книги / Электрооборудование нефтяной и газовой промышленности
..pdfРелейная защита должна удовлетворять следующим усло виям:
действовать селективно, т. е. отключать только поврежден
ный участок с оставлением |
в работе |
исправных, |
лежащих |
|
вне зоны действия данной защиты, частей системы; |
не только' |
|||
быть |
достаточно чувствительной, т. |
е. работать |
||
в случае |
полного нарушения |
нормального режима |
(например,, |
|
металлического к. з.), но и реагировать на отклонения от нор мального режима, переходящие установленные пределы (на пример, при замыканиях через переходное сопротивление);
отключать поврежденный участок с максимальной быстро той (в установленных для нее пределах из условий селектив ности и др.), чтобы уменьшить размеры разрушения поврежден ного оборудования и снизить продолжительность действия ава рийного режима на исправные части системы;
иметь простую и надежную схему, а также аппаратуру, обес печивающие безотказность работы.
Реле защиты подразделяются на основные, непосредственнореагирующие на повреждения, и вспомогательные, работающие при воздействии на них основных реле.
В-качестве основных на рассматриваемых здесь установках применяют главным образом токовые реле, реагирующие на силу тока, реле напряжения, реагирующие на величину напря жения, в сочетании с которыми применяются и реле мощности,, реагирующие на величину и направление мощности. Применяют и специальные реле, такие, как реле частоты, тепловые реле, газовые и др.
К числу вспомогательных относятся: реле времени, исполь зуемое для искусственного замедления действия защиты; проме жуточные реле, передающие действие основных реле на отклю чение выключателей и осуществляющие связь между элемен тами защиты; указательные реле, сигнализирующие действиезащиты.
В чаждом реле имеется воспринимающая часть, реагирую щая на изменение той электрической величины, на которую реле должно реагировать, и исполнительная часть, представляющая собой подвижную систему, выполняющую ту работу, которая возложена на данное реле (например, включение или отключе ние цепи).
У реле прямого действия исполнительная часть воздействуетнепосредственно (механическим путем) на отключающий меха низм выключателя. У реле косвенного действия исполнительная часть замыкает или размыкает цепь источника тока, питающего отключающие катушки.
У первичных электрических реле имеется воспринимающая часть, непосредственно включаемая в защищаемую цепь. Об мотки их громоздки, так как должны быть рассчитаны на рабо чий ток и напряжение защищаемой цепи. Эти реле не обеспе-
9L-
'чивают точной работы и в установках с напряжением выше 1 000 В не применяются.
У вторичных электрических реле воспринимающая часть включается через измерительные трансформаторы. На приме нении этих реле строятся рассматриваемые здесь виды защит.
Для питания вспомогательных реле в схемах защиты, от ключающих катушек выключателей, цепей автоматики, сигна лизации, дистанционного управления — оперативных цепей — пользуются источниками постоянного или переменного тока. В качестве источника постоянного оперативного тока приме няют аккумуляторные батареи с напряжением 110, 220 и 24 В, обеспечивающие питание оперативных цепей с большой надеж ностью независимо от состояния основных цепей переменного тока. Однако применение батарей связано с увеличением затрат н усложнением условий эксплуатации по сравнению с другими источниками.
В качестве источников переменного оперативного тока слу жат трансформаторы тока, трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных нужд. Трансформаторы тока слу жат для питания защит от к. з. и перегрузок, когда возрастают ток и напряжение на зажимах трансформаторов тока; транс форматоры напряжения и собственных нужд — для питания защит от ненормальных режимов, при которых сохраняется близкое к нормальному напряжение. Переменный ток часто применяют для питания отключающей катушки при использова нии для этой цели трансформатора тока (см. рис. 2.37).
Используется выпрямленное напряжение, получаемое от специальных блоков питания: блока напряжения БПН и токо вого блока БПТ. Первый получает питание от трансформатора напряжения или трансформатора собственных нужд и содержит промежуточный трехфазный трансформатор напряжения и трех фазный выпрямительный мост. Токовый блок присоединяется ко вторичной обмотке трансформатора тока, содержит проме жуточный насыщающийся трансформатор с выпрямительным мостом на выходе и феррорезонансный стабилизатор вторич ного напряжения насыщающегося трансформатора. Оба блока имеют номинальное выходное напряжение 110 или 220 В.
Вкачестве источника оперативного тока применяются и конденсаторы, предварительно заряженные от сети переменного тока через выпрямительное устройство, которые могут быть применены для питания защит от всех видов повреждений и ненормальных режимов.
Врассматриваемых установках наиболее широко применя ются максимальные токовые защиты и защиты от замыкания на землю. Для крупных трансформаторов применяют также дифференциальные и газовые защиты, и для крупных двигате лей— дифференциальные защиты и защиты от понижения на пряжения.
сзависимой характеристикой (время действия уменьшается
сувеличением силы тока);
сограниченно-зависимой характеристикой (время действия при небольших токах уменьшается с ростом силы тока, а при больших — не зависит от тока).
Наиболее распространены максимальные токовые защиты с независимой и ограниченно-зависимой характеристиками.
Основным реле косвенного действия защиты с независимой характеристикой является электромагнитное токовое реле «мгновенного» действия. Конструкция современного токового реле РТ-40 показана на рис. 2.30.
Магнитная система реле состоит из стального сердечника 1 и поворотного стального якоря 2, связанного с осью 3, на ко торой помещен подвижный контакт 4, замыкающий неподвиж ные контакты 5 при срабатывании реле.
Противодействующий момент создается пружиной 6, пред варительное натяжение которой изменяется рукояткой 7, чем регулируется уставка тока срабатывания.
Реле имеет две катушки 8 и 9, которые могут включаться последовательно или параллельно. При этом пределы уставки тока срабатывания соответственно изменяются в 2 раза. Мощ ность, потребляемая обмотками реле разной чувствительности на минимальной уставке тока срабатывания, 0,2—8 В-А. Время действия реле 0,03—0,1 с; коэффициент возврата реле не менее 0,8. Мощность размыкания контактов 60 Вт на постоянном токе
и300 В -А при напряжении 220 В и токе до 2 А на переменном токе.
Основным реле косвенного действия защиты с ограниченно зависимой характеристикой является токовое индукционное реле серии РТ-80 (рис. 2.31, а). Оно содержит элементы: индукцион ный с ограниченно-зависимой характеристикой времени дейст вия и электромагнитный, действующий практически мгновенно
иназываемый отсечкой.
Индукционный элемент имеет магнитную систему 1 с рас щепленными на две части полюсами. На одну из частей каждого полюса насаживается короткозамкнутый виток 18, выпол ненный в виде кольца. Между полюсами находится алюминие вый диск 21, укрепленный вместе с червяком 15 на оси, вращаю щейся в подпятниках, расположенных в теле рамки 24, которая может поворачиваться на небольшой угол вокруг своей оси.
Магнитные потоки обеих частей расщепленных полюсов сдвинуты между собой в пространстве и по фазе, в результате чего образуется бегущее поле, увлекающее за собой диск 21.
Алюминиевый диск начинает вращаться при токе в обмотке реле, составляющем 20—30% от тока срабатывания, но реле при этом еще не работает, так как червяк 15 и зубчатый сег мент 14 не имеют зацепления из-за того, что рамка 24 оттянута в крайнее положение пружиной 25. На диск 21 действует сила
94
который момент правый конец якоря 10 притягивается к магнитопроводу, и коромысло 13 замыкает контакты реле 12, лежа щие на изоляционном упоре 11. Пользуясь движком 17, фикси руемым винтом 20, можно изменять начальное положение сегмента 14 и этим изменять уставку выдержки времени индук ционного элемента реле. Под выдержкой времени понимается время от момента достижения током реле значения силы тока срабатывания до замыкания его контактов.
Якорь 10 с коромыслом 13 входит в состав электромагнит ного элемента реле, содержащего также стержень 2, образую щий вместе с якорем магнитопровод электромагнитного эле мента. Короткозамкнутый виток 6 на правом конце якоря слу жит для устранения вибраций. Винт 8 со шкалой 7 и упором 9 служат для регулирования тока срабатывания электромагнит ного элемента.
При больших токах в обмотке реле, достаточных для притя жения якоря 10 к магнитопроводу при большом начальном зазоре, якорь притягивается независимо от действия сегмента 14. Реле срабатывает без выдержки времени.
Индукционный элемент реле воздействует на контакты через электромагнитный элемент, а последний может действовать самостоятельно, «отсекая» часть характеристики при больших токах. Общими для индукционного и электромагнитного эле ментов являются обмотка 5, снабженная ответвлениями с уст ройством 4 регулирования тока срабатывания индукционного элемента с двумя контактными винтами 3.
Реле РТ-81 изготовляют на номинальные токи 5 и 10 А с диапазоном срабатывания индукционного элемента в пределах 40—100% от номинального тока с выдержками времени в неза висимой части характеристики от 0,5 до 4 с. Они имеют один замыкающий контакт, позволяющий включать ток 5 А при 220 В. Цепи должны разрывать контакты других аппаратов, например силовых выключателей напряжения выше 1 000 В. Реле других типов (РТ-82, РТ-83 и др.) отличаются от реле РТ-81 выдержками времени.
Ток срабатывания отсечки может устанавливаться в преде лах от двухдо восьмикратного по отношению к току срабаты вания индукционного элемента.
В состав максимальных токовых защит могут входить вспо могательные реле: времени, промежуточные, указательные.
Реле времени используются для создания необходимой вы держки времени действия защиты при использовании основных реле мгновенного действия. Реле времени защиты часто вы полняют как электромагнитные с созданием выдержки времени за счет применения тормозящего устройства, работающего по принципу часового механизма (рис. 2.32).
При появлении тока в обмотке 1 реле мгновенно втягивается якорь 3, освобождая зубчатый сегмент 10, на который действует
96
растянутая пружина 11, и переключая мгновенные контакты 7 и 8. Сегмент 10 поворачивается, но его движение замедляется часовым механизмом. Последний связан с зубчатым сегментом 10 через зубчатое колесо 13 и фрикционное сцепление 14, с ко торыми помещен на общем валу 25 подвижный контакт 22 с вы держкой времени. Фрикционное сцепление передает через зуб чатые колеса 15, 16, 17 и 18 движение анкерному колесу 19, частота вращения которого ограничивается колебательными движениями анкерной скобы 20. Число последних в единицу
Рис. 2.32. Кинематическая схема реле времени ЭВ-122 |
(132): |
|
|
||||
/ — обмотка; |
2 — магнитопровод; |
3 — якорь; 4 — возвратная |
пружина; 5 — поводок; 6 — |
||||
подвижный |
мгновенный |
контакт; |
7 ,8 — неподвижные мгновенные |
контакты; |
9 — палец; |
||
10 — зубчатый сегмент; |
// — ведущая пружина; 12 — скоба |
для |
изменения |
натяжения |
|||
пружины; 13 — зубчатое |
колесо; |
14 — фрикционное |
сцепление; 15— ведущее зубчатое |
||||
колесо; 16 — шестеренка; |
17, 18 — промежуточные зубчатые |
колеса; |
/5 —анкерное зубча |
||||
тое колесо; |
20 — анкерная скоба; |
21 — грузики; 22, |
23 — контакты; |
24 — шкала; 25 — вал |
|||
времени зависит от момента инерции анкерной скобы, который может изменяться перемещением грузиков 21.
После появления тока в обмотке через некоторое время, за висящее от частоты вращения вала 25 и исходного углового расстояния между подвижным 22 и неподвижным 23 контактами реле, эти контакты замыкаются. Выдержка времени регулиру ется путем перемещения неподвижного контакта 23. Возврат реле в исходное положение после обесточивания его катушки осуще ствляется возвратной пружиной 4. Реле описанного типа вы пускаются в СССР для работы на постоянном (серия ЭВ-100) и на переменном (серия ЭВ-200) напряжении с пределами изме нения выдержки времени от 0,1 до 20 с для различных типов. Мощность размыкания всех контактов реле серии ЭВ-100 100 Вт на постоянном токе до 1 А и напряжении до 220 В, а реле серии ЭВ-200 — 500 В-А на переменном токе до 2,5 А и напряжении до 220 В.
4 Заказ № 2719 |
97 |
Промежуточные реле используют в тех случаях, когда необ ходимо одновременно замыкать или размыкать несколько цепей, которые не могут быть непосредственно связаны друг с другом, а также управлять цепями с большими токами, которые не могут быть отключены контактами основных реле. По способу включения различают промежуточные реле: последовательного включения, катушки которых включаются последовательно с от ключающей катушкой выключателя или катушками других реле; параллельного включения, катушки которых включаются на полное напряжение источника питания.
Промежуточные реле снабжают несколькими контактами, мощность которых должна быть достаточной для замыкания — размыкания цепей защиты или цепей приводов выключателей. Время срабатывания обычных промежуточных реле 0,02—0,1 с, быстродействующих 0,01—0,02 с. Промежуточные реле обычно имеют электромагнитную систему. Существует много типов та ких реле для работы на постоянном и на переменном токе. На рис. 2.23, а показано промежуточное реле РП-210 постоянного тока с поворотным якорем, имеющее четыре контакта с мощ ностью размыкания 50 В*А. Время срабатывания этого реле 0,01 с, потребление мощности катушкой 5—8 Вт.
Указательные реле применяют для фиксации действия за щиты или каких-либо ее элементов. При наличии нескольких видов защиты эти реле сигнализируют о том, какая из защит вызвала отключение, что помогает установить причины аварии. Указательные реле относятся к электромагнитной системе; их вы полняют для последовательного и параллельного включения, причем первые имеют преимущественное распространение. На рис. 2.33, б показано устройство реле РУ-21. При обтекании током катушки 1 притягивается якорь 2, освобождающий фла жок 3, который под действием собственного веса поворачивается на 90° и появляется перед стеклом окошка 4 в кожухе реле. Одновременно замыкаются сигнальные контакты 6. Возврат реле в исходное положение осуществляется вручную при помощи кнопки 5.
Токовые реле прямого действия, встраиваемые в приводы выключателей высокого напряжения, выпускают в двух исполне ниях: мгновенного действия и с выдержкой времени. Последние имеют ограниченно-зависимые характеристики.
Устройство реле мгновенного действия РТМ показано на рис. 2.34, а. Корпус реле (релейная коробка) 1, выполняющий функции магнитопровода, содержит обмотку 3, надетую на изо ляционный каркас 2. Обмотка постоянно обтекается переменным током, и для устранения дребезжания частей реле в верхнем торце подвижного сердечника 4 запрессовано медное кольцо 5. Для направления подвижного сердечника служит латунная обойма 8, закрытая снизу крышкой 10. Ударник с бойком 6 закреплен в сердечнике 4 и проходит через отверстие в контр-
98
полюсе 7. Обмотка реле имеет отводы для регулирования силы отключающего тока, присоединенные к переключателю, поме щенному в коробке 9. При достижении током силы, необходимой для срабатывания, реле поднимает сердечник 4 и боек 6 дейст вует на механизм привода, отключая выключатель без выдержки времени.
Реле с выдержкой времени РТВ устроено аналогично реле РТМ, но его ударник связан с сердечником через пружину и
Рме, &Ж Размещение (&.) и выдержка времени (б) максимальных токовых
защт- <тступенчатой выдержкой времени
при срабатывании реле перемещается с замедлением (рис. 2.34, б). Реле РТМ, встраиваемые в пружинные приводы ПП-61, обес печивают для разных типов этих реле уставки тока отключе ния от 5 до 150 А . Уставки изменяют ступенчато — переклю чением ответвлений обмотки реле, и плавно между ступенями — изменением воздушного зазора в электромагните.
Реле РТВ, встраиваемые в эти приводы, обеспечивают только ступенчатое изменение уставок тока. Переход с зависимой па независимую части характеристики лежит в пределах от 120 да 180% установленного тока отключения у одних типов реле и от т Д© 350% у других типов реле этой серии. Выдержка времени в независимой части характеристики илавно регулиру ется до уставки в 4 с. Реле имеют точность уставки отключаю щего тока по шкале ±10% и отклонение отключающего тока от его среднего значения от 2 до 4%. Отклонение времени сра батывания реле РТВ не более 0,3 с.
Реле прямого действия применяют в тех случаях, когда не требуется точной работы защиты..
Максимальные токовые защиты широко применяют в ради альных сетях с односторонним питанием..
Селективность этих защит шри радиальном питании обычно достигается тем, что по мере перехода от нижележащем! сту пени к вышележащей в сторону источника питания выдержка времени увеличивается.. Например, при коротком замыкании