом
отклонении технологических параметров (давления, уровня и т. п.).
С этой целью пуск устройств АВР двигателей осуществляется
контактами реле, реагирующих на неэлектрические величины. На-
пример, при снижении давления воздуха в системе воздухоснабже-
ния контактный манометр дает командный сигнал на включение
электродвигателя резервного компрессора.
310
§ 12.3. Защита и автоматика электродвигателей
напряжением до 1000 В
Учитывая массовость низковольтных электродвигателей, их от-
носительно небольшую мощность и невысокую стоимость, к защи-
те и автоматике этих двигателей предъявляются требования просто-
ты устройства и обслуживания, малой трудоемкости ремонта, эко-
номичности и надежности. Этим требованиям удовлетворяют
защита и автоматика, выполненные наиболее простыми средствами:
автоматами и контакторами. Во многих случаях вполне удовлетво-
рительной оказывается и защита плавкими предохранителями. При
использовании реле косвенного действия указанным требованиям
удовлетворяет защита на переменном оперативном токе.
Защита от коротких замыканий. Для ликвидации многофазных
коротких замыканий в обмотке статора двигателей применяются
токовые защиты, причем в сетях с глухозаземленной нейтралью они
используются и для отключения однофазных коротких замыканий
на землю.
Наиболее простой является защита плавкими предохранителя-
ми, нашедшая широкое применение. Выбор предохранителей и их
плавких вставок для защиты двигателя или группы двигателей осу-
ществляется по условиям (4.1) и (4.2).
Токовая защита, выполненная автоматами, может защищать
низковольтные электродвигатели не только от коротких замыканий,
но и от перегрузок. Автоматы для этой защиты выбираются по пра-
вилам, изложенным в § 4.5, причем в качестве расчетного тока
/расч берется номинальный ток двигателя.
Электродвигатели, подключаемые к питающей сети через кон-
такторы, могут иметь защиту в виде токовой отсечки, выполненной
посредством электромагнитных токовых реле косвенного действия.
Такие реле применяются практически для всех низковольтных дви-
гателей мощностью более 100 кВт, для большинства двигателей с
контактными кольцами и короткозамкнутых двигателей повторно-
кратковременного режима работы [Л. 91]. Токовые реле включают-
ся в каждую фазу статора непосредственно '(реле IT-^ST на
рис. 12.1) или через трансформаторы тока. В сетях с изолированной
нейтралью можно ограничиться двумя реле. Ток срабатывания ре-
ле определяется в общем случае по выражению (5.24), в которое
вместо тока /к3з.вн.макс следует подставлять пусковой ток двига-
теля /дв.пуск, т. е.
/е.₽ = ^ап*<3х)Лв.пуек/«т- (12.1)
Для непосредственного включения можно применять первичные
реле типов РЭ-571Т, РЭВ-2111 и РЭВ-2112. По своей конструкции
они напоминают электромагнитный контактор. Реле РЭ-571Т изго-
товляется на номинальный ток /р.Ном = 1,54-600 А с током срабаты-
вания /с.р, регулируемым в пределах (0,75—1) /р.ном, и коэффици-
ентом возврата feB=0,65. Реле РЭВ-2111 (с самовозвратом) и
РЭВ-2112 (с ручным возвратом) изготовляются на /р.ном = 2,54-
311
4-600 А и выпускаются в двух исполнениях: 1) с током срабатыва-
ния /с.р =(1,14-3,5) /р.ном для защиты двигателей с фазным рото-
ром; 2) с током срабатывания /с.р=|(2,24-7) /р.ном для защиты дви-
гателей с короткозамкнутым ротором. Коэффициент возврата этих
реле низок — не выше 0,34-0,4.
Рис. 12Л. Максимальная токовая зашита двигателя от ко-
ротких замыканий и перегрузок
Защита от перегрузки. Эта защита обычно действует на отклю-
чение и выполняется токовой, т. е. реагирует на возрастание тока
двигателя, либо температурной, т. е. реагирующей на повышение
температуры обмотки или других частей двигателя. Как и токовые
защиты аналогичного назначения других элементов системы элект-
роснабжения, токовая защита двигателей от перегрузки имеет вы-
держку времени и может выполняться посредством автоматов с
замедленным срабатыванием' или посредством реле косвенного
действия — тепловых и электромагнитных.
Тепловые реле обычно являются составной частью магнитного
пускателя (см. § 3.4). Как и в тепловом расцепителе автомата,
основным элементом теплового реле является биметаллическая
пластинка. Нагрев пластинки может быть непосредственным —
пропусканием по ней тока защищаемого двигателя, косвенным — с
помощью рядом расположенного нагревателя и комбинированным.
Нагревшись, пластинка изгибается и ее конец освобождает рычаг,
который под действием пружины размыкает контакты теплового
реле, включаемые в цепь удерживающей катушки контактора. В за-
щищаемую цепь (фазу статора) тепловое реле включается непо-
средственно или через трансформатор тока (для крупных двига-
телей).
Чтобы использовать тепловые реле для защиты двигателя от
работы на двух фазах, магнитный пускатель содержит два тепловых
реле (1Т и 2Т на рис. 3.3, а). В отличие от рассматриваемых далее
специальных схем после обрыва фазы тепловые реле отключают
электродвигатель не мгновенно, а через некоторое время. Количе-
312
(12.2)
ство тепла, выделенного в тепловом реле, и количество тепла, выде-
ленного в электродвигателе, пропорционально квадрату тока, по-
этому при полном соответствии тепловых характеристик реле и
двигателя рассматриваемая защита давала бы возможность наи-
более полно использовать перегрузочную способность электродви-
гателя. Наиболее удовлетворительно с помощью тепловых реле
защищаются от перегрузки двигатели длительного режима ра-
боты.
Номинальный ток теплового реле /р.ном и номинальный ток его
сменного нагревателя /нагрев.ном выбирают, исходя из номинального
тока двигателя /дв.ном:
Iр.ном -^нагрев.ном -^дв.ном/^т
У тепловых реле серий ТРИ и ТРН ток уставки может регули-
роваться ОТ 0,75 ДО 1,25 /нагрев.ном, ПОЭТОМУ ДЛЯ НИХ
^дв.иом/(0,75/гт) > /наг;ев.ном > Лв.„ом/(1,25/гт)- (12.3)
Тепловое реле ТРП-25 имеет пределы регулирования (0,8^
—1,15) /нагрев.ном, ПОЭТОМУ Диапазон выбора еГО тока /нагрев.ном СО'
ответственно уменьшается.
При коротком замыкании в двигателе нагреватель теплового
реле может перегореть раньше, чем это реле отключит двигатель.
Поэтому в большинстве случаев защита с тепловыми реле устанав-
ливается только при наличии быстродействующей защиты двигате-
ля от коротких замыканий, например плавких предохранителей
[Л. 91].
Защита от перегрузки, выполняемая посредством электромаг-
нитных реле, состоит из токового реле, включаемого непосредствен-
но в фазу двигателя или во вторичные цепи трансформаторов
тока, и реле времени (реле 4Т и В на рис. 12:1). Ток срабатывания
токового реле выбирается так же, как и у максимальной токовой
защиты линий, т. е. по (5.7), где принимается /раб.макс =/дв.ном и
&СЗ = 1 '
/e.P = k3ank^^0J(kBfl^. (12.4)
Недействие защиты в пусковом режиме обеспечивается приме-
нением выдержки времени, превышающей время нормального пуска
(не менее 3 с). При длительной перегрузке или при затянувшемся
пуске реле времени отключает двигатель, размыкая цепь удержи-
вающей катушки контактора.
В защите можно применять такие же реле, какие используются
для защиты двигателей от коротких замыканий. Включая реле че-
рез трансформаторы тока, защиту можно сделать более чувстви-
тельной, используя в ней вторичные реле типа РТ-40, имеющие бо-
лее высокий коэффициент возврата, чем первичные реле.
Температурная защита [Л. 91] использует датчики нагрева об-
моток двигателя: температурные реле и терморезисторы, встраи-
ваемые в лобовые части обмотки статора или вблизи от нее (на
подшипниковом щите или на железе статора).
11—2008 313
Основным элементом температурного реле серии Т (рис. 12.2)
служит биметаллическая мембрана 1. Мембрана при нагревании
до температуры срабатывания скачкообразно меняет направление
своего изгиба и размыкает контакты 2, включаемые в цепь удержи-
вающей катушки контактора. Реле серии Т предназначены для за-
щиты двигателей мощностью 0,64-100 кВт и выпускаются с темпе-
ратурами срабатывания от 75+10° С
Рис. 12.2. Температурное реле серии Т:
/ — биметаллическая мембрана; / — контакты
до 155+10 С. Температура
срабатывания определяется
классом изоляции защищае-
мого двигателя. Тепловая
инерционность мембраны и
недостаточность теплового
контакта между реле и об-
мотками двигателя наруша-
ют соответствие характерис-
тик двигателя и защиты.
Лучшие результаты получа-
ются при использовании тем-
пературно-токовых реле ти-
па ТТ-10, у которых биме-
таллическая мембрана до-
полнительно подогревается
ндхромовым нагревателем,
включенным через транс-
форматор тока в цепь ста-
тора. Реле типа ТТ-10 могут
встраиваться в двигатели
мощностью 0,2-4-100 кВт и
выпускаются с температурами срабатывания 135+5° С и 145+5° С.
Температурная защита с терморезисторами действует на отклю-
чение двигателя посредством промежуточного реле, в цепь обмотки
которого Включаются терморезисторы с релейным эффектом: при
определенной температуре их сопротивление скачком уменьшается
в сто и более раз. Диапазон номинальных сопротивлений (при
+20° С) терморезисторов с релейным эффектом типов КМТ-10 и
КМТ-11 составляет 0,14-3,3 МОм.
Защита от обрыва фазы. Если для двигателя, защищаемого пре-
дохранителями (или подключенного к сети с такой защитой), воз-
никает необходимость в защите от обрыва фазы, то она может вы-
полняться по одной из схем, показанных на рис. 12.3 [Л. 91]. В пер-
вой схеме (рис. 12.3, а) при перегорании одного из предохранителей
на обмотке соответствующего реле обрыва фазы 1ОФ—ЗОФ возни-
кает напряжение, реле своим размыкающимся контактом разры-
вает цепь самоудерживания контактора К, и двигатель М отклю-
чается. Во второй схеме (рис. 12.3, б) применены токовые реле
ЮФ-^-ЗОФ, катушки которых выбираются по номинальному току
двигателя Д, а токи возврата — меньше тока холостого хода дви-
гателя. При нормальном пуске реле времени В не успевает сраба-
тывать, и его контакт не размыкает цепь самоудерживания контак-
314
тора К. После исчезновения тока в одной из фаз реле В отключает
двигатель. В третьей схеме (рис. 12.3, в) использовано одно реле
ОФ, реагирующее на смещение нейтрали обмотки статора при об-
рыве фазы. В качестве этого реле может использоваться либо реле
напряжения, имеющее уставку около 0,3 UB0U, либо токовое реле
с уставкой, меньшей тока статора (до 0,3/Ном). По такой же схеме
можно включить и обмотку максимального расцепителя (если дви-
гатель присоединен к сети через автомат).
Рис. 12.3. Защита от обрыва фазы:
а — с контролем исправности предохранителей; б — с контролем токов в фа-
зах; в — с контролем потенциала нейтрали
Минимальная защита напряжения и автоматика. Минимальную
защиту напряжения может осуществлять автомат, снабженный ми-
нимальным расцепителем, для чего обмотку этого расцепителя под-
ключают к той же сети, что и защищаемый двигатель. Аналогичную
функцию выполняет и контактор с удерживающей катушкой, под-
ключенной к силовой сети, если он имеет управление ключом с ca-
ll* • 315
мовозвратом или кнопочное управление (см. рис. 3.3, а). Контак-
тор отключает двигатель от сети, когда напряжение снижается до
величины (0,44-0,5) UB0M.
При управлении ключом с фиксированными положениями
(рис. 12.4, а) или при питании цепи управления от независимого
а'/ А В С
Рис. 112.4. Минимальная защита напряжения:
а —без выдержки времени при управлении ключом с фиксированными по-
ложениями; б—-без выдержки времени при питании цепи управления от
независимого источника; в — с выдержкой времени, ио без возможности
мгновенного оперативного отключения; г — с выдержкой времени и с воз-
можностью мгновенного оперативного отключения
источника (рис. 12.4, б) для минимальной защиты напряжения при-
меняется реле напряжения Н, которое может размыкать цепь удер-
живающей катушки при напряжении 0,254-0,7 (/ном (в зависимости
от типа реле и его уставки).
Чтобы минимальная защита напряжения не отключала двига-
тель при быстро ликвидируемых коротких замыканиях в питающей
316
сети или в других двигателях, подключенных к этой сети, вводится
выдержка времени. В схеме, показанной на рис. 12.4, в [Л. 42], вы-
держку времени создает реле П, имеющее замедление на возврат.
Недостатком этой схемы является то, что при оперативном отклю-
чении двигатель отключается не сразу после нажатия на кнопку
«Стоп»: длительность нажатия должна быть больше выдержки вре-
мени, создаваемой реле П.
Одна из схем, не имеющих указанного недостатка, приведена
на рис. 12.4, г [Л. 42]. В схеме применено реле фиксации команды
ФК (двухпозиционное реле типа РП-351), получающее питание от
независимого источника переменного оперативного тока, и реле вре-
мени В, начинающее отсчет времени при снятии напряжения с его
обмотки (реле типа ЭВ-235). Обмотка реле В питается от силовой
сети. При подаче команды на включение реле ФК переключается
и включает контактор К. Блок-контакт контактора подает питание
на обмотку реле В. При исчезновении напряжения в силовой сети
контактор К отпадает, а реле В начинает отсчет времени. Если вос-
становление напряжения произойдет раньше замыкания контакта
реле В, то через контакты непереключившегося реле ФК на обмот-
ку контактора К будет подано напряжение, и двигатель включится.
Если же перерыв питания будет длительным, то контакт реле В
замкнется и переключит реле ФК в положение, не допускающее по-
вторный пуск двигателя при последующем восстановлении напря-
жения.
Как видно из изложенного, некоторые из схем минимальной за-
щиты напряжения наряду с защитой двигателей одновременно вы-
полняют функции устройств АПВ, так как допускают обратное
включение двигателей при восстановлении напряжения. Поэтому
такие схемы часто называют схемами АПВ двигателей (например,
в {Л. 42]). Схему, показанную на рис. 12.4, а, можно назвать схемой
АПВ постоянного действия, а схемы, приведенные на рис. 12.4, в и
г, — схемами АПВ с действием в течение заданного времени. АПВ
постоянного действия имеет место и при подключении двигателя к
сети через контактор с защелкой, однако функций минимальной за-
щиты напряжения такой контактор непосредственно не выполняет.
Если по условиям технологического процесса требуется автома-
тическое включение резервного двигателя, то схему АВР можно
выполнить также на контакторах или магнитных пускателях. В ка-
честве примера рассмотрим схему управления двигателем насоса,
составленную применительно к небольшой насосной станции
(рис. 12.5, а) с двумя взаимно резервируемыми насосами [Л. 92].
Схема управления двигателем второго насоса аналогична. Схема
рис. 12.5, б содержит избиратель режима 1ИР, позволяющий пере-
водить двигатель на режим местного управления при ремонтных и
наладочных работах. На рисунке положения рукоятки 1ИР обозна-
чены буквами: М (местное) и А (автоматическое). Переключатель
1ИП служит избирателем программы.
Рассмотрим, как работает схема, когда режим работы автома-
тический, первый насос резервный, а второй — рабочий. При сни-
317
жении давления воды на выходе второго насоса его датчик давле-
ния 2ДД включает реле давления, которое замыкает свои контак-
ты 2Д в цепи управления первого насоса. В результате получает
питание реле времени 1В. Если снижение давления было длитель-
ным, то реле 1В, дорабатывая, включает контактор 1К, подающий
питание на двигатель первого насоса 1М. Цепь самоудерживания
контактора 1К при работе в рассматриваемом режиме разомкнута
на контактах переключателя 1ИР, поэтому после восстановления
нормального давления реле 1Д и 1В возвращаются и двигатель
первого насоса 1М автоматически отключается. Для сигнализации
ненормального режима служит лампа 1ЛНР.
Рис. 12.5. АВР насоса:
а — гидромеханическая схема насосной станции; б — элект-
рическая схема управления двигателем одного насоса
Работа схемы в режиме местного управления особых пояснений
не требует. Помимо обычных кнопок пуска и остановки имеется
дополнительная кнопка аварийной остановки, не имеющая само-
возврата. Если эта кнопка нажата, то-включения насоса не произой-
дет, даже если автоматика (2Д и 1В) будет действовать на вклю-
чение.
Схемы АПВ и АВР двигателей на основе автоматов почти не
применяются, так как большинство типов автоматов не имеет при-
318
приведена на рис. 12.6.
Рис. 12.6. Схема управления и защи-
ты двигателя постоянного тока с па-
раллельным возбуждением:
а —силовые цепи; б — цепи управления
водов дистанционного включения. АРВ устанавливаются на син-
хронных двигателях мощностью 200-5-300 кВт и выше.
Защита двигателей постоянного тока. Защита этих двигателей
от коротких замыканий, перегрузок и понижений напряжения осу-
ществляется аналогично соответствующим защитам асинхронных
двигателей. Схема управления и защиты двигателя средней мощ-
ности с параллельным возбужде
В этой схеме контактор 7/С
служит для подключения цепи
якоря Я к источнику питания в
момент пуска, а контактор
2К — для закорачивания пуско-
вого реостата /?пуСк после того,
как двигатель наберет оборо-
ты, его пусковой ток уменьшит-
ся, а создаваемая якорем про-
тиво-э. д. с. станет достаточной
для срабатывания контактора
2 К. Так как коэффициент возв-
рата контакторов постоянного
тока очень низок (0,1-5-0,15), то
контактор 1К для минимальной
защиты напряжения непосред-
ственно использовать нельзя,
поэтому защита выполнена с
помощью реле Н. Блок-контакт
контактора 1К (в цепи катуш-
ки 2/Q осуществляет защиту
двигателя от запуска с закоро-
ченным пусковым реостатом в
случаях, когда запуск осу-
ществляется вскоре после от-
ключения двигателя. Отсутст-
вие этого блок-контакта привело бы к длительному удерживанию
контактора 2К. за счет противо-э. д. с. якоря, вращающегося по
инерции после отключения питания.
Цепь якоря и цепи управления защищены от коротких замыка-
ний плавкими предохранителями, а для защиты якоря от перегру-
зок служит реле Т. При обрыве цепи обмотки возбуждения ОВ сра-
батывает реле обрыва поля ОП, и двигатель отключается.
§ 12.4. Защита и автоматика электродвигателей
высокого напряжения
На электродвигателях напряжением 3-5-10 кВ должны преду-
сматриваться защита от многофазных коротких замыканий, защита
от токов перегрузки и минимальная защита напряжения. В необхо-
димых случаях должна устанавливаться защита от однофазных
замыканий на землю. Во многих случаях эти защиты могут выпол-
319
няться с помощью вторичных реле прямого действия или реле кос-
венного действия на переменном оперативном токе.
Защита от многофазных коротких замыканий. При подключении
электродвигателя через выключатель нагрузки защита от много-
фазных коротких замыканий может выполняться плавкими предо-
хранителями, если отключающая способность предохранителей яв-
ляется достаточной. Для защиты от многофазных коротких замы-
каний используются также токовые отсечки и продольная диффе-
ренциальная защита.
Токовая отсечка устанавливается на двигателях мощностью ме-
нее 2000 кВт и отстраивается от максимального пускового тока
электродвигателя /дВ.пуск.макс, протекающего при закороченных пус-
ковых устройствах (реостатах или реакторах). Таким образом, ток
срабатывания реле отсечки определяется по (12.1). При этом при-
нимают /дВ.пуск=/дв.пуск.макс, а коэффициент запаса /гзап берут в сле-
дующих пределах: 2—2,5 — для реле прямого действия; 1,4—1,5 —
для электромагнитных реле типа ЭТ или РТ; 1,8—2 — для электро-
магнитного элемента индукционных реле типа РТ-80 [Л.7].
Обмотка реле от-
сечки в целях упро-
щения схемы защиты
включается на раз-
ность токов двух фаз.
Если чувствитель-
ность такой отсечки
оказывается недоста-
точной (йч<2 при
металлическом ко-
ротком замыкании
на выводах обмотки
статора), то приме-
няют двухрелейную
отсечку. Эта же схе-
ма используется, ес-
ли привод выключа-
теля снабжен двумя
токовыми реле пря-
мого действия.
Примеры выпол-
нения схем отсечки
для защиты двига-
телей приведены на
особых пояснений не
Рис. 12.7. Токовая отсечка:
а — с реле прямого действия; б — на переменном опе-
ративном токе с дешунтированием катушки отключения;
в — на переменном оперативном токе с питанием через
' промежуточный насыщающийся трансформатор тока;
г — на постоянном оперативном токе
*
рис. 12.7. Первые две схемы (рис. 12.7, а и б)
требуют. Применение насыщающегося трансформатора тока в
третьей схеме (рис. 12.7, в) и промежуточного реле в последней схе-
ме (рис. 12.7, г) необходимо для уменьшения нагрузки на контакты
токовых реле.
Недостатком токовых отсечек является возможность их отказа
при коротких замыканиях, удаленных от выводов статора. Поэтому
320
защита от междуфазных коротких замыканий для двигателей
мощностью более 2000 кВт выполняется дифференциальной токовой
(если обмотка статора имеет шесть выводов). Дифференциальная
защита предусматривается и на двигателях меньшей мощности, ес-
ли двухрелейная отсечка оказывается недостаточно чувствительной.
Ток срабатывания дифференциальной защиты двигателей /с.з=
=&зап/дв.ном, где коэффициент запаса /г3ап при условии идентично-
сти трансформаторов тока и их выбора по кривым 10% погрешности
лежит в пределах 1,5—2 для защиты с реле РТМ или РТ-40 и в пре-
делах 0,5—1 для защиты с реле РНТ.
В целях упрощения дифференциальная защита выполняется
двухфазной и только для двигателей мощностью более 500 кВт, не
имеющих мгновенной защиты от замыканий на землю, она делает-
ся трехфазной. Может применяться и однорелейная схема, пока-
занная на рис. 12.8 [Л. 80]. Обе обмотки реле РНТ в этой схеме име-
ют одинаковое число витков и подключены к двум фазам с различ-
ной полярностью. Чувствительность этой защиты зависит от вида
короткого замыкания:
fe^c/2== k^B = k^c.
Защита от перегрузки. Тепловые реле ввиду своих недостатков
не -применяются для защиты высоковольтных двигателей от пере-
грузки, и эта защита обычно осуществляется индукционными эле-
ментами токовых реле РТ-80, причем электромагнитные элементы
этих же реле используются для защиты от коротких замыканий. Ес-
ли при этом защита от перегрузки должна действовать на сигнал
или на автоматическую разгрузку, то применяются реле типа РТ-84
с раздельными контактами индукционного и электромагнитного эле-
ментов (рис. 12.9).
Рис. 12.8. Одиорелейиая схема диффе-
реициальиой защиты двигателя
Рис. 12.9. Токовая защита
от перегрузки с реле типа
РТ-84
321
Защита от перегрузки отстраивается от номинального тока дви-
гателя, т. е. ток срабатывания ее реле выбирается по (12.4), а вы-
держка времени в независимой части характеристики берется не
менее 10 с, чтобы предовратить действие защиты при пуске двига-
теля.
Минимальная защита напряжения и АПВ двигателей. Минималь-
ная защита напряжения высоковольтных двигателей в отличие от
такой же защиты низковольтных двигателей всегда выполняется с
выдержкой времени 0,54-1,5 с для неответственных двигателей и
104-15 с для ответственных двигателей, самозапуск которых недо-
пустим по условиям техники безопасности или из-за особенностей
технологического процесса- Напряжение срабатывания защиты со-
ставляет (0,554-0,7) t/H0M. Схемы минимальной защиты напряжения
выполняются таким образом, чтобы исключить ее ложное действие
при нарушениях во вторичных цепях трансформаторов напряжения.
Наиболее простая — однорелейная схема защиты — применяется
только при использовании реле прямого действия типа РНВ. Одна
из таких схем показана на рис. 12.10 [Л. 94]. В схеме используются
минимальные реле напряжения (1РНВ—4РНВ'), установленные на
четырех двигателях 1М-^-4М.
Рис. 12.10. Минимальная защита напряжения четырех двигателей- с ре-
ле типа РНВ
Для повышения надежности в схеме защиты:
фаза b цепей напряжения заземлена не наглухо, а через пробив-
ной предохранитель ПП. Поэтому при однофазных замыканиях на
землю фаз а и с установленные в них автоматы Me и 2Ав не отклю-
чаются;
приборы и счетчики подключены к цепям напряжения через от-
дельный автомат ЗАв с мгновенным расцепителем. Поэтому короТ-
322
кие замыкания в цепях измерительных приборов устраняются рань-
ше, чем доработают реле РНВ;
между фазами а и с включен конденсатор С емкостью 30 мкФ,
через который подается напряжение на реле РНВ после отключения
автомата 1Ав <или 2Ав при двухфазных коротких замыканиях в це-
пях защиты. При замыкании между фазами а и Ь' или а и с отклю-
чается автомат 1Ав, имеющий мгновенный расцепитель (автомат
2Ав имеет тепловой расцепитель и при замыкании между фазами
а я с отключиться не успевает), и напряжение на реле 1РНВ и
2РНВ при этом поступает через конденсатор С от фазы с. При за-
мыкании между фазами Ь и с отключается автомат 2Ав, и напряже-
ние на реле ЗРНВ и 4РНВ поступает через конденсатор С от фазы
а. Величина подаваемого через конденсатор напряжения достаточ-
на для удержания реле РНВ, поэтому ложного действия защиты не
происходит.
Сигнализация неисправности цепей напряжения осуществляется
контактами реле напряжения 1Н-^-ЗН и блок-контактами автоматов
1Ав-^ЗАв (1БК+ЗБК).
Минимальная защита напряжения с реле косвенного действия
выполняется обычно групповой, т. е. действующей на отключение
группы двигателей. Наиболее простой и наименее надежной являет-
ся схема с одним реле, включенным на междуфазное напряжение.
Более надежны схемы с двумя ре-
ле, питаемыми от разных транс-
форматоров напряжения либо от
разных междуфазных напряже-
ний одного трансформатора на-
пряжения, а также трехрелейные.
Схема АПВ высоковольтных
двигателей, показанная на рис.
12.11, начинает работу при дей-
ствии минимальной защиты на-
пряжения. Отключая электродви-
гатели, защита одновременно
включает промежуточное реле 1П,
которое затем самоудерживается
через свой контакт. После восста-
новления питания на шинах до
Рис. 12.11. Схема АПВ электро-
двигателей высокого напряжения
величины (0,84-0,9) 1/Ном реле на-
пряжения Н срабатывает и запус-
кает реле времени В (типа ЭВ-225 или ЭВ-245), которое проскаль-
зывающим контактом кратковременно замыкает цепь обмотки вы-
ходного промежуточного реле 2П. Для надежного включения вы-
ключателей возврат реле 2П должен происходить не ранее 0,14-
4-0,2 с после его срабатывания. Это условие обеспечивается тем,
что время замкнутого состояния временно замыкающего контакта
реле Bi находится в пределах 0,45—0,65 с (реле ЭВ-225) или
1—1,5 с (реле ЭВ-245). Упорный контакт реле В2 служит для воз-
врата схемы в исходное положение.
323
Индивидуальное АПВ двигателей может выполняться с примене-
нием реле РПВ-358 и дополнительного реле, контролирующего на-
личие напряжения на шинах питания. Подача включающих импуль-
сов в схемах АПВ двигателей осуществляется через контакты
ключей управления, замкнутые в положении «включено», чтобы ис-
ключить возможность запуска двигателей, отключенных до момента
снижения напряжения персоналом.
Защита от замыканий на землю. В необходимых случаях, рас-
смотренных ранее, на двигателях устанавливается защита от за-
мыканий одной фазы на землю. Она выполняется с использованием
трансформатора тока нулевой последовательности типа ТЗЛ или
ТЗРЛ и действует на отключение без выдержки времени. Если дви-
гатель не имеет дифференциальной защиты, то трансформатор тока
нулевой последовательности устанавливается в распределительном
устройстве на кабеле, идущем к электродвигателю. В этом случае
питающий кабель входит в зону действия защиты от замыканий на
землю.
АВР двигателей. На рис. 12.12 показана схема АВР высоко-
вольтного двигателя, выполненная применительно к установке с
Рис. 12.12. Схема АВР высоковольтного двигателя;
а — общие цепи устройства АВР; б — индивидуальные цепи управления электродви-
гателей
тремя двигателями, подключаемыми к источникам питания посред-
ством выключателей с пружинно-грузовым приводом [Л. 95]. В рас-
сматриваемой схеме натяжение пружин привода осуществляется
только непосредственно перед включением выключателя, а после
324
включения пружины снова автоматически не заводятся. При этом
исключаются длительное пребывание пружин в заведенном состоя-
нии и возможность самопроизвольных включений выключателя.
Любой из трех двигателей установки может быть рабочим или
резервным. Рабочий двигатель имеет дистанционное и местное уп-
равление (ключом КУ; кнопками Вкл. и Откл.), а резервный — пуск
только от устройства АВР и дистанционное и местное управление
остановкой. Выбор вида управления осуществляется избирателем
управления ИУ, положения рукоятки которого на рис. 12.12 обозна-
чены буквами Р (резерв), М (местное) и Д (дистанционное).
Все двигатели имеют защиту, выполненную на переменном опе-
ративном токе. Помимо защиты от перегрузки (реле Т с зависимой
характеристикой, контакт которого и указательное реле У показаны
на рис. 12.12, б) имеются защиты от коротких замыканий и от по-
нижения напряжения. Обе эти защиты выполнены с помощью реле
прямого действия, встроенных в приводы выключателей.
В исходном положении в схеме рабочего двигателя избиратель
ИУ находится в положении Д, а ключ КУ — в нейтральном поло-
жении (после включения). В схеме резервного двигателя избира-
тель стоит в положении Р, а ключ КУ— в нейтральном положении
(после отключения). Все реле, находящиеся в индивидуальных цепях
управления, обесточены, а в общих цепях АВР подано напряжение
на обмотку реле блокировки автоматики БА, обеспечивающего од-
нократность ее действия. Контактами этого реле подготовлена цепь
обмотки реле включения резерва ВР. При аварийном отключении
рабочего двигателя в цепях его управления замыкается цепь несо-
ответствия, образованная контактами ключа КУ и блок-контакта-
ми выключателя БК в цепи обмотки реле АО. Реле АО срабатывает,
замыкает цепь аварийной сигнализации и переключает свои кон-
такты в общих цепях АВР: размыкает цепь обмотки реле блокиров-
ки БА и замыкает цепь обмотки реле включения резерва ВР. Реле
ВР срабатывает и подает напряжение на промежуточное реле Ш,
которое после срабатывания самоудерживается и подает напряже-
ние на двигатель М, заводящий пружины привода.
По окончании завода пружин конечный выключатель ВК отклю-
чает двигатель М, блок-контакт готовности привода КГП замыкает
цепь катушки включения КВ, и резервный двигатель включается.
При его включении самоудерживание реле 1П прекращается. Про-
межуточное реле 2П действует в случае дистанционного отключе-
ния резервного двигателя.
§ 12.5. Особенности защиты и автоматики
синхронных двигателей высокого
напряжения и синхронных компенсаторов
Синхронные двигатели. Для защиты синхронных двигателей ис-
пользуются те же защиты, что и для асинхронных двигателейг от
междуфазных коротких замыканий; от замыканий на землю; от пе-
регрузок; минимальная защита напряжения. Их уставки выбира-
325
ются так же, каку аналогичных защит асинхронных двигателей. За-
щиты, действующие на отключение выключателя, одновременно дей-
ствуют и на отключение АГП, если он имеется.
Функции защиты от асинхронного хода может одновременно вы-
полнять защита от перегрузки с реле типа РТ-80. Ток /р, проходя-
щий через это реле, при асинхронном ходе пульсирует (рис. 12.13);
в промежутках между толчками тока (в течение времени А/) реле
не успевает возвратиться и по истечении некоторого времени замы-
кает свой контакт. Недостатками такой защиты являются значитель-
ная выдержка времени и в ряде случаев малая чувствительность,
j Более совершенна защита от асин-
р /Л Г\ Г\ хронного хода, реагирующая на появле-
4—V—+-Д—/ \ ние переменного тока в обмотке возбуж-
/-it —у- дения. Пусковым органом этой защиты
' о. V/ 3 * служит токовое реле, включенное в цепь
[ возбуждения через трансформатор тока.
1----------------—- Так как переменный ток в этой цепи появ-
41- ляется не только в асинхронном режиме,
но и при прерывистой нагрузке без цару-
Рис. 12.13. Ток статора снн- шения синхронизма и при внешних несим-
хрмного двигателя "₽И метРичных коротких замыканиях, то за-
dvnuAUUnnUM ЛиДС п
щита имеет выдержку времени. Вслед-
ствие большей сложности эта защита ши-
рокого применения пока не получила.
Если после действия защиты от асинхронного хода предусмат-
ривается ресинхронизация двигателя, то схема ресинхронизации вы-'
полняет следующую последовательность операций [Л. 29]: включе-
ние разрядного сопротивления в цепь обмотки ротора; включение
форсировки возбуждения; подключение обмотки ротора к якорю воз-
будителя на время до 3 с; снятие форсировки после втягивания дви-
гателя в синхронизм.
АРВ синхронных двигателей выполняется на тех же принципах,
что и АРВ генераторов. В отличие от последних, задачей АРВ син-
хронных двигателей может быть поддержание постоянства не толь-
ко напряжения, но и других параметров: заданного коэффициента
мощности; отдаваемой реактивной мощности. Для различных усло-
вий работы и разных систем возбуждения разработан ряд схем АРВ
синхронных двигателей.
Для двигателей с плавно изменяющейся нагрузкой и электро-
машинной системой возбуждения рекомендуется осуществлять ком-
паундирование с коррекцией напряжения и коэффициента мощности,
а также автоматически ограничивать возбуждение, если напряже-
ние статора или ток ротора достигают максимально допустимых зна-
чений. Компаундирование с коррекцией напряжения уже рассматри-
валось в § 10.5. Корректором коэффициента мощности может слу-
жить схема сравнения абсолютных значений двух величин (§ 6.4),
так как направление ее выходного тока-зависит от угла <р. Этот ток
подается в обмотку управления магнитного усилителя, входящего
в электромагнитный корректор напряжения (Э'МК на рис. 10.12, б).
326
Схема настраивается на отсутствие выходного тока при соответ-
ствии cos <р заданному значению. Отклонение cos <р от этого значения
приводит к изменению выходного тока регулятора в необходимую
сторону.
Принципиальная схема, осуществляющая ограничение напряже-
ния ротора иРот и тока статора 7СТ, приведена на рис. 12.14, а [Л. 96}.
В зависимости от того, какое из напряжений, 77рОТ или Ui = kl, яв-
ляется наибольшим, оно подается на вход блока задержки по вре-
мени БЗ. Меньшее напряжение на вход БЗ не поступает, так как
диод в цепи этого напряжения заперт. Блок задержки необходим
для того, чтобы ограничитель не препятствовал кратковременной
форсировке возбуждения. Выходное напряжение БЗ сравнивается
с напряжением сети на входе магнитного усилителя 1МУ, выход
которого через выпрямитель 4В соединен с выпрямителем 5В тока
нелинейного элемента электромагнитного корректора ЭМК.
В нормальном режиме работы выходное напряжение ограничи-
теля 77Огр невелико, поэтому диоды выпрямителя 4В заперты, а
диоды 5В открыты. Поэтому магнитный усилитель 2МУ управляет-
ся разностью токов 1л.э—1н.э. При достижении предельно допусти-
мых значений UPOt или 7СТ напряжение 77Огр возрастает, открывая
диоды выпрямителя 4В и запирая диоды 5В. После этого магнит-
ный усилитель 2МУ начинает управляться разностью токов гл.э—А>гр-
Возрастанию тока iorp соответствует снижение выходного тока ре-
гулятора 7Рег, подводимого к дополнительной обмотке возбуждения
ДОВВ.
Для крупных синхронных двигателей с резко изменяющейся на-
грузкой разработано устройство АРВ (рис. 12.14, б), имеющее раз-
ные характеристики по отношению к длительным и к кратковремен-
ным изменениям напряжения [Л. 97]. Оно содержит два регулятора:
напряжения PH и реактивного тока РРТ, причем основную роль в
регулировании играет быстродействующий PH, а замедленный РРТ
лишь изменяет задание (уставку) PH при длительных снижениях
напряжения сети U. Регулятор напряжения PH содержит проме-
жуточный трансформатор Тр, вторичное напряжение которого f/T==
= kU. Коэффициент пропорциональности k зависит от угла поворота
ротора бесконтактного сельсина Сс, включенного по схеме поворот-
ного трансформатора. Напряжение 7/т выпрямляется, сглаживает-
ся фильтром Ф и сравнивается со стабильным напряжением на ста-
билитронах СК. Разность этих двух напряжений, усиленная в уси-
лителе, подается на возбудительный агрегат В.
Привод сельсина Сс осуществляется через фрикционную муфту
ФМ с ограничителем хода О и редуктор Р с большим передаточным
числом от двухфазного двигателя ДД, входящего в состав регуля-
тора реактивного тока. Двигатель ДД получает питание от цепей
тока (от 7'7') и напряжения (от АТ). Можно показать [Л. 97], что
в рассматриваемой схеме вращающий момент двигателя ДД про-
порционален напряжению U' на одной обмотке и напряжению
AUper= С3— Uj sin ф на другой обмотке, где U3— напряжение зада-
ния, a Up sin ф — напряжение, пропорциональное реактивному току
327
В грузкой
и
двигателя. Направлен этот момент в сторону уменьшения разности
Д47рег- Поэтому двигатель ДД будет вращаться до тех пор, пока ве-
личина At/per не приблизится к нулю.
Работа АРВ поясняется рис. 12.14, в, на котором приведена за-
висимость тока возбуждения /в от напряжения U при различных
заданиях PH. Исходному режиму соответствует точка А на харак-
теристике 1. При снижении напряжения сети PH увеличивает ток
1В, и новый режим характеризуется точкой Б. Если нарушение режи-
328
3^0 кВ
Рис. 12.15. Дифферен-
циальная токовая за-
щита синхронного
компенсатора
ма кратковременное, то ротор сельсина Сс поворачивается на не-
значительный угол, т. е. РРТ не успевает заметно изменить задание
регулятора напряжения, и после восстановления нормального на-
пряжения АРВ вновь переходит в режим А. Если же снижение на-
пряжения затянется, то ротор сельсина Сс поворачивается на угол,
соответствующий новому заданию регулятора напряжения, т. е. про-
изойдет переход на характеристику 2 в режим Г. После восстанов-
ления напряжения PH переводит систему в режим В. В этом режи-
ме ток /в и отдаваемый реактивный ток ниже, чем в исходном ре-
жиме Л, и через некоторое время РРТ возвратит систему в режим А.
При толчках нагрузки на валу синхронного двигателя процессы
в системе АРВ происходят практически при неизменном задании
PH, и система стремится поддержать напряжение сети.
Синхронные компенсаторы. В синхронных
компенсаторах могут возникать такие же по-
вреждения, как и в синхронных двигателях и
генераторах, поэтому защиты от этих повреж-
дений выполняются так же, как у генераторов
соответствующих мощностей. Пуск компенса-
тора СК обычно осуществляется через реактор
Р, который включается в зону действия про-
дольной дифференциальной токовой защиты
(рис. 12.15). Контроль исправности токовых
цепей дифференциальной защиты не преду-
сматривается.
Некоторые особенности имеют защиты от
ненормальных режимов. При продолжитель-
ном снижении напряжения возможна пере-
грузка, обусловленная действием регулятора
напряжения и форсировки возбуждения. По-
этому на подстанциях без постоянного дежур-
ства персонала токовая защита синхронного
компенсатора от перегрузки действует с двумя выдержками време-
ни: с меньшей — на снижение тока возбуждения и отключение регу-
лятора напряжения, и с большей — на отключение компенсатора.
На подстанциях с дежурным персоналом защита от перегрузки мо-
жет действовать на сигнал.
Минимальная защита напряжения отключает синхронные ком-
пенсаторы при глубоких понижениях напряжения, для чего ее устав-
ка по напряжению выбирается в пределах (0,1—0,2) £7Н0М. Защита
имеет выдержку времени 8ч-10 с и предотвращает пуск ком-
пенсатора с закороченным реактором при восстановлении на-
пряжения.
Основная особенность АРВ синхронных компенсаторов — боль-
шой диапазон регулирования тока возбуждения. Требуемый диапа-
зон имеют устройства АРВ со знакопеременным током /рег’ положи-
тельным в режиме генерации реактивной мощности и отрицатель-
ным в режиме ее потребления. Подобные характеристики имеет
регулятор возбуждения типа РВО-2 [Л.98]. Его измерительный орган
329
Рис. 12.16. Регулятор возбуждения типа РВО-2:
а — структурная схема; б — характеристики
содержит три канала: измерения напряжения статора U, измерения
тока статора /ст и измерения угла б между векторами э. д. с. статора
и напряжения сети (рис. 12.16, а). Суммарное напряжение всех ка-
налов Uynp после усиления управляет работой общего силового
тиристорного органа, питающего обмотку возбуждения возбудителя
овв. в каналах измерения I и б осуществляется сравнение этих
величин с заданными значениями, а при достижении током I или
углом б максимально допустимых значений напряжение на входе си-
лового органа снижается, т. е. величины 1 и б ограничиваются (рис.
12.16, б). Ограничение тока I предотвращает перегрузку статора и
делается после некоторой выдержки времени, а ограничение угла б
повышает устойчивость работы компенсатора и осуществляется
мгновенно.
§ 12.6. Особенности защиты и автоматики
мощных выпрямительных установок
Наиболее распространенными мощными преобразователями пе-
ременного тока в постоянный являются ртутные и полупроводнико-
вые вентили, подключаемые к питающей сети переменного тока че-
рез трансформатор. Установка, состоящая из трансформатора, вен-
тилей и устройств собственных нужд, называется выпрямительным
агрегатом. Помимо повреждений трансформатора и коротких замы-
каний на стороне переменного тока к аварийным режимам выпря-
мительных агрегатов относятся также короткие замыкания на сто-
роне выпрямленного тока, обратные зажигания ртутных вентилей и
пробой полупроводниковых вентилей. Ненормальными режимами
выпрямительных агрегатов являются их перегрузки и нарушение ра-
боты устройств собственных нужд установок: систем охлаждения;
вакуумных насосов; устройств зажигания; питания управляющих
сеток.
Для защиты ртутно-выпрямительных агрегатов от коротких за-
мыканий всех видов и от обратных зажиганий применяется токовая
отсечка, включаемая с питающей стороны трансформатора. Ток сра-
батывания отсечки /с.з=^зап/т.ном, где в большинстве случаев коэф-
фициент запаса А3ап выбирается по условию отстройки от броска то-
ка намагничивания (в пределах 1,5—2) и лишь при работе установ-
ки на тяговую нагрузку — по условию отстройки от толчков тока
нагрузки (в пределах 3—4). Отсечка должна иметь k4^ 1,5 [Л.99].
Если ртутно-выпрямительный агрегат имеет нагрузку со значи- -
тельной противо-э. д. с. или работает параллельно с другими агре-
гатами на общую сеть постоянного тока, то в цепях катодов уста-
навливаются быстродействующие автоматы типа ВАБ, срабатываю-
щие при изменении направления катодного тока. Агрегаты с
ртутными выпрямителями значительной мощности (на ток более
5000 А при напряжении 6004-1000 В) дополнительно снабжаются
быстродействующими автоматами, установленными в цепях анодов,
а агрегаты с выпрямленным напряжением 1600 В и выше — сеточ-
ной защитой. В сеточной защите применяется специальное сеточное
331
На сигнал
реле типа РАБ-5 с временем срабатывания около 0,002 с. При воз-
никновении обратного зажигания реле РАБ-5 снимает с сеток поло-
жительные отпирающие импульсы, оставляя на сетках отрицатель-
ный запирающий потенциал.
Учитывая тяжелые условия работы трансформаторов ртутно-
выпрямительных агрегатов, газовую защиту на них устанавливают,
начиная с мощности 1000 кВт. Защита от перегрузки выполняется
однофазной токовой и действует с выдержкой времени на сигнал
или на включение резервного агрегата.
Выполнение защиты ртутно-выпрямительного агрегата для элек-
332
тролиза алюминия иллюстрируется схемой, показанной на рис. 12.17
[Л.99]. Агрегат содержит автотрансформатор Ат (для регулирования
напряжения), силовой трансформатор Тр и два ртутных вентиля 1В
и 2В. Автотрансформатор снабжен защитой от перегрузки (реле
1Т), токовой отсечкой (реле 2Т, ЗТ, 4Т, 1У) и газовой защитой (реле
1Г, 2У, ЗУ; накладка 1Н). На силовом трансформаторе установлены
защита от перегрузки (реле 5Т, 6Т, 4У; накладка 2Н) и газовая за-
щита (реле 2Г, 5У, 6У; накладка ЗН). На отключение защиты дей-
ствуют через общее промежуточное реле П. Накладки 1Н, 2Н, ЗН
позволяют выводить соответствующие защиты из действия на от-
ключение.
Особенностью схемы является наличие двух токовых реле в за-
щите от перегрузки силового трансформатора: реле 5Т имеет ус-
тавку, соответствующую работе одного выпрямителя, а реле 6Т —
двух выпрямителей. Реле 5Т вводится в действие блок-контактами
катодных автоматов 1Ав и 2Ав при отключении одного из них.
Особенности защиты полупроводниковых выпрямительных агре-
гатов определяются тем, что полупроводниковые вентили имеют
меньшую перегрузочную способность по сравнению с ртутными вен-
тилями, и тем, что установки комплектуются из большого числа па-
раллельно работающих вентилей. При пробое вентилей одной фазы
ток короткого замыкания распределяется между параллельно вклю-
ченными вентилями других фаз.
Если перегрузочная способность вентилей такова, что они не
выдерживают ток короткого замыкания до момента отключения
выключателя на первичной стороне трансформатора, то следует либо
увеличить количество параллельно работающих вентилей, либо при-
менить быстродействующую защиту, например плавкими предохра-
нителями, устанавливаемыми последовательно с вентилями в каж-
дой параллельной цепи. Предохранители, предназначенные для
защиты полупроводниковых вентилей, имеют высокое быстродейст-
вие (£=0,003 с при /всДвс.ном— 5) [Л.99].
При пробое вентиля в одной из параллельных цепей он отклю-
чается предохранителем этой цепи, и установка продолжает рабо-
тать с меньшим числом вентилей. Для контроля перегорания пре-
дохранителей предусматриваются специальные устройства.
Защита вентилей только предохранителями приводит к их мас-
совому перегоранию при замыкании на стороне выпрямленного тока.
Поэтому для защиты мощных агрегатов помимо предохранителей
применяют быстродействующие короткозамыкатели (рис. 12.18),
управляемые от импульсного трансформатора тока или датчиков
другого типа [Л. 99]. При срабатывании короткозамыкателя Кз на-
пряжение на вентилях падает почти до нуля, а их ток резко умень-
шается. Возникший режим короткого замыкания трансформатора
устраняется максимальной токовой защитой установки, отключаю-
щей выключатель В. Применяемый в такой защите короткозамыка-
тель КЗ-1 имеет время срабатывания 0,00134-0,0015 с и допускает
прохождение тока до 70 кА в течение времени отключения вы-
ключателя.
333
Рис. 12.13. Использование ко-
роткозамыкателя для защиты
полупроводниковых вентилей:
Лз — короткозамыкатель; КВ — ка-
тушка включения короткозамыкате-
ля; ИТТ—импульсный трансфор-
матор тока; РЗ— релейная защита
Для повышения надежности элект-
роснабжения потребителей постоянного
тока используются устройства АПВ и
АВР. На одноагрегатных выпрями-
тельных установках находит примене-
ние общее АПВ всего агрегата или
АПВ анодных автоматов. В установ-
ках с числом агрегатов более одного
вместо агрегатных АПВ применяется
одно общее устройство АВР.
При питании выпрямительной уста-
новки от двух источников (линий на-
пряжением не более 10 кВ или транс-
форматоров 110/10 кВ) в распредели-
тельном устройстве переменного тока
применяется двойная или одиночная
секционированная система шин, а вы-
прямительные агрегаты разбиваются
на две группы, подключаемые к раз-
ным шинам. В этом случае можно вы-
полнить устройство АВР, действующее
на включение шиносоединительного
(или секционного) выключателя при
отключении одного из источников пе-
ременного тока. Однако эффективность
действия этого устройства АВР сни-
жается, если на стороне постоянного
тока все агрегаты работают на общую
нагрузку. В самом деле, при отключе-
нии одного из источников питания на-
грузка выпрямительных агрегатов, пи-
таемых от второго источника, возра-
стает вдвое, и они могут быть отклю-
чены защитой до момента действия
АВР. Включение шиносоединительного
(секционного) выключателя не приве-
дет к восстановлению нормального питания, а вызовет лишь отклю-
чение второй половины агрегатов. Следовательно, рассматриваемое
устройство АВР повышает надежность электроснабжения лишь в
случаях, когда агрегаты способны нести аварийную перегрузку в
течение врёмени срабатывания устройства АВР.
§ 12.7. Особенности защиты и автоматики
трансформаторов дуговых электропечных установок
В дуговых электропечных установках применяются однофазные
и трехфазные трансформаторы специального исполнения. Несмотря
на значительную мощность этих трансформаторов, на них не устанав-
ливается дифференциальная защита: на трансформаторах дуговых
сталеплавильных электропечей она не применяется из-за резко отли-
334
чающихся характеристик трансформаторов тока на сторонах высшего
и низшего напряжений, а на трансформаторах руднотермических
печей с полупроводящей шихтой ее невозможно применить, так как
на них отсутствуют трансформаторы тока со стороны низшего на-
пряжения (из-за большого числа выводов на фазу, достигающего
восьми, и из-за большой величины токов этой стороны — до 50 кА)
[Л.100]. Поэтому используются следующие виды защиты: газовая;
токовая от повреждений; токовая от перегрузки.
Газовая защита применяется, начиная с мощности трансформа-
торов порядка 1000 кВА. Для защиты от внутренних повреждений
устанавливается мгновенная токовая отсечка с током срабатыва-
ния /с.з = ^запЛ.ном, где коэффициент запаса £3ап выбирается в пре-
делах 2—3 для руднотермических печей с полупроводящей шихтой
и в пределах 3,5—4,5 для сталеплавильных цепей. Повышенные зна-
чения fean в последнем случае обеспечивают отстройку от токов эк-
сплуатационных коротких замыканий электродов на металл, ликви-
дируемых автоматической системой регулирования мощности за
24-4 с. От такого же режима с помощью выдержки времени 5ч-10 с
отстраивается защита от перегрузки, которая, учитывая возмож-
ность несимметрии токов фаз, выполняется трехрелейной.
В защите трансформаторов дуговых электропечей от перегрузки
применяются реле типа РТ-80. Ток срабатывания защиты в незави-
симой части характеристики принимается в 1,5—2 раза меньше тока
срабатывания отсечки.
Автоматическое регулирование мощности (АРМ) дуговых элек-
тропечей в большинстве случаев осуществляется изменением длины
дуги, т. е. путем подъема или опускания электродов с помощью
электродвигателей. В тех электропечах, где работа ведется с непод-
вижным электродом (некоторые руднотермические печи), мощность
регулируют, переключая ступени на стороне высшего напряжения
печного трансформатора. Система АРМ электропечи поддерживает
постоянным один из следующих параметров: ток дуги /д; напряже-
ние на дуге (7Д; отношение UjsJIjs,. В связи с отсутствием трансфор-
маторов тока на стороне низшего напряжения вторичный ток /2д>
пропорциональный току /д (для ввода в систему АРМ), получают
от трансформаторов тока, установленных на стороне высшего на-
пряжения. Чтобы коэффициент пропорциональности между токами
/2Д и /д при переключении ступеней напряжения не менялся, во вто-
ричные цепи трансформаторов тока включают автотрансформаторы
с отпайками, соответствующими ступеням напряжения печного
трансформатора. Отпайки переключаются коммутатором, механи-
чески сблокированным с приводом переключателя ступеней напря-
жения.
§ 12.8. Защита и автоматика
конденсаторных установок
Основной вид повреждений конденсаторных установок — пробой
конденсаторов — приводит к двухфазному короткому замыканию,
которое устраняется плавкими предохранителями. Предохранители
335
осуществляют либо групповую защиту батарей, из которых состоит
установка, либо индивидуальную защиту их секций. Ток плавкой
вставки предохранителя отстраивается от тока переходного процес-
са при включении конденсаторов: /пс.ном~2,5 /сном, где 1сном — но-
минальный ток конденсаторов. Кроме того, выполняется общая за-
щита всей конденсаторной установки. При напряжении конденсато-
ров до 1000 В она осуществляется плавкими предохранителями или
быстродействующими автоматами, а при напряжениях 3-4-10 кВ —
с помощью мгновенного токового реле, включаемого на разность
токов двух фаз и имеющего ток срабатывания /с.р — k ex ksaxJном/ЛТ/
где &зап=24-2,5 — коэффициент запаса, имеющий значительную ве-
личину из-за необходимости учитывать бросок тока при включении
установки; /ном — номинальный ток конденсаторной установки.
Автоматическое регулирование напряжения с цомощью конден-
саторных установок может осуществляться в функции напряжения,
величины тока нагрузки, величины или знака реактивной мощности,
времени суток (программное управление с помощью контактных
электрических часов). Автоматика выполняется одноступенчатой,
когда автоматически включается (отключается) вся установка, или
многоступенчатой, когда включаются (отключаются) отдельные ба-
тареи или секции. При одноступенчатом автоматическом регулиро-
вании напряжения на шинах 0,38 кВ может быть применена схема,
приведенная на рис. 12.19 [Л. 95]. На этой схеме показана также ап-
Рис. 12.19. Одноступенчатое регулирование напряжения с по-
мощью низковольтной конденсаторной установки в функции на-
пряжения:
а — схема первичных цепей; б — схема цепей управления
паратура защиты конденсаторной установки (предохранители П и
автомат Ав).
Регулирование осуществляется в функции напряжения, поэтому
схема содержит максимальное реле напряжения 1Н и минимальное
реле напряжения 2Н. Реле 1Н срабатывает при повышении напря-
336
жения на шинах 0,38 кВ, а реле 2Н — при его снижении. Чтобы ав-
томатика не действовала при кратковременных колебаниях напря-
жения, импульсы управления на контактор К, подключающий кон-
денсаторы к шинам, подаются контактами реле времени 1В и 2В
через 15 с после срабатывания соответствующего реле напряжения.
Многоступенчатое регулирование с помощью конденсаторов по-
зволяет осуществлять автоматический регулятор конденсаторных
батарей типа АРКОН [Л.101]. Он состоит из командного блока и не-
скольких приставок. Командный блок по своему устройству анало-
гичен ранее рассмотренному регулятору напряжения для трансфор-
маторов типа БАУРПН-1. В рассматриваемом устройстве регуля-
тор только выявляет направление воздействия: включение или
отключение очередной секции конденсаторной батареи. Подлежащая
включению или отключению секция определяется логикой работы
приставок. Очередность действия приставок может быть двоякой.
В первом случае предполагаются равные мощности' конденсаторных
батарей, тогда приставки и соответствующие им секции включают-
ся поочередно. Во втором случае мощности секций берутся нерав-
ными для увеличения числа ступеней регулирования. Например, три
секции с соотношением мощностей 1:2:4 позволяют получить семь
ступеней регулирования с мощностями, относящимися как 1:2: (1 +
4-2) : 4: (Ц-4) : (2 + 4) : (1+2 + 4).
Блок-схема соединения трех приставок для первого случая по-
казана на рис. 12.20. Каждая из приставок I—III содержит логиче-
ские элементы И' и И", триггер Тг и исполнительный орган ИОУ
Рис. 12.20. Структурная схема соединения приставок автоматиче-
ского регулятора АРКОН для поочередного включения трех сек-
ций конденсаторной батареи
управляющий работой секции. В исходном состоянии (до включения
секций конденсаторной батареи) транзисторы левой половины каж-
дого триггера открыты, т. е. в каждой приставке на левом выходе
триггера сигнал отсутствует, а на правом — имеется. Если контро-
лируемое напряжение находится в зоне нечувствительности команд-
ного блока, то он не подает сигналов на шинки Вкл. и Откл.
При снижении контролируемого напряжения первый импульс ко-
337
манды «Включение» поступает на триггер Тгь переключая его. Триг-
гер Тг2 первым импульсом не переключается, так как на один из
входов логического элемента И2 подается сигнал запрета с тригге-
ра Тг{. По аналогичной причине не переключается и триггер Тг3.
Переключившись, триггер Тг\ выдает команду на действие исполни-
тельного органа ИО\, включающего первую секцию, и подает разре-
шающий сигнал на логический элемент И2. Второй импульс коман-
ды «Включение» переключает триггер Тг2; при этом остается в преж-
нем положении триггер Тг{ (так как на одном из входов логического
элемента И2 имеется сигнал запрета). После переключения триггера
Тг2 действует исполнительный орган ИОц, включающий вторую сек-
цию, и подается разрешающий сигнал на логический элемент И3.
Третий импульс переключает триггер Тг3, при этом включается
третья секция конденсаторной батареи.
При поступлении с командного блока сигналов «Отключить» ра-
бота устройства будет выполняться аналогично, но в обратном по-
рядке. Необходимую очередность обратного переключения триггеров
(сначала Тг3, затем Тг2, далее Тй]) обеспечивают логические эле-'
менты И3", И2", И/'.
§ 12.9, Защита и автоматика шин
и токопроводов
Короткие замыкания на шинах электроустановок могут возни-
кать из-за загрязнения или повреждения шинных изоляторов, вту-
лок выключателей и измерительных трансформаторов, а также при
ошибочных действиях персонала с шинными разъединителями.
Принципиально возможно отключать повреждения на шинах защи-
тами питающих элементов: максимальными токовыми или дистан-
ционными защитами генераторов и трансформаторов от внешних
коротких замыканий. Однако при коротких замыканиях на шинах
защиты питающих элементов работают с большой выдержкой вре-
мени и не всегда действуют селективно. Например, когда короткое
замыкание на шинах приемной подстанции, получающей питание по
линии с ответвлением, отключается защитой линии, установленной
на питающей подстанции, теряет питание ответвление.
Поэтому в тех случаях, когда защита питающих элементов не
обеспечивает необходимые быстродействие и селективность, преду-
сматриваются специальные защиты шин. Наибольшее распростра-
нение они получили для шин напряжением ПО кВ и выше, но при-
меняются и для шин 35 кВ ответственных понизительных под-
станций.
Защиты шин по принципу действия делятся на токовые, диффе-
ренциальные и дистанционные. Наиболее часто используется диф-
ференциальный принцип с включением реле на циркуляцию токов
(рис. 12.21). Работа такой защиты в особых пояснениях не нужда-
ется, так как дифференциальные защиты уже рассматривались не-
однократно. Отметим лишь, что используемые в защите трансфор-
маторы тока ТТ должны иметь одинаковые коэффициенты трансфор-
338
К потоеоигпелям
Рис. 12.21. Дифференциальный
принцип защиты шин
мации (независимо от мощности присоединения). Так как число
используемых трансформаторов тока может быть велико, то вероят-
ность обрыва их вторичных цепей повышена. Поэтому ток срабаты-
вания защиты выбирается, так же как и для продольной дифферен-
циальной защиты генераторов небольшой мощности, по условию от-
стройки от обрыва проводов (см.
§ 10.3). При определении тока
небаланса расчетным является
замыкание за трансформатором
тока в присоединении без источ-
ников питания. Для повышения
чувствительности в схеме защиты
шин используют реле типа РНТ.
Особенности выполнения диф-
ференциальных защит шин опре-
деляются схемой первичных со-
единений и условиями ее работы.
Например, двойная система шин
имеет защиту в виде одного ком-
плекта, если одна из систем шин рабочая, а другая обходная. Если
же обе системы шин работают с фиксированным распределением
присоединений, то защита выполняется в виде трех комплектов,
два из которых раздельно защищают первую и вторую системы
шин при обычном распределении присоединений, а третий предот-
вращает неправильную работу первых двух комплектов при внеш-
них коротких замыканиях в случаях вынужденного нарушения
фиксации.
Дифференциальные защиты шин 64-20 кВ с большим числом
присоединений иногда делают неполными, не включая в их цепи
трансформаторы тока отходящих линий. Неполные дифференциаль-
ные защиты шин по существу являются токовыми защитами, вклю-
ченными на сумму токов питающих присоединений.
-Неустойчивость большинства повреждений на шинах указывает
на целесообразность использования АПВ шин. Если шины специаль-
ной защиты не имеют, то восстановление напряжения на них осу-
ществляется устройствами АПВ питающих присоединений. При
наличии специальной защиты шин можно применять отдельные
устройства АПВ шин, запускаемые этой защитой. С помощью этих
устройств напряжение на шины подается сначала от одного из от-
ключившихся присоединений (т. е. делается опробование шин), а
затем, если опробование шин оказалось успешным, включаются
остальные присоединения.
Одной из разновидностей устройств АПВ шин является АПВ с
контролем напряжения на шинах. Такое устройство АПВ разрешает
включение первого присоединения при отсутствии напряжения на
шинах, а включение остальных присоединений — при наличии на-
пряжения. Недостатком АПВ с контролем напряжения является то,
что при отказе на включение выключателя, который должен вклю-
чаться первым, АПВ шин вообще не происходит. От этого недостат-
339
ка свободно АПВ шин с блокировкой при повторном срабатывании
защиты шин. Блокировка выполняется с помощью дополнительного
промежуточного реле, которое самоудерживается после первого сра-
батывания защиты шин. Если защита сработает повторно, то соз-
даются цепи запрета, выполненные последовательно соединенными
контактами защиты и дополнительного промежуточного реле. При
успешном АПВ шин самоудерживание снимается по истечении не-
которого времени.
На крупных промышленных предприятиях распределительные
магистрали и отдельные линии большого сечения в ряде случаев
выполняют в виде токопроводов, имеющих некоторые преимущества
(повышенную надежность и лучшую перегрузочную способность) по
сравнению с кабельными и воздушными линиями. Токопроводы
6(10) кВ обычно отходят от шин мощных источников. Короткие за-
Рис. 12.22. Магистральный токо-
провод
12.22) основная защита должна
мыкания на токопроводах приво-
дят к появлению больших токов
и резкому снижению напряжения
на шинах источников. Поэтому
основная защита токопровода вы-
полняется быстродействующей.
Кроме нее, устанавливается ре-
зервная защита с выдержкой вре-
мени. Применительно к магист-
ральному токопроводу (рис.
четко отличать замыкание в его
конце (точка Ki) от короткого замыкания за реактором первой от-
пайки (точка Кг), а резервная защита должна четко отличать ко-
роткое замыкание за реактором последней отпайки (точка Кз) от
тока нагрузки и быть достаточно чувствительной к замыканию в
точке К3.
На токопроводах 10 кВ эти требования, как показывают расчеты
[Л.102], в зависимости от длины I токопровода могут быть обеспе-
чены следующими видами защит:
при /^0,5 км — токовыми без пуска по напряжению;
при / = 0,54-1 км — токовыми с пуском по напряжению;
при /=14-2 км — двухступенчатой дистанционной защитой (вто-
рая ступень резервная);
при />2 км и в случаях недостаточной чувствительности токо-
вых и дистанционных защит — продольной дифференциальной за-
щитой с реле типа РНТ-565.
Так как длина токовых цепей дифференциальной защиты дости-
гает нескольких километров, то вероятность их обрывов повышена.
Чтобы не снижать чувствительность защиты отстройкой от обрывов
вторичных цепей, предложено применять пусковой токовый орган,
вводящий дифференциальную защиту в действие только при воз-
никновении коротких замыканий [Л. 103].
На токопроводах применяют АПВ (на одноцепных токопрово-
дах) и АВР (на секционных и шиносоединительных выключателях
подстанций, питаемых от двухцепного токопровода) [Л. 104].
340
ГЛАВА XIII
ТЕЛЕМЕХАНИЗАЦИЯ
В СИСТЕМАХ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ
§ 13.1. Общие сведения
о системах телемеханики
Для согласованного действия отдельных элементов любой систе-
мы энергоснабжения устройства оперативного контроля и управле-
ния важнейшими из элементов необходимо сосредоточить в одном
местё. Таким местом является диспетчерский пункт (ДП) системы
энергоснабжения или ее части. Информация о работе отдельных
элементов системы, поступающая на ДП с контролируемых пунктов
(КП), позволяет диспетчерскому персоналу оценивать эффектив-
ность работы системы в целом и принимать необходимые меры по
оптимизации этой работы, по ликвидации и локализации аварий.
Таким образом, диспетчеризация повышает экономичность и на-
дежность энергоснабжения.
Используя обычные (нетелемеханические) методы управления
и контроля, приходится прокладывать между ДП и КП отдельный
провод для каждого управляемого реле, сигнальном лампы, пока-
зывающего прибора. В отличие от этого, при телемеханической связи
ДП и КП соединяются проводами, число кбторых значительно мень-
ше числа реле, ламп и приборов. Сечение этих проводов невелико
и не зависит от длины линии связи. Некоторые из систем телемеха-
ники позволяют использовать всего лишь два провода для передачи
по ним всех необходимых сигналов управления и контроля. При-
меняются также системы телемеханики, которые вообще не нужда-
ются в отдельных линиях связи между ДП и КП (например, систе-
мы с передачей сигналов по проводам питающей или распредели-
тельной электрической сети).
Уменьшая затраты на сооружение линий связи, телемеханизация
одновременно способствует снижению эксплуатационных расходов,
так как становится возможным сократить численность дежурного
персонала на КП или даже перевести КП на работу без дежурного
персонала. При этом уменьшаются расходы на отопление, вентиля-
цию и освещение помещений. Применение телемеханики повышает
культуру эксплуатации, так как телемеханизированное оборудова-
ние работает под наблюдением персонала диспетчерских служб,
имеющего высокую квалификацию. Телемеханизация повышает
оперативность и надежность управления, позволяет быстрее ликви-
дировать перебои энергоснабжения.
Эти достоинства привели к широкому внедрению телемеха-
ники в системы энергоснабжения. Наибольшее применение уст-
ройства телемеханики получили в системах электро- и водоснаб-
жения.
Об основных системах телемеханики уже упоминалось (см.
§2.3):'это системы телеконтроля, телеуправления и телерегулиро-
341
вания (см. рис. 2.5). Системы телеконтроля в свою очередь делятся
на системы телеизмерения и телесигнализации. Системы телеизме-
рения осуществляют передачу с КП на ДП непрерывных величин
(тока, мощности, температуры, давления, уровня и т. п.), а системы
телесигнализации — дискретных величин (сигналов положения вы-
ключателей, переключателей ответвлений на трансформаторах, за-
движек и т. п.).
В отличие от систем телеконтроля, в системах телеуправления
телемеханические сигналы передаются в обратном направлении —
с ДП на КП. В системах телерегулирования эти сигналы передают-
ся в обоих направлениях. По существу системы телерегулирования
представляют собой объединение систем телеконтроля и телеуправ-
ления (см. рис. 2.5).
Полная замена устройств автоматики системами телемеханики
не всегда целесообразна. Все задачи, которые могут самостоятельно
решаться местными устройствами автоматики (АПВ, АВР и др.)
непосредственно на контролируемых объектах, должны быть пору-
чены именно этим устройствам, а ие системам телемеханики. На-
пример, при телеуправлении включением синхронного двигателя с
реакторным пуском система телемеханики дает лишь начальный
командный импульс, а все остальные функции (шунтирование
реактора, подачу возбуждения) осуществляет пусковая автома-
тика.
§ 13.2. Передача телемеханических
сигналов по каналам связи
Каналы связи. Как видно из ранее рассмотренного рис. 2.5, в со-
став любой системы телемеханики входят передатчик, канал связи
и приемник. О функциях передатчика и приемника уже говорилось
в § 2.3; здесь же подробнее остановимся на особенностях канала
связи. Каналом связи называют совокупность аппаратуры для неза-
висимой передачи различных сигналов. В соответствии с этим опре-
делением в некоторых системах телемеханики трудно отделить пе-
редатчик и приемник от собственно канала связи (как это было
показано на рис. 2.5), так как многие элементы передатчика и при-
емника являются неотъемлемой принадлежностью канала связи.
Понятия «канал связи» и «линия связи» не тождественны одно
другому. Линия связи — это проводная линия, радиолиния, луч ла-
зера и т. д., т. е. то, что физически соединяет пункты приема и пере-
дачи сигналов — носителей информации (телемеханических, теле-
фонных и Др.). В системах энергоснабжения преимущественно при-
меняются проводные линии связи:
специально выделенные для телемеханики;
используемые одновременно для телефонной или других видов
связи;
питающие линии электропередачи, имеющие высокочастотную
обработку;
342
распределительные сети электроснабжения (их обработка не
делается, так как она трудоемка и дорогостоящая ввиду большого
количества потребителей).
Имея одну линию связи, можно использовать ее для нескольких
каналов связи. Это достигается тем, что по одной и той же линии
связи передаются сигналы, относящиеся к разным каналам, а что-
бы отличить при этом один сигнал от другого, применяются (по-
рознь или в комбинации друг с другом) следующие способы разде-
ления сигналов: проводной,
передающих и приемных
устройств, - реализующих
эти способы, зависит от
того, о каких величинах
должна передаваться ин-
формация по каналам
связи — о дискретных или
непрерывных. Первое z
(дискретные величины) „
имеет место при телесиг-
нализации и телеуправле-
нии, второе (непрерывные
величины) — при телеиз-
мерении. При телерегули-
ровании передается ин-
формация • и о тех, и о
других величинах.
Передача сигналов те-
лесигнализации и телеуп-
равления. Перечисленным
ранее трем способам раз-
деления сигналов соответ-
ствуют структурные схе-
мы, приведенные на
рис. 13.1. Для упрощения
примем, что в каждой из
временной и частотный. Структура
Рис. 13.1. Способы разделения сигналов:
а и б — проводной; е— временной; г — частотный
них передаются сигналы
в виде одиночных импуль-
сов, при этом суммарное число импульсов равно общему числу п
передаваемых команд (при телеуправлении) или телесигналов (при
телесигнализации). Возможность передачи каждой команды или
телесигнала в виде комбинации нескольких импульсов рассмотрим
несколько позже.
При проводном разделении (рис. 13.1, а и б) используется мно-
гопроводная линия связи Л, по каждому проводу которой, как и
при дистанционном управлении, идут независимые сигналы. Однако
в отличие от дистанционного управления здесь по одному проводу
передается несколько сигналов в виде импульсов с качественно
отличающимися признаками. Этими признаками могут быть: ампли-
туда; полярность; длительность импульса или паузы; фаза.
343
Источником сигнала служит генератор сигналов ГС, который
либо создает совокупность сигналов с отличающимися, но неизмен-
ными признаками (рис. 13.1, а), либо является источником одного
сигнала, признаки которого можно менять путем внешнего воздей-
ствия на генератор (рис. 13.1, б). Первая из рассматриваемых схем
применяется, когда импульсными признаками служат амплитуда,
полярность или фаза, а вторая — когда этими признаками являют-
ся длительность импульса или паузы.
Несколько импульсов, отличающихся по амплитуде, полярности
или фазе, от одного генератора одновременно получить можно. По-
этому на рис. 13.1, а показан один генератор сигналов ГС. Получить
же несколько импульсов, отличающихся по длительности импульса
или паузы, одновременно от одного генератора нельзя. Поэтому на
рис. 13.1, б показаны несколько генераторов сигналов ГС.
Для выбора импульса с необходимым признаком (рис. 13.1, а)
или для придания импульсу необходимого признака (рис. 13.1, б)
служит шифратор Ш, имеющий п входов (по числу контролируемых
или управляемых аппаратов). На входах шифраторов включаются
контакты, переключение которых должно приводить в действие си-
стему телемеханики. При телесигнализации — это блок-контакты
контролируемых аппаратов или контакты реле положения (реле
ПО и ПВ), а при телеуправлении — контакты ключей или кнопок
управления.
При использовании только двух импульсных признаков (напри-
мер, полярных) каждому объекту телесигнализации или телеуправ-
ления соответствует свой провод в линии Л, а различающиеся им-
пульсы применяются для передачи противоположных сигналов или
команд: «включено —отключено» или «включить — отключить».
Поданный в один из проводов линии Л импульс поступает на
соответствующий вход дешифратора ДШ. В зависимости от приз-
нака, который имеет поступивший импульс, на соответствующем
выходе ДШ формируется необходимый сигнал контроля или управ-
ления. Получателями этого сигнала служат сигнализаторы на ДП
(при телесигнализации) или катушки приводов на КП (при теле-
управлении).
К достоинствам проводного разделения сигналов относится воз-
можность одновременной передачи нескольких сигналов, а к недо-
статкам— многопроводность. Стоимость многопроводной линии
связи приемлема лишь при относительно небольших расстояниях
между КП и ДП, поэтому системы телесигнализации и телеуправ-
ления с использованием таких линий можно назвать системами
ближнего действия в отличие от рассматриваемых далее си-
стем дальнего. действия, использующих двухпроводные линии
связи.
При временном (распределительном) разделении (рис. 13.1, в)
пункты передачи и приема сигналов соединены двухпроводной ли-
нией Л, которая на пункте передачи поочередно подключается к
каждому из т выходов шифратора Ш с помощью переключателя
1ШР, называемого шаговым распределителем или просто распре-
344
делителем. На пункте приема линия Л поочередно подключается к
каждому из т входов дешифратора ДШ с помощью распределите-
ля 2ШР. Распределители 1ШР и 2ШР переключаются (делают
шаги) синхронно и синфазно, т. е. на каждом шаге они подключают
линию Л к одноименным выходам шифратора Ш и входам де-
шифратора ДШ. Устройство синхронно-синфазного движения обоих
распределителей на рис. 13.1, в не показано. Распределители 1ШР
и 2ШР либо работают эпизодически (при возникновении необхо-
димости в передаче сигнала), либо непрерывно, переключаясь в
конце каждого цикла из конечного положения в начальное.
Генератор сигналов ГС, шифратор Ш и дешифратор ДШ выпол-
няют те же функции, что и в предыдущих схемах (см. рис. 13.1, а
и б), причем ГС и Ш между собой могут соединяться двояко (как
на рис. 13.1, айна рис. 13.1, б). При использовании, например, двух
импульсных признаков каждому объекту телесигнализации или те-
леуправления соответствует свой вход (неподвижный контакт) рас-
пределителя 1ШР и свой выход распределителя 2ШР. Если распре-
делители 1ШР и 2ШР в промежутках между передачами команд
остановлены, то в момент появления сигнала на одном из входов
шифратора Ш осуществляется запуск обоих распределителей, а
на один из входов распределителя 1ШР поступает зашифрованный
сигнал. Когда подвижный контакт распределителя 1ШР соединится
с этим входом, то зашифрованный сигнал будет передан по линии
Л к распределителю 2ШР, а от него—на соответствующий вход
дешифратора ДШ. На выходе дешифратора ДШ, одноименном с
входом шифратора Ш, появляется сигнал контроля или управле-
ния. В системах с непрерывной работой распределителей надоб-
ность в сигнале запуска отпадает.
Использование всего лишь одной двухпроводной линии связи яв-
ляется существенным преимуществом временного разделения, по-
этому оно находит широкое применение в системах телемеханики.
К недостаткам временного разделения сигналов относится необхо-
димость синхронно-синфазной работы распределителей и невозмож-
ность одновременной передачи нескольких сигналов. Требуемое ко-
личество сигналов можно передать за один цикл работы распреде-
лителей.
При частотном разделении (рис. 13.1, г) разные сигналы пере-
даются токами различных частот, для чего на пункте передачи сиг-
налов имеются генераторы сигналов 1ГС-^пГС, вырабатывающие
токи с частотами fi~fn. Выбор необходимых частот, посылаемых в
двухпроводную линию Л, осуществляется шифратором Ш при по-
явлении сигналов на его входах. Дешифратор ДШ на пункте прие-
ма имеет частотные фильтры, настроенные на те же частоты
При посылке сигнала определенной частоты на выходе соответст-
вующего фильтра возникает напряжение. После детектирования
этого напряжения получается сигнал постоянного тока, управляю-
щий работой исполнительного реле.
К преимуществам частотного разделения сигналов относится
возможность одновременной передачи нескольких сигналов, а к не-
12—2008
345
достаткам — трудность размещения достаточного числа сигналов в
полосе частот, отводимой для телемеханической передачи.
Сигналы, передаваемые к объектам управления или от объектов
контроля, могут состоять из одиночных импульсов с качественно
отличающимися признаками либо представлять собой комбинацию
нескольких импульсов. В первом случае максимальное число сигна-
лов управления и контроля равно числу передаваемых импульсов,
а сама операция образования сигнала в виде одиночного импульса
с определенным признаком называется одноэлементным кодирова-
нием. Во втором случае осуществляется многоэлементное кодирова-
ние, преимуществом которого является увеличение числа сигналов
управления и контроля. Максимальное число кодовых комбинаций
зависит от числа элементов (импульсов) в кодовой комбинации,
числа импульсных признаков и применяемого закона кодообразо-
вания. Например, используя закон сочетаний, из трех импульсов,
имеющих по два признака, можно образовать 23=8 трехэлемент-
ных сигналов: ABC, АВс, AbC, аВС, abC, аВс, Abe, abc (заглавными
буквами обозначены импульсы с одним признаком, в данном слу-
чае— с большой амплитудой, а строчными — с другим признаком,
т. е. с малой амплитудой). При одноэлементном кодировании из
таких же трех импульсов образуется только 2X3=6 сигналов: А,
В, С, а, Ь, с. Преимущества многоэлементного кодирования по срав-
нению с одноэлементным возрастают при увеличении числа импуль-
сов в кодовой комбинации и числа импульсных признаков. Напри-
мер, при том же законе сочетаний из четырех импульсов, имеющих
по три признака, можно получить 34=81 сигнал вместо 3x4= 12 си-
гналов.
Наибольшее распространение в телемеханике получили коды, в
которых все кодовые комбинации содержат одинаковое число им-
пульсов. В таких кодовых комбинациях легко обнаруживается про-
падание одного импульса или появление лишнего импульса (из-за
влияния помех). При передаче по каналам связи многоэлементных
сигналов их отдельные элементы разделяются теми же способами,
что и одноэлементные сигналы (см. рис. 13.1).
Передача сигналов телеизмерения. В отличие от входных сигна-
лов систем телесигнализации и телеуправления входные сигналы
систем телеизмерения являются непрерывными. На КП они преоб-
разуются во вспомогательные сигналы, параметры которых выби-
раются так, чтобы обеспечить минимальные искажения при передаче,
а на ДП осуществляется преобразование принятых вспомога-
тельных сигналов в показания измерительных приборов. В зависи-
мости от того, какой из признаков вспомогательного сигнала несет
информацию об измеряемой величине, различают телеизмеритель-
ные системы интенсивности, частотные, частотно-импульсные, вре-
мя-импульсные и др. [Л. 106—108].
В системах интенсивности измеряемый параметр преобразует-
ся в постоянный ток или напряжение, величина которых прямо про-
порциональна измеряемому параметру. Передача постоянным то-
ком исключает влияние изменений индуктивности и емкости линии
346
связи на показания измерительных приборов ДП и позволяет ис-
пользовать на ДП магнитоэлектрические измерительные приборы,
имеющие высокую точность. Системы интенсивности называют так-
же системами ближнего действия, так как при значительном рас-
стоянии между КП и ДП в этих системах становится недопустимо
большой погрешность из-за влияния изменений сопротивления про-
водов линии связи и сопротивления ее утечки. В остальных системах
это влияние отсутствует и их называют системами дальнего дей-
ствия.
При создании каналов связи между КП и ДП для передачи не-
скольких телеизмеряемых величин используют те же методы разде-
ления сигналов, что и при передаче сигналов телесигнализации и
телеуправления. Например, при временном разделении ко входам
распределителя 1ШР (рис. 13.1, в) подключаются преобразователи
измеряемых величин во вспомогательные сигналы, а к выходам рас-
пределителя 2ШР — преобразователи вспомогательных сигналов в
постоянный ток или напряжение, подводимые к показывающим при-
борам. Системы телеизмерения с временным разделением сигналов
делятся на две группы:
1) циклические системы — с поочередным подключением к ли-
нии связи преобразователей на КП и на ДП без остановки распре-
делителей в каком-либо положении; движение распределителей
происходит настолько быстро, что стрелки измерительных приборов
не успевают возвращаться к нулю в моменты отключения соответ-
ствующих преобразователей от линии связи, и приборы дают устой-
чивые показания;
2) спорадические системы — с телеизмерением той или иной ве-
личины после запуска ранее остановленных распределителей и оста-
новки их в положении, выбранном диспетчером (так называемое
телеизмерение по вызову). Для уменьшения общего числа телеиз-
мерительных устройств и показывающих приборов на ДП сигналы,
поступающие по вызову с разных КП от однородных датчиков, мо-
гут подаваться на общее приемное устройство.
§ 13.3. Основные узлы систем
телеуправления и телесигнализации
ближнего действия
Эти системы телемеханики, как уже отмечалось, используют
каналы связи, образованные путем проводного разделения сигна-
лов в многопроводных линиях связи. Ввиду относительной просто-
ты устройства большинство узлов таких систем может самостоя-
тельно изготовляться персоналом электроустановок, и только не-
которые из систем выпускаются промышленностью в виде готовых
комплектов.
В основных узлах рассматриваемых систем телемеханики при-
меняются те же элементы, что и в схемах дистанционного управле-
12* 347
a)
гене-
б~
Рис. 13.2. Бесконтактный
ратор импульсов:
а — принципиальная схема;
графики, иллюстрирующие работу
генератора
ния: ключи и кнопки управления, промежуточные реле, сигнализа-
торы и т. п. Из бесконтактных элементов наиболее широкое приме-
нение находят полупроводниковые диоды.
Генераторы сигналов. Назначение генераторов сигналов (ГС на
рис. 13.1) — создание серий импульсов, посылаемых в линию связи.
Форма этих импульсов близка к прямоугольной.
Релейно-контактный генератор пря-
моугольных импульсов выполняется
по схеме пульс-пары, работа которой
рассматривалась в § 3.7. В отличие от
пульс-пары, создающей мигающий
свет, пульс-пара телемеханического
устройства должна иметь более высо-
кую скорость чередования импульсов
и пауз. Поэтому в ней применяются
обычные реле (без замедления). Для
управления длительностью импульсов
или пауз в схему пульс-пары вводят
контакты дополнительного реле с за-
медлением либо подключают резистор
к обмотке того реле пульс-пары, воз-
врат которого требуется замедлить.
Бесконтактный генератор прямо-
угольных импульсов, состоящий из
двух транзисторов и трансформатора
на ферритовом сердечнике (рис.
13.2, а), работает следующим образом
[Л. 108]. После подключения напряже-
ния питания f/пит вследствие неиден-
тичности транзисторов в коллекторной
цепи одного из них (через одну из кол-
лекторных обмоток шк) начинает про-
ходить ток, когда второй транзистор
еще заперт. При этом сердечник пере-
магничивается коллекторным током, и
в базовых обмотках wQ индуктируются
э. д. с. Полярность включения обмоток
Wo такова, что одна из этих э. д. с.
способствует дальнейшему протеканию
коллекторного тока первого транзисто-
ра, а другая — запиранию второго
транзистора. Когда рост магнитного
потока замедляется из-за насыщения
сердечника, индуктированные э. д. с. уменьшаются. Вследствие
этого снижается коллекторный ток открытого транзистора и про-
исходит процесс спадания магнитного потока, при котором э. д. с. .
обмоток Wo меняют свое направление, открывая ранее запертый
транзистор и запирая прежде открытый транзистор. Сердечник пе-
ремагничивается в противоположном направлении. При его насы-
348
щении э. д. с. обмоток we уменьшаются, а затем меняют свое на-
правление, т. е. в схеме далее повторяются уже описанные про-
цессы.
Эти процессы иллюстрируются графиками, показанными на
рис. 13.2, б, где 1к1 и i’k2 — коллекторные токи первого и второго
транзисторов; Ф—магнитный поток в сердечнике; /7ВЫх— напря-
жение выходной обмотки wBbIx. Выходное напряжение Uвых имеет
форму прямоугольных импульсов с частотой, прямо пропорциональ-
ной напряжению питания С7ПИТ и обратно пропорциональной числу
витков коллекторных обмоток wK, магнитной индукции и сечению
сердечника. Длительность этих импульсов ta равна длительности
пауз ta между ними, если параметры одноименных элементов схемы
одинаковы. Для изменения отношения ta]ta достаточно зашунтиро-
вать один из резисторов R (см. рис. 13.2, а). Такой способ регули-
ровки величины taltn применяется в устройстве телесигнализации
типа УТС-3 [Л. 95]. Частота рассмотренного генератора может ре-
гулироваться плавно — изменением 17Пит, а также скачками — пе-
реключением числа витков wK или одновременным и одинаковым
изменением величин резисторов R.
Шифраторы. Шифраторы (Ш на рис. 13.1) придают определен-
ные признаки импульсам, из которых составляется сигнал, т. е. осу-
ществляют его кодирование. Шифраторы выполняются на основе
ключей управления или кнопок (при телеуправлении) либо контак-
тов реле положения или блок-контактов контролируемых аппаратов
(при телесигнализации). Наиболее сложными являются комбина-
ционные шифраторы, создающие комбинации импульсов.
На рис. 13.3 показаны шифраторы трехимпульсного двоичного
кода (т. е. с двумя импульсными признаками). В шифраторе с
многоконтактными ключами (рис. 13.3, а) шинки 1 и 0 являются
шинками признака. Например, шинка 1 придает импульсу положи-
тельную полярность, а шинка 0 — отрицательную, либо шинка 1
соответствует наличию импульса, а шинка 0 — его отсутствию.
Замыкание одного из ключей 1К^-8К приводит к появлению на вы-
ходе шифратора определенной кодовой комбинации: ключом 1К
создается комбинация 111, ключом 2К — комбинация НО, ....клю-
чом 8 К— комбинация ООО.
Недостаток этого шифратора — большое количество контактов —
устраняется при использовании в шифраторе диодов (рис. 13.3, б).
Ключами IR-^TK. этого шифратора создаются те же кодовые ком-
бинации, что и одноименными ключами предыдущего шифратора.
Так как импульсным признаком является наличие или отсутствие
импульса, то комбинация ООО не может быть использована (как и
в схеме рис. 13.3, а, если в ней употреблять тот же импульсный
признак).
Дешифраторы. Дешифраторы (ДШ на рис. 13.1) предназнача-
ются для различения признаков, которыми обладают сигналы. Не-
которые из релейно-контактных и бесконтактных дешифраторов
показаны на рис. 13.4.
Дешифратор амплитуды, выделяющий два сигнала, содержит
349
Рис. 13.3. Комбинационные шифраторы]
а — с многоконтактжым» ключами; б — в диодами
два элемента с отличающимися порогами срабатывания: более чув-
ствительное реле 1П и менее чувствительное реле 277 (рис. 13.4, а)'
или стабилитроны 1Д и 2Д, первый из которых открывается при
меньшем напряжении, чем второй (рис. 13.4, б). Так как стабили-
трон 1Д открывается при появлении на входе импульсов с обеими
амплитудами (малой и большой), то для выделения импульса мень-
шей амплитуды дополнительно применены бесконтактные логиче-
ские элементы НЕ и И.
Дешифратором полярности может быть трехпозиционное поля-
ризованное реле П (рис. 13.4, в). Такое реле имеет подвижный кон-
такт, который может находиться в трех положениях: в среднем,
когда реле обесточено, и в двух крайних, определяемых полярностью
тока в обмотке. Простейший бесконтактный дешифратор полярно-
сти состоит из двух диодов 1Д и 2Д с нагрузками 1R и 2R
(рис. 13.4, г). В качестве этих нагрузок могут использоваться и
обмотки обычных (неполяризованных) реле.
Дешифратор длительности в контактном исполнении содержит
реле с замедлением при срабатывании, если необходимо фиксиро-
вать удлиненные импульсы (рис. 13.4, д), либо реле с замедлением !
при возврате (с размыкающими контактами), если фиксируется
удлиненная пауза между импульсами. В схему бесконтактного де-
шифратора длительности импульса (рис. 13.4, е) входит одновибра- ,
тор, который при поступлении сигнала на его вход вырабатывает !
одиночный импульс определенной длительности. Входной импульс
дешифратора и выходной импульс одновибратора дифференциру-
350
Рис. 13.4. Дешифраторы релейно-контактные (а, в, д, ж) и бескон-
тактные (б, г, е, з):
а и б — амплитуды; в и г — полярности; биг — длительности импульса;
ж и з *-• комбинационные
ются цепочками R-^C. При совпадении дифференцированных им-
пульсов по времени на выходе логического элемента И возникает
дешифрованный сигнал.
Комбинационные дешифраторы в простейших случаях выпол-
няются на основе контактных реле (рис. 13.4, ж) или диодов
(рис. 13.4, з). Обе рассматриваемые схемы предназначены для де-
шифровки трехэлементного двоичного кода, т. е. для приема кодо-
вых комбинаций, которые можно создавать шифраторами, изобра-
женными на рис. 13.3.
Контактный дешифратор (рис. 13.4, ж) состоит из трех (по чи-
слу импульсов в коде) трехпозиционных поляризованных реле
1П-^-ЗП, контакты которых образуют цепи выбора всех кодовых
комбинаций. Например, при поступлении комбинации 111 образует-
ся цепь, идущая к первому получателю сообщений (объекту), ком-
бинации 110 соответствует цепь, идущая ко второму объекту, и т. д.
351
Диодный дешифратор (рис. 13.4, з) управляется триггерами
1Тг-^-ЗТг с одним устойчивым состоянием, на входы которых пода-
ются отдельные импульсы кодовых комбинаций. В зависимости от
того, какой признак имеет входной импульс, на одном из выходов
триггера (и на соединенной с этим выходом горизонтальной шин-
ке) возникает положительный потенциал, а на другом (и на второй
выходной шинке) —отрицательный. Если потенциал горизонталь-
ной шинки положителен, то запираются все подключенные к ней
диоды. Когда же шинка приобретает отрицательный потенциал, ее
диоды оказываются открытыми и шунтируют обмотки тех реле
исполнения И, с которыми они соединены. Схема выполнена так,
что при любой кодовой комбинации зашунтированными оказывают-
ся все реле И, кроме одного. Например, при поступлении кодовой
комбинации 111 на горизонтальных шинках 1—Г, 2—2', 3—3' воз-
никнут следующие потенциалы: « + », «—», «+», «—», «+», «—».
При этом диодами шунтируются реле, включенные в вертикальные
шинки 2-^8. Реле первой вертикальной шинки находится под напря-
жением и замыкает исполнительную цепь. Если на выходы тригге-
ров сигналы не подаются, то триггеры находятся в состоянии, кото-
рому соответствует незашунтированное реле вертикальной шинки 8.
Следовательно, это реле не может использоваться для выбора
объекта.
§ 13.4. Схемы телеуправления
и телесигнализации ближнего действия
Эти схемы выполняются в соответствии со структурными схема-
ми, показанными на рис. 13.1, причем роль генераторов сигналов
ГС выполняют источники оперативного тока (постоянного или пе-
ременного) .
Устройство телеуправления-телесигнализации с использованием
проводного разделения сигналов. В этом устройстве (рис. 13.5)
сигналы управления и сигналы положения, относящиеся к п отдель-
ным объектам управления (высоковольтным выключателям
1В~пВ), передаются по отдельным проводам; для отделения сигна-
лов управления от сигналов положения используется амплитудный
признак, а позиционным признаком («включено» — «отключено»)
служит полярность. Число проводов в линии связи равно п + 1.
- На каждый выключатель на стороне ДП приходится ключ уп-
равления КУ с самовозвратом, два диода, реле сигнализации поло-
жения ПВ и ПО («включено» и «отключено») и по четыре дополни-
тельных резистора (7?д, Rm). На стороне КП к каждому индивиду-
альному проводу подключены через диоды реле исполнения,
осуществляющие включение (ПВ) и отключение (ИО) выключате-
лей. В цепи обмоток реле исполнения включены блок-контакты вы-
ключателей БК. Контактами ключей управления КУ и контактами
реле положения на ДП замыкаются цепи ламп сигнализации поло-
жения: ЛВ — «включено»; ЛО — «отключено»; ЛИС — «несоответ-
ствие». .3
352
Рис. 13.5. Устройство телеуправления-телесигнализации с проводным разделе-
нием сигналов
Сопротивления добавочных резисторов /?д и шунтирующих ре-
зисторов 7?п1 выбраны таким образом, что ток добавочных резисто-
ров достаточен для действия реле сигнализации, но недостаточен
для срабатывания реле исполнения, а включение шунтирующего
резистора приводит к возврату реле сигнализации и к срабатыва-
нию соответствующего реле исполнения. Например, если выключа-
тель 1В оперативно отключен, то его блок-контакты 1БК находятся
в положении, показанном на рис. 13.5. При этом срабатывает реле
положения 1ПО и горит лампа 1ЛО. Реле 1ИО и 1ПВ обесточены.
При включении выключателя 1В подача команды «включить» при-
водит к отключению реле 1ПО и к срабатыванию реле 1ИВ. После
включения выключателя 1В и переключения 1БК реле 1ИВ отпада-
ет, а полярность тока в индивидуальном проводе меняется на об-
ратную. Это сопровождается срабатыванием реле 1ПВ, контакты
которого включают лампу 1ЛВ.
Если же оперативно отключенный выключатель 1В будет вклю-
чен на КП устройством местной автоматики, то после переключе-
ния его блок-контактов реле ПО отпадает, а реле ПВ срабатывает.
Так как ключ 1КУ остается в положении «отключено», то его кон-
такты и контакты реле положения ПВ создают цепь несоответствия
и зажигается лампа 1ЛНС. Аналогично схема действует и при от-
ключении защитой выключателя, ранее включенного оперативно.
Устройство телеуправления с несколькими источниками опера-
тивного тока. В схеме этого устройства, приведенной на рис. 13.6
[Л. 109], все ключи управления IK^nK разбиты на р групп по q
353
ключей в каждой. На КП реле исполнения И также разбиваются
на группы, каждая из которых имеет свой источник выпрямленного
оперативного тока. Число проходов в линии связи между ДП я КП
составляет p+q, а число возможных команд n.=pq, т. е. больше чи-
сла проводов.
Рис. 13.6. Устройство телеуправления с несколькими источниками
оперативного тока
Однопроводное устройство телеуправления. Устройство телеуп-
равления, схема которого показана на рис. 13.7 [Л. 109], можно
применять, когда ДП и КП расположены недалеко друг от друга и
питаются от общей трехфазной сети переменного тока. На ДП к
переключателю П, выбирающему объект управления, от фаз а, Ь, с,
от трехфазного делителя напряжения и от диодов 1Д-^-ЗД подведе-
ны семь напряжений, отличающихся по величине и фазе. На КП
последовательно с реле исполнения т-^ЗИ включены неоновые
лампы lHJI-^-ЗНЛ, потенциал зажигания которых У^аж выбирается
в пределах:
/367ф/2>67заж>67ф/2,
где (Уф — фазное напряжение сети переменного тока.
Если переключатель П установить в положение 1, то оба конца
цепи обмотки 1И будут подключены к одной и той же фазе сети
(фаза а), и это реле не будет действовать. Цепи обмоток других
реле оказываются включенными на линейные напряжения: Уаь—
реле 2И-, Уас — реле ЗИ. Неоновые лампы в цепях реле 2И и ЗИ
зажигаются и этн реле срабатывают. Положению 2 переключате-
ля П соответствует срабатывание реле 1И и ЗИ, а положению 3 —
срабатывание реле 1И и 2И. Если же переключатель устанавливать
в положения 4, 5 и 6, то срабатывает одно реле— 1И, 2И и ЗИ со-
354
ответственно. При установке пере-
ключателя в положение 7 срабаты-
вают все реле 1И-^-ЗИ. Таким обра-
зом, имеется семь самостоятельных
комбинаций состояний срабатыва-
ния реле исполнения. Дешифровка
этих комбинаций осуществляется
цепочками из последовательно
соединенных контактов реле испол-
нения (рис. 13.7, б).
Достоинством рассмотренного
устройства является однопровод-
ность, а недостатком — относитель-
но небольшая дальность действия.
Упрощенные схемы телесигнали-
зации. При небольшом объеме те-
лесигнализации с необслуживаемых
объектов она может выполняться
по схемам, показанным на рис. 13.8.
На первой схеме (рис. 13.8, а) пред-
ставлен вариант вызывной сигнали-
зации, при которой с КП передают-
ся лишь два сигнала: предупреди-
тельний и аварийный. Для различе-
ния этих сигналов используется по-
лярный признак. Нормально по ли-
нии овязи проходит ток ее контроля.
Величина этого тока достаточна для
срабатывания реле аварийной сиг-
нализации А' и реле предупреди-
тельней сигнализации 77', находя-
щихся на ДП. Срабатывая одновре-
менно, эти реле размыкают цепи
сигнальных ламп: ЛК — контроля;
ЛП — предупредительной; ЛА —
аварийной. На КП также имеются
два реле сигнализации: П — преду-
предительной и А — аварийной. На
обмотки этих реле напряжение по-
дается через контакты соответствую-
щих устройств сигнализации. Дей-
ствие на КП одного из видов сигна-
лизации приводит к срабатыванию
соответствующего реле (П или А).
Сработавшее реле контролируе-
мого иункта размыкает линию связи
для полуволн тока определенной
полярности, и соответствующее реле
на ДП отпадает, включая сигналь-
Рис, 13.7. Однопроводное устройство телеуправления:
а » схема устройства; б — соединение контактов дешифратора

355
Рис. 13.8. Упрощенные схемы телесигнализации:
й— с использованием полярного признака; б —с использованием амплитудного
признака
ную лампу и звонок Зв. Например, при аварийном отключении
одного из контролируемых объектов срабатывает реле А, отпадает
реле А', а вместе со звонком включается лампа ЛА. При коротком
замыкании в линии связи или ее обрыве отпадают оба реле П' и А'
и замыкается цепь сигнализации неисправности линии связи (лам-
па ЛК и звонок Зв).
Вторая схема (рис. 13.8, б) осуществляет передачу с трансфор-
маторной подстанции городской электросети нескольких сигналов.
Для этого со стороны КП в линию связи включаются резисторы
3R^-7R, шунтируемые контактами реле 3P-S-7P различных уст-
ройств защиты и сигнализации, а на ДП используется стрелочный
миллиамперметр со шкалой, на которую нанесены отметки, соот-
ветствующие разным телесигналам; например: 1 — повреждение
линии связи; 2 — нормальный режим; 3 — перегрузка трансформа-
торов; 4 — потеря напряжения; 5 — замыкание на землю; 6 — сра-
батывание газовой защиты; 7 — вызов на подстанцию. Наличие
источника питания на КП является недостатком этой схемы, но при
этом используется один и тот же сигнал 1 при коротких замыкани-
ях в линии связи и при ее обрыве. При установке источника пита-
ния на ДП приходится либо ставить отметки на шкале миллиам-
перметра теснее, либо уменьшать число сигналов с КП, хотя то и
другое нежелательно.
§ 13.5. Основные узлы и схемы систем
телеизмерения ближнего действия
Так как в системах телеизмерения ближнего действия измеряе-
мые параметры преобразуются в постоянный ток, то приемными
устройствами этих систем являются магнитоэлектрические прибо-
356
ры: обычные миллиамперметры либо логометры — приборы, у кото-
рых отклонение стрелки зависит от отношения значений двух раз-
личных токов, протекающих по двум отдельным обмоткам.
Передающие устройства этих систем имеют большое число раз-
новидностей, отличающихся способами преобразования измеряемо-
го параметра во вспомогательный сигнал постоянного тока. Для
измерения неэлектрических величин применяют реостатные преоб-
разователи, термисторы и другие приборы, а для измерения пере-
менного тока и напряжения — выпрямительные преобразователи.
Системы телеизмерения ближнего действия с преобразователями
различных типов показаны на рис. 13.9.
Рис. 13.9. Телеизмерительные системы ближнего действия:
а — небалансная с реостатным преобразователем; б — небалансная с
преобразователем ВПТ-2; в — небалансная с преобразователем ВПН-2;
г — характер напряжений в различных участках схемы преобразователя
ВПН-2; д— балансная с ферродинамнческим преобразователем; е — кри-
вые напряжений в схеме ферродинамнческого преобразователя, не име-
ющего компенсационной обмотки; ж — то же, ио при наличии компен-
сационной обмотки; з—логометрическая система; и — токи в обмотках
логометра
357
При использовании реостатного преобразователя R (рис. 13.9, а)
его движок соединяют с первичным измерителем ПИ. Особенностью
системы телеизмерения с реостатным преобразователем является
необходимость стабилизации его питающего напряжения. Балласт-
ный резистор 7?б уменьшает влияние изменений сопротивления ли-
нии связи.
Схемы с выпрямительными преобразователями показаны на
рис. 13.9, б и в. В первой из них использован выпускаемый промыш-
ленностью преобразователь типа ВПТ-2 (выпрямительный преобра-
зователь токовый), а во второй — преобразователь типа ВПН-2
(выпрямительный преобразователь напряжения). Схема для изме-
рения переменного тока (рис. 13.9, б) особых пояснений не требу-
ет. При измерении переменного напряжения (рис. 13.9, в) началь-
ный участок шкалы сжимается, чтобы повысить точность отсчета в
рабочем диапазоне изменения напряжения. Для этого в преобразо-
вателе ВПН-2 применены два трансформатора 1Тр и 2Тр, один из
которых (2Тр) имеет нелинейную характеристику. Поэтому раз-
ность U2 выпрямляемых напряжений (/] и U2 имеет линейную за-
висимость от измеряемого напряжения Т/Изм в пределах 70—120%
от его номинального значения (рис. 13.9, г). Меньшим значениям
l/изм соответствует условие Б'э<0; при этом диод Д заперт.
Системы телеизмерения с включением балластного резистора в
линию связи (рис. 13.9, а, б, в) называют небалансными в отличие
от балансных систем, в которых осуществляется обратная связь по
выходному параметру передающего преобразователя (току или на-
пряжению). Обратная связь компенсирует изменение параметров
линии связи и позволяет увеличить дальность действия систем (до
100 км по кабельным линиям вместо 25-4-30 км в небалансных си-
стемах).
Одна из балансных систем показана на рис. 13.9, <5. Ее передаю-
щее устройство содержит ферродинамический преобразователь
ФДП угла поворота в напряжение переменного тока, называемый
также трансформаторным, индуктивным, индукционным. На магни-
топроводе ФДП расположены две обмотки — первичная wx и ком-
пенсационная wKl а в зазоре магнитопровода — вторичная обмотка
(рамка) w2. Ось рамки соединяется с осью первичного измерителя
ПИ (ваттметра, манометра или др.), который поворачивает рамку,
отчего в ней индуктируется э. д. с. Ер, пропорциональная углу а от-
клонения рамки от нейтрали.
Если в качестве начального выбрать горизонтальное положение
рамки, то используемый диапазон линейного участка зависимости
Ep=if(a) будет небольшим. В самом деле, при таком положении
рамки эта зависимость оказывается симметричной (линия MON на
рис. 13.9, е). Так как в линию связи должен посылаться сигнал по-
стоянного тока, то э. д. с. рамки следует выпрямить. Выпрямленное
напряжение t/выпр имеет V-образную зависимость от угла а (линия
M'ON на рис. 13.9, е). Чтобы зависимость t7BMnp=f(a) была одно-
значной, приходится использовать только одну ветвь V-образной
кривой (линию ON на рис. 13.9, е).
358
Для увеличения рабочего диапазона угла а поступают следую-
щим образом. При нулевом значении измеряемой величины рамку
поворачивают на 50° в сторону, противоположную ее нормальному
перемещению, а для компенсации возникающей в этом положении
э. д. с. Ео последовательно с рамкой включают катушку wK. В ре-
зультате кривая выпрямляемого напряжения Ep+EQ—f(a) стано-
вится несимметричной (линия MON на рис. 13.9, ж). Соответствен-
но изменяется и кривая выпрямленного напряжения <7Вылр=/(а)
(кривая M'ON на рис. 13.9, ж). В рабочей ветви характеристики
^выпр=Па) (кривая ON на рис. 13.9, ж) линейный диапазон угла
а достигает 1004-140°.
В рассматриваемой схеме (рис. 13.9, д) к усилителю помимо вы-
ходного напряжения ФДП подается напряжение обратной связи с
резистора Д0.с, поэтому ток до выпрямителя почти не зависит от
параметров линии связи и усилителя, а также от колебаний напря-
жения его питания. Такую же малую зависимость от указанных
величин имеет и выпрямленный ток, так как он прямо пропорциона-
лен выпрямляемому току. Недостатком схемы является необходи-
мость стабилизации переменного напряжения, питающего ФДП.
От этого недостатка свободны логометрические системы телеиз-
мерения. В логометрической системе, показанной на рис. 13.9, з, пе-
редающим преобразователем служит реостат Д, а показывающим
прибором ПП — логометр. Ток й одной из обмоток логометра име-
ет одну полярность, а ток й другой обмотки — противоположную
(рис. 13.9, и). Отклонение стрелки логометра пропорционально
отношению средних значений Д и I2 этих токов и не зависит от
напряжения питания. Достоинством этой системы является возмож-
ность включения источника питания не на КП, а на ДП. Дальность
действия логометрических систем достигает 20 км.
§ 13.6. Основные элементы и узлы систем
телемеханики дальнего действия
До появления бесконтактных элементов устройства телемехани-
ки дальнего действия выполнялись на телефонных реле, которые
лишь конструктивно отличаются от промежуточных реле постоян-
ного тока (см. § 2.11). Другие элементы этих устройств телемехани-
ки— ключи управления, сигнализаторы и т. п. — также аналогичны
соответствующим элементам схем дистанционного управления, за-
щиты и автоматики. В последние годы релейно-контактные устрой-
ства телемеханики все больше вытесняются бесконтактными
элементами. Однако релейно-контактная аппаратура также непре-
рывно совершенствуется (например, появление герконов — высоко-
надежных реле с герметичными контактами), и полностью отказы-
ваться от нее пока нельзя. Большое количество релейно-контактных
устройств телемеханики дальнего действия находится в эксплуата-
ции, а промышленность продолжает выпускать их (например, типа
РСТ) наряду с бесконтактными устройствами. Поэтому далее рас-
сматривается и релейно-контактная, и бесконтактная аппаратура
359
систем телемеханики дальнего действия. Ввиду того что имеется
большое количество различных бесконтактных элементов (транзи-
сторы, переключающиеся диоды, магнитные элементы с прямо-
угольной петлей гистерезиса и др.), приводимые далее примеры не
следует считать единственно возможными схемными решениями
бесконтактных узлов телемеханических устройств.
Распределители. Распределитель (1ШР и 2ШР на рис. 13.1, в)
является специализированным устройством систем телемеханики с
временным разделением сигналов. В качестве распределителей мо-
гут применяться конструктивно единые аппараты (например, шаго-
вые искатели) или специальные схемы из релейных элементов
(схемные распределители). Шаговый искатель, выполняющий функ-
ции распределителя в релейно-контактных схемах, и один из его
бесконтактных аналогов показаны на рис. 13.10.
Рис. 13.10. Распределители:
а — шаговый искатель; б — бесконтактный распределитель устройства ТМЭ-1; в — пере-
дающее телемеханическое устройство с бесконтактным распределителем
Шаговый искатель (рис. 13.10, а) состоит из статора с несколь-
кими рядами изолированных друг от друга неподвижных контакт-
ных пластин 1, ротора со щетками 2 по числу рядов пластин и
электромагнитного привода. При подаче тока в обмотку электромаг-
нита 3 его якорь 4 посредством ведущей собачки 5 толкает зуб хра-
пового колеса 6 и передвигает щетки 2 на один шаг. При отключе-
нии электромагнита 3 возвратная пружина 7 перемещает ведущую
собачку 5 в исходное положение, подготовляя ее к следующему
шагу. Подключение внешней цепи к вращающимся щеткам делает-
ся с помощью скользящего контакта щеток 8. Помимо основных
контактных пластин шаговый искатель имеет дополнительную кон-
тактную группу непосредственно на якоре электромагнита (на
рис. 13.10, а она не показана).
Бесконтактный распределитель в зависимости от примененных
в нем элементов может быть магнитным, транзисторным, магнито-
транзисторным и др. Рассматриваемая схема бесконтактного рас-
пределителя (рис. 13.10,6) представляет собой упрощенную схему
распределителя устройства телемеханики типа ТМЭ-1 (телемеха-
360
ническое на магнитных элементах) [Л. 105, 107]. Каждый из п маг-
нитных элементов распределителя выполнен на сердечнике с пря-
моугольной петлей гистерезиса. Сердечник имеет три обмотки:
w3 — записи; дад— движения; ыв— выходную. Когда по обмоткам
ток не протекает, то сердечник может быть только в одном из двух
состояний: с положительной или отрицательной остаточной индук-
цией. Для краткости обозначим одно из этих состояний через «0»,
а другое — через «1».
Если подать в одну из обмоток магнитного элемента импульс
тока такой полярности, что создаваемая им магнитная индукция
будет направлена в ту же сторону, что и остаточная индукция, то
магнитное состояние сердечника не изменится. Если же направле-
ния индукций будут противоположны, то сердечник изменит свое
состояние на обратное, сохраняя новое состояние после исчезнове-
ния импульса тока в обмотке. Таким образом, магнитный элемент
запоминает полярность импульса, который его перемагнитил. Ана-
лиз процессов в магнитном элементе дан в (Л. 63].
Работу распределителя рассмотрим с момента времени, когда
сердечники магнитных элементов, кроме первого, находятся в со-
стоянии «0». Поступающие на вход распределителя положительные
импульсы пропускаются диодом Да в последовательно соединенные
обмотки движения ауд. Полярность включения этих обмоток такова,
что создаваемый ими магнитный поток стремится перемагнитить
сердечники в состояние «0». Сердечники 2, 3, ...,п уже находятся в
этом состоянии и с ними ничего не происходит, а сердечник 1 пере-
магничивается и в его обмотке lwB возникает э. д. с., которая со-
здает ток нагрузки на первом выходе распределителя и заряжает
конденсатор 1С (через диод 1Д').
Перемагничивая сердечник 1, положительный входной импульс
одновременно проходит через диод Дъ к делителю напряжения
Да—Дб- Напряжение на резисторе Да по отношению к диоду 2Д"
становится запирающим, а запертый диод 2Д" отключает обмотку
записи 2w3 от выхода первого магнитного элемента. Когда же по-
ложительный импульс на входе распределителя исчезает, то диод
2Д" отпирается, и конденсатор 1С разряжается (через 2Д", 2w3 и
Да). Протекая по обмотке записи 2w;), разрядный ток конденсатора
1С перемагничивает сердечник 2 из состояния «0» в состояние «1»,
т. е. подготовляет этот сердечник к приему второго входного им-
пульса.
При поступлении этого импульса сердечник 2 перемагничивает-
ся в состояние «0», а в паузе между вторым и третьим импульсами
сердечник 3 перемагничивается в состояние «1», т. е. с сердечника-
ми 2 и 3 происходят те же процессы, какие происходили с сердеч-
никами 1 и 2 в предыдущий период входного сигнала. Таким обра-
зом, первый импульс передвигает единицу из первого сердечника
во второй, второй импульс передвигает ее из второго сердечника
в третий, (и—1)-й импульс перемещает единицу в n-й сердечник, а
после п-го импульса единица снова оказывается в первом сердечни-
ке, т. е. распределитель завершает полный цикл работы. Вместе с
361
продвижением единицы по распределителю поочередно появляются
токи на 1-м, 2-м,..., n-м выходах распределителя.
При использовании рассмотренного распределителя на прием-
ной стороне устройства телемеханики (в качестве распределителя
2ШР на рис. 13.1, в) импульсы на его вход подаются с линии связи.
Если же бесконтактный распределитель устанавливается на пере-
дающей стороне (распределитель 1ШР на рис. 13.1, е), то в цепях
1, 2,..., п, поочередно подключаемых к линии связи Л, устанавлива-
ются бесконтактные логические элементы 1И, 2И ..., пИ, выходы ко-
торых соединены с линией связи Л (рис. 13.10, е). Элементы И по-
очередно открываются выходными импульсами бесконтактноге рас-
пределителя 1ШР, на вход которого подаются импульсы движения
от дополнительного генератора сигналов ГС.
Генераторы сигналов, шифраторы и дешифраторы. Эти узлы в
большинстве случаев имеют такие же схемы, как и соответствую-
щие узлы систем ближнего действия, рассмотренные в § 13.3, либо
незначительно отличаются от них. Например, генератор прямоуголь-
ных сигналов в релейно-контактных системах с временным разде-
лением сигналов представляет собой пульс-пару, у которой вместо
одного из реле использован электромагнит шагового искателя с
контактной группой на его якоре.
Генератор синусоидальных сигналов (для систем телеуправле-
ния и телесигнализации с частотным разделением сигналов) выпол-
няется в виде усилителя, охваченного положительной обратной
связью, глубина которой достаточна для самовозбуждения.
Некоторые особенности имеет комбинационный дешифратор,
если многоэлементное кодирование применено в системах с вре-
менным разделением сигналов. Отдельные элементы кода переда-
ются к дешифратору неодновременно, поэтому он дополняется эле-
ментами памяти. Чтобы в процессе приема элементов кода не обра-
зовались ложные цепи, выполняется запрет исполнения команды
до момента окончания приема всех элементов кода. Необходимость
такого запрета видна на рис. 13.4, з: неодновременное поступление
элементов кодовой комбинации 111 приводит к появлению ложного
сигнала на четвертом выходе сразу же после приема первоге эле-
мента кодовой комбинации.
Узлы систем телеизмерения. На передающей стороне этих си-
стем измеряемая величина линейно преобразуется в частоту пере-
менного синусоидального тока (частотные системы), в частоту
прямоугольных импульсов (частотно-импульсные системы), в дли-
тельность импульсов или интервалов между ними (время-импульс-
ные системы). В частотных системах с прямым преобразованием
может использоваться LC- или 7?С-генератор с переменным конден-
сатором, ротор которого сочленен с первичным измерителем. В час-
тотных и частотно-импульсных системах с промежуточным преобра-
зованием измеряемого параметра в ток или напряжение применяет-
ся подмагничиваемая индуктивность, входящая в схему генератора.
Влияние внутренних параметров генератора на его частоту
уменьшается с помощью обратной связи по частоте. В качестве
362
преобразователя напряжения в частоту импульсов может приме-
няться ранее рассмотренный транзисторный генератор импульсов
(см. рис. 13.2). Этот же генератор может служить передающим
преобразователем время-импульсных систем, если резисторы его
схемы заменить реостатным датчиком, ось которого связана с пер-
вичным измерителем.
Приемными устройствами частотных и частотно-импульсных си
стем служат частотомеры. В простейшем конденсаторном частото
мере (рис. 13.11) транзистор Т до
прихада входных импульсов от-
крыт напряжением, подаваемым
на его базу с резистора 1R через
3R. При этом напряжение между
базвй и эмиттером близко к ну-
лю, а напряжение на резисторе
4R и конденсаторе С почти равно
стабилизированному напряжению
UCT. Входные импульсы проходят
Рис. 13.11. Конденсаторный частото-
усилитель-ограничитель и созда- меР
ют на 3R напряжение, закрываю-
щее транзистор. После его закрывания конденсатор С разряжается
через выпрямитель В и резистор 4R на обмотку миллиамперметра.
В паузах между импульсами конденсатор С быстро заряжается
через открытый транзистор, выпрямитель и обмотку прибора. Та-
ким вбразом, ток миллиамперметра имеет пилообразную форму.
Среднее значение тока прибора пропорционально частоте входных
импульсов. Источник напряжения смещения t/CM компенсирует на-
чальный ток прибора при частоте /мин, соответствующей нулевому
значению телеизмеряемой величины.
Приемные устройства время-импульсных систем могут быть раз-
личными по принципу действия. Наиболее простым преобразовате-
лем длительности импульсов в показания прибора служит миллиам-
перметр, измеряющий среднее значение импульсного тока. Если
частота и амплитуда импульсов неизменны, то среднее значение
тока миллиамперметра пропорционально длительности импульсов.
Помимо рассмотренных элементов и узлов в системах телемеха-
ники находят применение устройства, предотвращающие неправиль-
ное их действие при появлении в передаваемых сигналах искаже-
ний: количественных (изменение числа импульсов) и качественных
(изменение импульсных признаков). Вместо отдельных узлов, вы-
полняющих эти функции, могут применяться усложненные схемы
основных узлов (дешифраторов и др.), мало подверженные влия-
нию помех.
§ 13.7. Системы телемеханики
дальнего действия
Многообразие принципов разделения сигналов и видов импульс-
ных признаков позволяет создать обширную группу различных си-
стем телемеханики дальнего действия. Отличаясь одна от другой
363
по своим схемам, эти системы имеют и различные показатели: спо-
собность передачи телемеханических сигналов по тем или иным
линиям связи; приспособленность к работе с объектами, сосредо-
точенными на одном КП или, наоборот, распределенными между
несколькими КП; количество объектов телеуправления и телекон-
троля и др.
Рассмотрим системы телемеханики дальнего действия, небходи-
мые для уяснения только некоторых ранее изложенных принципов.
Система циркулярного телеуправления. Свое название эта систе-
ма получила в связи с тем, что она применяется для одновременной
передачи одной и той же команды (циркуляра) множеству рассре-
доточенных объектов (при телеуправлении наружным освещением,
световой рекламой и др.). Сигналы циркулярного телеуправления
передаются на частотах 1754-3000 Гц по распределительным эле-
ктрическим сетям без их специальной обработки.
В зарубежных системах циркулярного телеуправления в каче-
стве передающих устройств, как правило, применяются синхронные
генераторы управляющей частоты. Система, разработанная инсти-
тутом электродинамики АН УССР, отличается отсутствием таких
генераторов [Л. ПО]. Для образования сигналов управления на ДП
этой системы к двум фазам распределительной сети (рис. 13.12, а)
подключается управляемая нагрузка УН, величина которой перио-
Рис. 13.12. Система циркулярного телеуправления:
а — подключение передающего и приемных устройств к распреде-
лительной сети; б — ионный триггер; в — напряжение сети при ра-
боте триггера
дически меняется с частотой f^>50 Гц. Ток периодически меняю-
щейся нагрузки создает на сопротивлении питающей сети дополни-
тельное падение напряжения, поэтому в распределительной сети
помимо основной частоты 50 Гц и высших гармоник появляется на-
пряжение с частотой f.
По сравнению с напряжением основной частоты напряжение
управляющей частоты имеет небольшую амплитуду (2-1-4%) и по-
364
этому не оказывает влияния на работу основных элементов системы
электроснабжения. В то же время это напряжение оказывается до-
статочным для срабатывания приемных устройств ПУ, включаю-
щих и отключающих управляемые объекты УО. Необходимая чув-
ствительность ПУ обеспечивается применением усилителей.
В качестве управляемой нагрузки УН используется ионный триг-
гер, выполненный на двух мощных высоковольтных тиратронах
1Т—2Т (рис. 13.12, б). На их сетки подается напряжение управле-
ния от электронного генератора ЭГ, и тиратроны поочередно пере-
ключаются. В моменты их переключения в питающей сети возника-
ют всплески тока потребления, образующие сигнал управления.
Так как тиратроны являются приборами односторонней проводимо-
сти, то сигналы управления возникают лишь в течение одной поло-
вины периода частоты сети (рис. 13.12, в).
Сигналы, относящиеся к различным командам или объектам
циркулярного телеуправления, можно разделять различными спосо-
бами. В частности, для одновременного управления всеми объекта-
ми системы достаточно использовать две управляющие частоты,,
соответствующие сигналам «включить» и «отключить». Для пере-
хода с одной управляющей частоты на другую делаются соответ-
ствующие переключения в схеме электронного генератора ЭГ.
Время-импульсная система телеизмерения. Рассматриваемая
система (типа ВСТ-1) предназначена для рассредоточенных объек-
тов [Л. 105]. Приемник и передатчик этой системы (рис. 13.13) вы-
полнены на бесконтактных элементах, причем передатчики всех
Рис. 13.43. Упрощенная схема время-импульсной систе-
мы ВСТ-1
КП не требуют местного источника питания. Источник питания Е
устанавливается на ДП и периодически подключается к линии свя-
зи на 1,7 с, отключаясь от нее на 0,3 с. Устройство периодического
подключения источника Е на рис. 13.13 условно изображено в виде
контакта К. При замыкании этого контакта одновременно начи-
нается заряд конденсатора 1С в передатчике и конденсатора 2С в
приемнике. Заряд конденсатора 1С заканчивается в момент отпира-
ния диода Д, причем время заряда зависит от положения движка
реостата Д. Этот движок соединен с первичным измерителем, по-
этому время с момента начала заряда конденсаторов до момента
отпирания диода Д пропорционально измеряемому параметру. При
открывании диода Д электронное реле Э срабатывает и включает
звуковой генератор ЗГ, посылающий в линию связи ток звуковой
частоты.
365
В приемном устройстве на появление звуковой частоты реаги-
рует пусковое реле П, подключенное к линии связи через 'резонанс-
ный усилитель. Реле П прекращает заряд конденсатора 2С, пере-
ключая конденсатор на выходное устройство ВУ. Это устройство
имеет элемент памяти, запоминающий величину напряжения кон-
денсатора 2С, и поддерживает ток в цепи выходного миллиампер-
метра неизменным в промежутках между импульсами звуковой ча-
стоты. Постоянные времени заряда конденсаторов 1С и 2С одина-
ковы, поэтому линейность системы в целом сохраняется несмотря
на экспоненциальный характер зависимости длительности заряда
от измеряемого параметра.
Комплексные устройства телемеханики. Эти устройства совме-
щают в себе функции устройств телеуправления, телесигнализации
и телеизмерения и используют для передачи сигналов различного
назначения одну и ту же линию связи. В настоящее время промыш-
ленность выпускает ряд релейно-контактных и бесконтактных
комплексных устройств телемеханики. Например, релейно-контакт-
ное устройство РСТ-1 (распределительная система телемеханики)
для сосредоточенных объектов может передавать 20 сигналов теле-
сигнализации и 16 сигналов телеуправления и телеизмерения по
вызову (суммарно). Одна из модификаций бесконтактного устрой-
ства ТМЭ-1 рассчитана на 41 объект телесигнализации, 26 объек-
тов телеуправления и 13 объектов телеизмерения по вызову. Одна
из модификаций бесконтактного устройства ВРТ-Ф позволяет по-
сылать сигналы телеуправления на 24 объекта, иметь телесигнали-
зацию положения 43 объектов и выполнять 8 телеизмерений по вы-
зову.
Для телемеханических устройств различного назначения в комп-
лексных устройствах является общей не только линия связи, но и
многие другие узлы: шифраторы, распределители и др. Поэтому
устанавливается определенная очередность работы отдельных уст-
ройств. Например, телесигнализации отдается предпочтение перед
телеуправлением: если во время передачи сигналов телеуправления
(до момента исполнения команды) на КП происходит аварийное
отключение или возникает другая неисправность, то операция те-
леуправления автоматически отменяется и автоматически запу-
скается телесигнализация, сообщающая на ДП об изменениях си-
туации на КП.
ЛИТЕРАТУРА
1. В. Л. Фабрикант, В. П. Глухов, Л. Б. П а п е р н о. Элементы
устройств релейной защиты и автоматики энергосистем и их проектирование. М.,
«Высшая школа», 1974.
2. А. Д. Дроздов, В. Ф. Зинченко, С. Л. Ку же ко в. Повышение
надежности срабатывания электромагнитных токовых реле при перегруженных
трансформаторах тока. «Известия вузов. Электромеханика», 1967, № 10.
3. Разработка принципиальных вопросов применения оперативного пере-
менного тока для релейной защиты подстанций малой мощности 35 кВ н ниже.
Отчет Теплоэлектропроекта. М., 1955.
4. М. Л. Голубев. Реле прямого действия. М., «Энергия», 1966.
5. Л. С. Жданов, В. В. Овчинников. Реле времени типов ЭВ н
РВМ. М., «Энергия», 1969.
6. М. Т. Л е в ч е и к о, П. Д. Черняев. Промежуточные и указательные
реле в устройствах релейной защиты и автоматики. М., «Энергия», 1968.
7. А. М. Федосеев. Основы релейной защиты. М. — Л., Госэнерго-
нздат, 1961.
8. В. А. Андреев, В. Л. Ф а бр и к а н т. Релейная защита распредели-
тельных электрических сетей. М., «Высшая школа», 1965.
9. Реле максимального тока типов РТ-85 и РТ-86. Информационный листок.
Чебоксарский электроаппаратный завод, 1960.
10. В. В. Надеждин, А. К. Сапронов, В. К. С и р о т к о. Стати-
ческие реле в релейной защите. Л., «Наука», 1968.
И. И. Л. Каганов. Промышленная электроника. М., «Высшая шко-
ла», 1968.
12. Я. П. Г р е й в у л и с, Э. Я. Л и е л п е т е р и с, В. Я. П у т н и и ь ш.
Полупроводниковые реле тока и напряжения. М., «Энергия», 1970.
13. Л. М. Регельсон, А. В. Кузнецов, А. П. Пяти братов.
Импульсная техника. М., Изд. МГУ, 1967.
14. В. В. Г и р ш б е р г и др. Единая серия полупроводниковых логических
элементов (ЭТ). М., «Энергия», 1966.
15. Г. В. Могилевский и др. Бесконтактные устройства защиты для
низковольтных электрических аппаратов. М., «Энергия», 1971.
16. Испытания электронной защиты автомата серии «Электрон» и разработка
органа направления мощности. Отчет по научно-исследовательской теме. Улья-
новский политехнический институт, 1968.
17. С. Л. Кужеков, Ю. И. Иванков. Исследование действия полу-
проводниковых токовых реле при насыщении трансформаторов тока. «Известия
вузов. Электромеханика», 1971, № 4.
18. В. Е. Казанский. Трансформаторы тока в схемах релейной защиты.
М., «Энергия», 1969.
19. С. А. Ульянов. Электромагнитные переходные процессы. М., «Энер-
гия», 1970.
20. В. Л. Фабрикант. Фильтры симметричных составляющих. М. — Л.,
Госэнергонздат, 1962.
21. Г. И. Атабеков. Теоретические основы релейной защиты высоко-
вольтных сетей. М. — Л., Госэнергонздат, 1957.
22. Н. В. Чернобровое. Релейная защита. М.—Л., «Энергия», 1974.
23. И. А. Сыромятников. Преимущества применения переменного опе-
ративного тока. «Электрические станции», 1954, № 1.
367
24. Я. С. Гельфанд, М. Л. Голубев, М. И. Царев. Релейная за-
щита и электроавтоматика на переменном оперативном токе. М. — Л., «Энер-
гия», 1973.
25. Н. С. Гуров, Л. Б. Па пер и о, Б. С. Пороцкий. Устройства
аварийной предупреждающей сигнализации на бесконтактных статических эле-
ментах. Рига, ЛАТИНТИ, 1965.
26. Ф. И. Волынцев, В. П. К о л о б я н и и. Электролюминесцентные
индикаторы н их применение для сигнализации. В кн. «Новые устройства защиты
и противоаварийной автоматики». Вып. 1. М., 1968.
27. Выключатели ЭЮ, Э16, Э25, Э40. Техническое описание и инструкция по
эксплуатации (временные). М., Внешторгиздат, 1969.
28. И. Я. Г у м и и, М. И. Г у м и и, В. Ф. Устинов. Вторичные схемы
электрических станций и подстанций. М. — Л., «Энергия», 1964.
29. Правила устройства электроустановок. М. — Л., «Энергия», 1966.
30. В. Л. Фабрикант, В. А. Андреев и др. О целесообразности при-
менения управляемых предохранителей. «Электричество», 1968, № 8.
31. Р. С. Кузнецов. Аппараты распределения электрической энергии на
напряжение до 1000 В. М. — Л., «Энергия», (1970.
32. М. Л. Голубев. Расчет уставок релейной защиты и предохранителей
в сетях 0,44-35 кВ. М., «Энергия», 1969.
33. Л. И. Мишустина. Воздушные автоматические установочные вы-
ключатели серии А-3100. М.—Л., Госэнергоиздат, 1961.
34. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 2. Ступенчатая токо-
вая защита нулевой последовательности от замыканий на землю линий
1104-220 кВ. М. — Л., Госэнергоиздат, 1961.
35. И. Н. Попов. Чувствительное магнитное (бесконтактное) реле защи-
ты. Труды ЦНИЭЛ, вып. 1. М.—Л., Госэнергоиздат, 1953.
36. Я. С. Гельфанд. Избирательная защита линий торфоразработок от
замыканий на землю. Труды ЦНИЭЛ, вып. 1. М. — Л., Госэнергоиздат, 1953.
37. В. Е. Д ар ч емко, Т. В. Степков. Защита от замыкания на зем-
лю в компенсированных сетях. «Электричество», 1956, № 2.
38. В. В. Ш у т ь. Защита от замыканий на землю. Одесское книжное
изд-во, 1959.
39. Устройства сигнализации однофазных замыканий на землю в кабельных
сетях типов УСЗ-2 и УСЗ-З. ВНИИЭ, отчет по теме 5—37. 1961.
40. И. М. Сирота. Сигнализация замыканий на землю в компенсирован-
ной сети, основанная на использовании тока второй гармоники. Сигнализация
замыканий на землю в компенсированных сетях. Госэнергоиздат, 1962.
41. М. А. Беркович, В. А. Семенов. Основы автоматики энерго-
систем. М., «Энергия», -1968.
42. А. М. Богорад, Ю. Г. Назаров. Автоматическое повторное вклю-
чение в энергосистемах. М., «Энергия», (1969.
43. Ю. Г. Назаров. Фазочувствительиая схема как орган направления
мощности. «Электричество», 1956, № 1.1.
44. В. Л. Фабрикант. Использование полупроводников в релейной за-
щите. «Электричество», 1958, № 7.
45. В. Л. Ф а б р и к а н т, В. Я. П у т н ы н ь ш. Новый способ сравнения
фаз для выполнения реле с двумя электрическими величинами. «Электричество»,
1962, № 10.
46. А. М. Федосеев, В. М. Ермоленко. Пути развития техники
релейной защиты. В кн. «Полупроводники в технике релейной защиты». Кн. 1.
Московское правление научно-технического общества энергетической промышлен-
ности, 1958.
47. Испытания электронной защиты автомата серии «Электрон» и разработ-
ка органа направления мощности. Отчет по научно-исследовательской теме.
Рижский политехнический институт, Ульяновский политехнический инсти-
тут, 1969.
48. В. Л. Фабрикант, В. А. Андреев, Е. В. Бондаренко. За-
дачник по релейной защите. М., «Высшая школа», 1971.
49. В. А. Козлов. Городские замкнутые электрические сети М. — Л., Гос-
эиергоиздат, 1961.
368
50. Я. К- Р о з е н к р о н, О. А. Р е й н в а л ь д, А. А. Рорбах. Замкну-
тые электрические сети г. Риги. М., БТИ ОРГРЭС, 1970.
51. О. А. Рейнвальд. Внедрение в эксплуатацию замкнутых сетей низ-
кого напряжения. «Электрические станции», 1965, № 8.
52. И. С. Бессмертный. Схемы городских электрических сетей. М.,
Изд-во МКХ РСФСР, 1963.
53. П. Г. Седов. Городские замкнутые сети. М.— Л., Объединенное на-
учно-техническое изд-во, 4953.
54. И. С. Бессмертный, Л. М. Фингер. Схемы электроснабжения
городов. «Энергетика за рубежом». М., БТИ, 1966.
55. Л. А. Солдаткина. Электроснабжение в крупных городах США.
М.— Л., Госэнергоиздат, 4957.
56. Б. Л. А й з е н б е р г, В. А. Козлов. Электрические сети зарубежных
городов. М.— Л., Госэнергоиздат, 1958.
57. А. Л. Ф а е р м а н. О результатах испытаний реле РОМ-3 для замкну-
тых электрических сетей напряжением до 1000 В. «Электрические станции»,
1969, № 2.
58. Испытания электронной защиты автомата серии «Электрон» и разработ-
ка органа направления мощности. Отчет № 5 по научно-исследовательской рабо-
те. Рижский политехнический институт, Ульяновский политехнический инсти-
тут, 1970.
59. Я. К. Р о з е н к р о н. Замкнутые электрические сети г. Риги. М., «Энер-
гия», 1972.
60. В. М. К и с к а ч и. Селективная чувствительная защита от замыканий
на землю в сетях с малыми емкостными токами типа ЗЗП-1. «Электрические
станции», 1966, № 3.
61. И. Н. Попов. О принципах выполнения защиты от замыканий на зем-
лю, основанной на использовании переходных процессов. «Электричество»,
1962, Xs 2.
62. В. В. Ш у т ь. Избирательная сигнализация о замыкании на землю.
«Электричество», <1961, № 10.
63. В. Г. Д о р о г у н ц е в, Н. И. Овчаренко. Элементы устройств
автоматики энергосистем. М„ «Энергия», 1970.
64. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 7 (дополнение). Ди-
станционная защита линий 354-330 кВ. М., «Энергия», 1968.
65. Дистанционная защита ДЗ-10-У2 для распределительных сетей 64-20 кВ
сельских районов. Отчет по научно-исследовательской работе. Сельэнергопроект.
Украинское отделение. Киев, 1972.
66. Г. И. Атабеков. Релейная защита высоковольтных сетей. М. — Л.,
Госэнергоиздат, 1949.
67. И. М. Сирота. Переходные режимы работы трансформаторов тока.
Киев, изд-во АН УССР, 1961.
68. А. Д. Дроздов, В. В. Платонов. Реле дифференциальных защит
элементов энергосистем. М., «Энергия», 1968.
69. В. Л. Фабрикант. Анализ продольных дифференциальных защит
линий методом диаграмм в комплексной плоскости. «Электричество», 1960, X» 12.
70. Г. Р. Милле р. Автоматизация в системах электроснабжения промыш-
ленных предприятий. М.—Л., Госэнергоиздат, 1963.
71. О допустимых кратностях токов при несинхронном АПВ для генерато-
ров, синхронных компенсаторов и трансформаторов. Эксплуатационный циркуляр
Э-9/61 от 22 июля 1961 г. «Электрические станции», 1961, Xs 11.
72. Методические указания по автоматической частотной разгрузке. Решение
Xs Э-21/71 Минэнерго СССР. М., 1971.
73. Н. С. Маркушевич. Автоматическая частотная разгрузка с зависи-
мой выдержкой времени. «Электрические станции», 1969, Xs 6.
74. Г. С. Коротков, В. А. С м и р н о в, Л. М. Сонина. Опыт комп-
лексной автоматизации и телемеханизации городских электрических сетей.
М. — Л., Госэнергоиздат, 1963.
75. П. И. Головкин. Повышение эффективности использования уст-
ройств автоматической частотной разгрузки энергосистемы. «Электрические стан-
ции», 1968, № 10.
369
76. Е. Д. Зейлидзои. По поводу статьи П. И. Головкииа «Повышение
эффективности использования устройств автоматической частотной разгрузки
энергосистемы». «Электрические станции», 1969, № 10.
77. И. И. Соловьев. Автоматизация энергетических систем, М. — Л.,
Госэнергонздат, 1956. „ т,
78. Б. И. Панфилов, Л. Д. Пашков, В. Г. Гришанов. Новее
реле частоты. «Электрические станции», 1971, № 8.
79. М. А. Ш а б а д. Защита генераторов малой и средней мощности. М.,
«Энергия», 1973.
80. М. А. Б е р к о в и ч, В. А. Семенов. Основы техники и эксплуата-
ции релейной защиты. М., «Энергия», 1971.
81. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 1. Защита генерато-
ров, работающих на сборные шины. М. — Л., Госэнергонздат, 1961.
82. И. М. Сирота. Защита от замыканий на землю в электрических си-
стемах. Изд-во АН УССР, 1955.
83. А. А. Ермилов. Основы электроснабжения промышленных предприя-
тий. М., «Энергия», 1969.
84. Справочник энергетика промышленных предприятий. М. — Л., Госэнер-
гоиздат, 4961.
85. Н. Н. Б е л я е в. Выбор плавких вставок предохранителей типа ПСН-35
для защиты трансформаторов. «Электрические станции», 1960, № 7.
86. А. Д. Б у л и т к о, Ф. Ф. Дерюгин. Открытые плавкие вставки на
стороне высшего напряжения понизительных подстанций. «Электрические стан-
ции», 1960, № 1.
87. В. А. Андреев, А. Я. Зотов. Предохранители-выключатели с фо-
томеханическим приводом на базе стреляющих предохранителей типа ПСН-35.
Труды Ульяновского политехнического института. Т. 5. Вып. 1. 1970.
88. С. Г. Шестаков. Защита от однофазных коротких замыканий иа
стороне 0,44-0,23 кВ трансформаторов, имеющих схему соединения обмоток
Y/Y—12 (с заземленным нулем). Отчет «Главэлектромоитаж», М., 1945.
89. Е. А. Осецкая. О защите трансформаторов мощностью менее 1 MBA,
напряжением 6-10/0,23-0,4 кВ. «Электрические станции», 1959, № 3.
90. Ф. Ф. Карпов, Л. А. Солдаткина. Регулирование напряжения
в электросетях промышленных предприятий. М., «Энергия», 1970.
91. Е. Н. Зимин. Защита асинхронных двигателей до 500 В. М. — Л.,
«Энергия», 1967.
92. Я. М. Бунич и др. Электрооборудование промышленных предприятий
и установок. Ч. 2. М., Стройиздат, 1968.
93. Указания по проектированию релейной защиты в промышленных элект-
роустановках (синхронные и асинхронные двигатели 34-10 кВ). Отчет Тяжпром-
электропроекта. М., 4968.
94. И. В. К о в а л е н с к и й. Релейная защита электродвигателей высокого
напряжения. М.—Л., «Энергия», 1964.
95. Б. Г. Гольдгоф, Я- И. Лейбзон, Э. А. С ос к и и. Автоматиза-
ция и телемеханизация энергоснабжения промышленных предприятий. М. — Л.,
«Энергия», 1964.
96. И. А. Глебов, С. И. Логинов. Системы возбуждения и регули-
рования синхронных двигателей. Л., «Энергия», 1972.
97. А. М. В е й н г е р. Автоматическое регулирование возбуждения крупных
синхронных двигателей. «Промышленная энергетика», 1967, № 10.
98. Исследование принципов и разработка устройств автоматического регу-
лирования возбуждения синхронных компенсаторов. Отчет по научно-исследова-
тельской работе. Ч. 2. Изд. МЭИ, 1966.
99. А. ЛЕ Семчинов. Ртутно-преобразовательные и полупроводниковые
подстанции. Л., «Энергия», 1968. 3
100. А. Д. С в е н ч а н с к и й, М. Я. С м е л я н с к и й. Электрические про-
мышленные печи. Ч. 2. М., «Энергия», ,1970. «рические про
101. Автоматический регулятор конденсаторных батарей АРКОН Техниче
ское описание Рижского опытного завода Латвэнерго. 1970.
10^а Вг> А\-гБрянский- 0 выбоРе релейных защит магистральных токоппо
водов 10 кВ. «Промышленная энергетика», 1971, № 5. Р ьнык Т0К0ПР°
370
103. Б. я. Д у ш а ц к и й, А. Н. Кожин. Дифференциальная защита те-
копроводов 6—10 кВ. «'Промышленная энергетика», 1971, № 7.
104. А. М. Семчинов. Токопроводы промышленных предприятий. Л.,
«Энергия», 4972.
105. Электротехнический справочник. Т. 3, кн. 2. М. — Л., «Энергия», 1966
(под общ. ред. профессоров МЭЙ).
106. В. С. Малов. Телемеханика в энергетических системах. М. — Л.,
Госэнергоиздат, 1955.
107. В. А. Ильин. Телекоитроль и телеуправление. М., «Энергия», 1969.
108. В. М. Новицкий и др. Телемеханика. М., «Высшая школа», 1967.
109. Р. Л. Р а й н е с, О. А. Горяйнов. Телеуправление. М. — Л..
«Энергия», 1965.
110. Л. И. Буслов, Л. Г. Цыганкова, В. Н. Шестопалов. Ус-
тановка циркулярного телеуправления для сетей 6—<10 кВ (техническая инфор-
мация). Киев, «Наукова Думка», 1969.
Hl. В. А. Козлов. Городские распределительные электрические сети.
Л., «Энергия», 1971.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие.................................................... . 3
Часть первая
СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И УПРАВЛЕНИЕ ИМИ
Глава I. Некоторые сведения о системах электроснабжения
§ 1.1. Основные элементы систем электроснабжения...................... 5
§ 1.2. Особенности городских и сельских распределительных сетей . 9
§ 1.3. Назначение релейной защиты н автоматики........................10
§ 1.4. Виды повреждений и ненормальных режимов в системах элект-
роснабжения ................................................. 12
Глава II. Общие вопросы релейной защиты, автоматики и телемеханики
§ 2.1. Основные требования, предъявляемые к релейной защите и ав-
томатике .................................................... 16
§ 2.2. Основные принципы действия релейной защиты.................... 18
§ 2.3. Автоматические и телемеханические системы регулирования,
контроля и управления ....................................... 21
§ 2.4. Элементы релейной защиты, автоматики н телемеханики ... 23
§ 2.5. Способы включения реле и способы их воздействия на выклю-
чатель .......................................................25
§ 2.6. Использование электромагнитного принципа для выполнения
реле..........................................................28
§ 2.7. Способы получения замедленного действия электромагнитных
реле..........................................................33
§ 2.8. Электромагнитные вторичные реле тока и напряжения прямого
действия......................................................35
§ 2.9. Электромагнитные вторичные реле тока и напряжения косвен-
ного действия.................................................40
§ 2.10. Реле времени........................................41
§ 2Л1. Промежуточные реле..................................45
§ 2.12. Указательные реле...................................49
§ 2.13. Использование индукционного принципа для выполнения реле 50
§ 2.14. Реле тока типа РТ-80................................52
§ 2.15. Использование полупроводниковых приборов для выполнения
реле.................................................55
§ 2.16. Полупроводниковые реле тока и напряжения............60
§ 2.17. Условия работы трансформаторов тока и требования к ним в
схемах релейной защиты и автоматики........................64
§ 2.18. Фильтры тока........................................68
§ 2.19. Трансформаторы напряжения в схемах релейной защиты и
автоматики...........................................72
§ 2.20. Оперативный ток.....................................81
Глава III. Дистанционное управление и сигнализация
§ 3.1. Общие сведения.................................................85
372
Стр.
§ 3.2. Основная аппаратура устройств дистанционного управления
и сигнализации ................................. 86
§ 3.3 . Дистанционное управление автоматами...................88
§ 3.4 . Дистанционное управление контакторами.................89
§ 3.5. Дистанционное управление выключателями с пружинно-грузо-
вым приводом..............................................91
§ 3.6. Дистанционное управление выключателями с электромагнит-
ным приводом..............................................91
§ 3.7. Устройства центральной сигнализации......................94
§ 3.8. Управление короткозамыкателями и отделителями............96
Часть вторая
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА ЛИНИЙ
ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
Глава IV. Защита плавкими предохранителями и автоматическими воз-
душными выключателями (автоматами)
§ 4.1. Характеристики плавких предохранителей..................98
§ 4.2. Выбор плавких предохранителей..........................100
§ 4.3. Селективность и чувствйтельность плавких предохранителей 102
§ 4.4. Разновидности автоматических воздушных выключателей и их
характеристики ............................................. 105
§ 4.5. Выбор автоматов для выполнения селективно действующей
защиты..................................................... 108
Глава V. Токовые защиты
§ 5.1. Основные органы защиты..................................ИЗ
§ 5.2. Выбор параметров максимальной токовой защиты...........113
§ 5.3. Схемы включения пусковых органов максимальной токовой
защиты.......................................................120
§ 5.4. Схемы и общая оценка максимальной токовой защиты .... 125
§ 5.5. Выбор параметров максимальной токовой защиты нулевой
последовательности для сетей с большими токами замыкания
на землю.....................................................130
§ 5.6. Защита от замыкания на землю в сетях с малым током замы-
кания на землю...............................................134
§ 5.7. Токовая отсечка........................................145
§ 5.8. Расширение защищаемой зоны токовой отсечки. Защита со
ступенчатой характеристикой выдержки времени. Совместное
действие защиты и устройств АПВ и АВР...................149
§ 5.9. Схемы и область использования токовых отсечек и защит со
ступенчатой характеристикой выдержки времени.................155
Глава VI. Направленные токовые защиты
§ 6.1. Принцип действия, выбор выдержки времени и места включе-
ния органов направления мощности.............................157
§ 6.2. Особенности работы максимальной токовой направленной за-
щиты в кольцевых сетях.......................................160
§ 6.3. Ток срабатывания максимальной токовой направленной за-
щиты ........................................................161
§ 6.4. Принципы выполнения реле направления мощности..........163
§ 6.5. Индукционное реле мощности типа РБМ....................165
§ 6.6. Реле мощности на полупроводниках.......................168
§ 6.7. Характеристики реле направления мощности...............169
§ 6.8. Схемы включения реле направления мощности..............173
§ 6.9. Схемы и область использования максимальной токовой на-
правленной защиты............................................176
373
Стр.
§ 6.10. Структурная схема защиты автомата обратной мощности . . 178
§ 6J1. Токовая направленная отсечка без выдержки и с выдержкой
времени и токовая направленная защита со ступенчатой ха-
рактеристикой выдержки времени................................180
§ 6.12. Направленные защиты нулевой последовательности для сетей
с малыми токами замыкания на землю........................... 181
Глава VII. Дистанционная защита
§ 7.1. Назначение и принцип действия...........................183
§ 7.2. Основные органы защиты и их взаимодействие..............184
§ 7.3. Характеристики срабатывания реле сопротивления..........185
§ 7.4. Принципы выполнения реле сопротивления..................186
§ 7.5. Схемы включения дистанционных органов ..................188
§ 7.6. Пусковые органы дистанционной защиты....................192
§ 7.7. Выбор уставок дистанционной защиты......................193
Глава VIII. Дифференциальные токовые защиты
§ 8.1. Виды дифференциальных защит.............................197
§ 8.2. Принцип действия продольной дифференциальной токовой за-
щиты ........................................................ 197
§ 8.3. Ток небаланса...........................................199
§ 8.4. Включение реле через промежуточные быстроиасыщающиеся
трансформаторы тока......................................281
§ 8.5. Использование в схемах дифференциальной защиты реле с
торможением...............................................282
§ 8.6. Особенности выполнения продольной дифференциальной..за-
щиты линий 205
§ 8.7. Оценка продольной дифференциальной защиты...........208
§ 8.8. Поперечная дифференциальная токовая защита..........208
§ 8.9. Поперечная дифференциальная токовая направленная защита 210
§ 8.10. Пусковые органы поперечной дифференциальной токовой
направленной защиты.......................................... 213
§ 8.11. Схемы и область использования поперечных дифференциаль-
ных направленных защит................ . . . . . . . . . . 216
Глава IX. Устройства системной автоматики
§ 9.1. Требования к устройствам АВР и расчет их параметров .... 219
§ 9.2. Схемы устройств АВР иа переменном оперативном токе .... 221
§ 9.3. Требования к устройствам АПВ и расчет их параметров . . . 225
§ 9.4. Схемы устройств АПВ.....................................227
§ 9.5. Особенности устройств АПВ линий с двусторонним питанием 231
§ 9.6. Требования к устройствам АЧР и расчет их параметров . . . 240
S 9.7. Реле частоты........................................ . 245
§ 9.8. Схемы устройств АЧР на выпрямленном оперативном токе . . 247
Часть третья
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА, АВТОМАТИКА И ТЕЛЕМЕХАНИКА
ЭЛЕМЕНТОВ СТАНЦИИ, ПОДСТАНЦИИ
И ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Глава X. Защита и автоматика синхронных генераторов
§ 10.4. Повреждения и ненормальные режимы синхронных генера-
торов. Типы защит синхронных генераторов и устройств их
автоматики....................................................250
§ 10.2. Защита низковольтных генераторов......................252
§ 10.3. Защита высоковольтных генераторов мощностью до 1 МВт 255
374
Стр.
§ 10.4. Защита высоковольтных генераторов мощностью более 1 МВт 258
§ 10.5. Автоматическое регулирование возбуждения..............268
Глава X/. Защита и автоматика трансформаторов
§ 11.1. Виды повреждений и ненормальных режимов работы транс-
форматоров ................................................ 273
§ 11.2. Защита плавкими предохранителями......................274
§ 11.3. Токовые защиты........................................277
§ 11.4. Газовая защита.....................................• . 285
§ 11.5. Дифференциальные защиты трансформатора и особенности их
выполнения...................................................289
§ 11.6. Схемы и область использования дифференциальных токовых
защит трансформаторов........................................295
§ 11.7. Автоматика трансформаторов............................301
Глава XII. Защита и автоматика потребителей электроэнергии н отдельных
электроустановок систем энергоснабжения
§ .12.1 . Общие сведения......................................308
§ 12.2. Виды повреждений и ненормальных режимов работы электро-
двигателей. Типы защит двигателей и устройств нх автоматики 308
§ 12.3. Защита и автоматика электродвигателей напряжением до
1000 В..................................................... 311
§ 12.4. Защита и автоматика электродвигателей высокого напря-
жения .................................................. 319
§ 12.5. Особенности защиты и автоматики синхронных двигателей
высокого напряжения и синхронных компенсаторов...............325
§ 12.6. Особенности защиты и автоматики мощных выпрямительных
установок..........................................• - • 331
§ 12.7. Особенности защиты и автоматики трансформаторов дуговых
электропечных установок..................................... 334
§ 12.8. Защита и автоматика конденсаторных установок.........335
§ -12.9 . Защита и автоматика шин и токопроводов.............338
Глава XIII. Телемеханизация в системах энергоснабжения
§ 13.1 Общие сведения о системах телемеханики................341
§ 13.2. Передача телемеханических сигналов по каналам связи . . . 342
§ 13.3. Основные узлы систем телеуправления н телесигнализации
ближнего действия............................................347
§ 13.4. Схемы телеуправления и телесигнализации ближнего действия 352
§ 13.5. Основные узлы и схемы систем телеизмерения ближнего
действия.................................................... 356
§ 13.6. Основные элементы и узлы систем телемеханики дальнего
действия.............................................. 359
§ 13.7. Системы телемеханики дальнего действия..............363
Литерат ура.................................................367
Василий Андреевич Андреев
Евгений Васильевич Бондаренко
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА,
АВТОМАТИКА И ТЕЛЕМЕХАНИКА
В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Научный редактор В. А. Семенов. Редактор В. А. Титова. Художник
Е. П. Зайкин. Художественный редактор Н. К. Гуторов. Технический редактор
3. В. Нуждина. Корректор М. М. Малиновская
Т—05799 Сдано в набор 12.XI —74 г. Поди, к печати 25/IV—75 г.
Формат 60Х90'/1б Бумага типогр. № 2 Объем 23,5 печ. л. Усл. п. л. 23,5
Уч.-изд. л. 25,05 Изд. № Стд—169 Тираж 30 000 экз. Цена 1 р. 09 к.
План выпуска литературы издательства
«Высшая школа» для вузов и техникумов иа 1975 г. Позиция № 143.
^Москва, К-51, Неглинная ул., д. 29/14,
Издательство «Высшая школа»
Московская типография № 8 Союзполиграфпрома
при Государственном комитете Совета Министров СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли,
Хохловский пер., 7. Зак. 2008.