3

Ф. Ф. Гринчук, А. Г. Сошинов, А. П. Алексеев

4

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАМЫШИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ) ВОЛГОГРАДСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

Ф. Ф. Гринчук, А. Г. Сошинов, А. П. Алексеев

ОРГАНИЗАЦИЯ И ВЫПОЛНЕНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА

ПО РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЕ

Учебное пособие

РКП «Политехник» Волгоград

2003

5

УДК 621.316 925 C69 Рецензенты: Г. Г. Угаров, И. И. Артюхов

Гринчук Ф. Ф., Сошинов А. Г., Алексеев А. П. ОРГАНИЗАЦИЯ И ВЫПОЛНЕНИЕ

ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА ПО РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЕ: Учеб. пособие / ВолгГТУ, Волгоград, 2003. – 55 с.

ISBN 5–230–04096–3 Учебное пособие написано в соответствии с курсом «Релейная защита» для сту-

дентов направления 650900 «Электроэнергетика» по специальности 100400 «Элек-троснабжение».

В состав настоящего учебного пособия входят две части: Часть I. Определение параметров и характеристик, настройка и испытание

элементов релейной защиты и системной автоматики; Часть II. Определение основных параметров, наладка и испытание релейных

защит. Наименование частей раскрывает основное назначение пособия. Каждая лабораторная работа состоит из теоретической части, необходимой

студентам при самостоятельной работе и практической части, где закрепляется и реализуется теоретическая часть.

Ил. 32. Табл. 11. Библиогр.: 6 назв. Печатается по решению редакционно-издательского совета Волгоградского государственного технического университета ISBN 5–230–04096–3 © Волгоградский

государственный технический университет, 2003

6

Федор Федорович Гринчук Анатолий Григорьевич Сошинов Александр Павлович Алексеев

ОРГАНИЗАЦИЯ И ВЫПОЛНЕНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА

ПО РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЕ

Учебное пособие

Редакторы: Л. В. Попова, М. И. Просондеев Темплан 2003., Поз. № .105

Лицензия ИД № 04790 от 18.05.01.

Подписано в печать 05. 12. 2003 г. Формат стандартный 1/8. Бумага потребительская. Гарнитура ”Times“.

Усл. печ. л. 7,0. Усл. авт. л. 6,5.Тираж 100 экз. Заказ

Волгоградский государственный технический университет.

400131 Волгоград, просп. им. В. И. Ленина, 28.

РПК «Политехник» Волгоградского государственного технического университета

400131 Волгоград, ул. Советская, 35.

Отпечатано в муниципальном унитарном предприятии ”Камышинская типография“

Лицензия ИД № 05440 от 20 июля 2001 г. 403882, Волгоградская обл., г. Камышин, ул. Красная, 14.

7

ДЛЯ ЗАМЕТОК

8

ВВЕДЕНИЕ Учебное пособие написано в соответствии с учебной программой по дисци-

плине «Релейная защита и автоматизация систем электроснабжения» для под-готовки дипломированных специалистов направления 650900 «Электроэнерге-тика» специальности 100400 «Электроснабжение промышленных предпри-ятий». Учебное пособие может использоваться для подготовки специалистов СПО по дисциплине «Электрические станции и подстанции», где раздел «Ре-лейная защита» является составной частью дисциплины, а также по дисциплине «Релейная защита» для специальности 1004 «Электроснабжение промышлен-ных предприятий».

Основное назначение учебного пособия определяется из наименования его составных частей:

Часть I. Настройка, испытание и определение параметров и характеристик элементов релейной защиты и системной автоматики (электромагнитных реле тока и напряжения, индукционных реле тока, трансформаторов тока);

Часть II. Определение основных параметров, наладка и испытание релей-ных защит (МТЗ на постоянном оперативном токе, МТЗ на переменном опера-тивном токе, продольная дифференциальная защита, направленная защита на переменном оперативном токе).

Каждая лабораторная работа включает в себя развернутую теоретическую часть, необходимую студентам для выполнения ее практической части, что за-крепляет и реализует теоретические сведения. Кроме того, теоретическая часть может быть использована для проведения практических занятий.

Выполнение лабораторных работ содействует углубленному изучению сту-дентами соответствующего предмета, подкреплению теоретических положений на практике, привитию практических навыков по сборке электрических схем для проверки и настройки реле, испытанию схем релейной защиты, использо-ванию электроизмерительных приборов и проведению опытов, а также приви-тию навыков по оформлению технической документации в соответствии с тре-бованиями ГОСТ и ЕСКД.

Для достижения поставленных целей, повышения эффективности выполнения лабораторных работ и активного участия в них каждый студент должен заранее подготовиться к очередной работе. Подготовка к работе складывается из освоения теоретического материала, относящегося к работе, изучения цели, задач и содер-жания лабораторной работы. Результаты подготовки отражаются студентом в за-ранее полученном бланке (отчет по лабораторной работе), куда записываются: пе-речень необходимых измерительных приборов и аппаратуры, план выполнения лабораторной работы, расчетные формулы, зарисовываются электрические схемы и таблицы для записи опытных и расчетных данных. Все записи и рисунки в бланке отчета, как при подготовке к работе, так и в процессе ее выполнения, должны вестись аккуратно с выполнением действующих ГОСТ и ЕСКД.

Проверить свою готовность в теоретическом отношении можно по кон-трольным вопросам, которые предлагаются в конце каждой лабораторной работы.

9

Лабораторные работы выполняются по графику звеньями, состав которых определяет преподаватель. В каждой бригаде один из студентов назначается старшим. Он отвечает за выполнение звеном лабораторных работ, бережное от-ношение к оборудованию рабочего места и сохранению его в исправном со-стоянии. В обязанности старшего входит: руководство звеном при выполнении лабораторных работ, распределение обязанностей между его членами, наблю-дение за выполнением мер электробезопасности, поддержание порядка на ра-бочем месте, получение недостающих и замена неисправных проводников, приборов и аппаратуры, представление преподавателю результатов работы. По окончании работы старший звена обязан организовать наведение порядка на рабочем месте и сдать рабочее место лаборанту. Требование старшего обяза-тельно для всех членов звена.

В начале лабораторной работы преподаватель путем опроса или другого ви-да контроля и ознакомления с записями в рабочей тетради и в бланке отчета проверяет подготовленность каждого студента.

Студенты, неподготовленные к занятию, к выполнению лабораторной работы не допускаются

Весь комплекс лабораторных работ выполняется в лаборатории электриче-ских подстанций и релейной защиты на специально оборудованных рабочих местах. Питание электрических схем может быть осуществлено от двух различ-ных схем источников питания:

от источника трехфазного переменного тока с частотой равной 50 Гц и на-пряжением 380/220 В;

от источника постоянного тока напряжением 24 В. Сборку электрической цепи производит один из членов звена. Другие выби-

рают параметры контрольно-измерительных приборов (измеряемую величину, род тока, пределы измерения) проверяют собранную цепь. Последующие элек-трические схемы собирают другие члены звена. Готовую схему старший звена должен предъявить преподавателю или лаборанту и получить разрешение на ее включение. Включение схемы под напряжение без разрешения преподавателя или лаборанта ЗАПРЕЩАЕТСЯ.

При включении схемы необходимо следить за стрелками измерительных приборов. Если стрелки приборов устанавливаются за верхним пределом шка-лы («зашкаливают»), то схему необходимо быстро отключить от источника пи-тания и выяснить причину зашкаливания. По окончании очередного опыта сту-денты производят необходимые вычисления, анализируют полученные резуль-таты и предъявляют их преподавателю, который при удовлетворительном вы-полнении опыта дает разрешение на разборку схемы. По окончании работы студенты обязаны привести в порядок свои рабочие места, аккуратно сложив оборудование и соединительные проводники. В конце занятия порядок на ра-бочих местах проверяет лаборант.

По результатам выполненной лабораторной работы каждый студент само-стоятельно должен составить отчет. Одним из основных и важных пунктов

10

оформления отчета является вывод по выполненной лабораторной работе, ко-торый производится на основании полученных результатов и подкрепляется числовыми значениями, полученными в ходе работы (снятыми по показаниям приборов или вычисленными). Отчет по предыдущей работе сдается препода-вателю на следующем занятии. Небрежно оформленные отчеты не при-нимаются.

Студент, отсутствующий на лабораторной работе по болезни и другим ува-жительным причинам или не допущенный к ней из-за неподготовленности, вы-полняет ее во внеурочное время.

После окончания цикла лабораторных работ каждым студентом произво-дится защита отчетов по выполненным работам. Форма зачета и порядок ее проведения определяются преподавателем.

Студенты, проявившие старание при выполнении работ, показавшие при этом твердые теоретические знания и практические навыки, аккуратно, без ошибок оформившие отчет, от защиты могут быть освобождены.

11

ЧАСТЬ I ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК, НАСТРОЙКА

И ИСПЫТАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И СИСТЕМНОЙ АВТОМАТИКИ

1. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 ИСПЫТАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ

РЕЛЕ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ 1.1. ПОДГОТОВКА К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

1.1.1. ЦЕЛЬ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ Ознакомиться с устройствами реле, изучить методику испытаний и приоб-

рести практические навыки по настройке реле. 1.1.2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА

Принцип действия электромагнитных реле основан на взаимодействии маг-нитного поля обмотки по которой проходит ток, с подвижным стальным якорем. В реле РТ-40 и РН-50 используется электромагнитная система с поперечным движением якоря. Вращающий момент, воздействующий на ось якоря:

Мвр = К2

22

δ

WI ,

где: К – коэффициент пропорциональности; I – ток в обмотке реле; W – число витков в обмотке; δ – расстояние от якоря до сердечника (воздушный зазор).

Для уменьшения изменения длины воздушного зазора по мере перемещения якоря при срабатывании реле, якорь имеет г-образный профиль. Противодейст-вующий момент создается возвратной пружиной, которая закручивается при притяжении якоря к сердечнику. Для срабатывания реле, т. е. для притяжения якоря к сердечнику необходимо, чтобы вращающий момент реле был больше суммарного значения моментов противодействующей пружины и трения на всем пути движения якоря:

Мвр > Мп+Мт. Условие, соответствующее началу срабатывания реле, определяется равенством:

Мвр = Мп+Мт. Наименьший ток, при котором будет выполняться данное условие

и, следовательно, срабатывать реле, называется током срабатывания реле Iср .

Возвращение якоря в начальное положение выполняется при условии: Мвр ≤ Мп – Мт.

Снизить момент реле можно только за счет уменьшения тока в обмотке реле. Следовательно, величина тока, при котором подвижный якорь максимального реле возвращается в исходное положение, меньше величины тока срабатывания.

Наибольший ток, при котором подвижный якорь реле возвращается в исходное положение, называется током возврата Iв. Отношение

Кв = Iв/Iср получило название коэффициента возврата реле

12

Коэффициент возврата у максимальных реле меньше единицы и составляет: Кв = 0,85–0,95, у минимальных – больше единицы и составляет: Кв = 1,15–1,18.

Контакты реле должны четко работать на замыкание и размыкание цепи в схеме защиты и автоматики, обеспечивая надежность цепи и отсутствие дуги ме-жду подвижным мостиком и неподвижными контактами. У реле РТ-40 и РН-50, обмотки которых включаются непосредственно в цепь переменного тока, элек-тромагнитная сила притяжения Fэл якоря имеет по величине переменный харак-тер, в то время как противодействующая сила пружины Fп является величиной постоянной (рис. 1). Из рис. 1 видно, что в течение одного периода якорь стре-

мится два раза притянуться и два раза отпасть (100 колебаний в се-кунду). В качестве устройств, пре-дотвращающих или снижающих ко-лебания контактной системы, ис-пользуются различные механические демпферы или выпрямители пере-менного тока. Так, в реле РТ-40 при-менено механическое демпферное устройство (гаситель механических колебаний), состоящее из пластмас-сового барабанчика с алюминиевой крышкой. Барабанчик разделен на шесть секций, каждая их которых за-полнена чистым просеянным кварце-вым песком. Действие этого устрой-ства основано на поглощении энер-гии колебаний, которая переходит в работу трения песчинок. У реле РН исполнительные органы которых

включаются в цепь через промежуточные насыщающиеся трансформаторы, для предотвращения вибрации применяется выпрямительная схема. Принципиальная схема реле РН-50 с двухполупериодной мостовой схемой вы-прямления приведена на рис. 2.

Основное принципиальное от-личие реле напряжения от токовых реле заключается в выполнении обмоток, которые у реле напряже-ния включаются не последова-тельно (как в реле РТ), а на ме-ждуфазное или фазное напряжение сети (параллельное включение).

Чтобы подключение обмоток реле напряжения не влияло на величину подведенного напряжения Uр, сопротивление обмотки должно быть значительно больше общего сопротивления сети, в которое реле включается. Поэтому обмотка реле напряжения имеет большое число витков из провода значи-

Рис. 1. Кривые изменения магнитного потока, силы притяжения якоря

и противодействующего усилия пружины

Рис. 2. Принципиальная схема выполнения реле РН-50

13

тельно меньшего диаметра (сечения) по сравнению с обмотками токовых реле. Ве-личина тока в обмотке реле зависит от напряжения Uр и сопротивления обмотки Zр:

Iр=р

р

ZU ,

где: Zр – полное сопротивление обмотки реле, состоящее из индуктивной части Хр и активной части Rр.

При подведении переменного напряжения, в полном сопротивлении ка-тушки Zр c большим числом витков, преобладает индуктивное сопротивление Хр. Если бы у реле напряжения цепь обмотки состояла только из многовитковых ка-тушек, то его поведение в условиях срабатывания характеризовалось бы сле-дующим: в момент срабатывания из-за уменьшения воздушного зазора δ и соот-ветствующего уменьшения магнитного сопротивления реле увеличилось бы ин-дуктивное сопротивление обмотки Хр. Это привело бы к снижению тока Iр при неизменном напряжении и, как следствие, к уменьшению Мвр. В результате при втягивании якоря не получилось бы достаточного для надежного замыкания кон-тактов избыточного момента. Поэтому для получения необходимого из-быточного момента в реле напряжения последовательно с обмоткой включается добавочное активное сопротивление RД, величина которого в несколько раз больше сопротивления обмотки. При этом изменении, индуктивное сопро-тивление уже не оказывает заметного влияния на Iр в момент срабатывания или возврата реле. Кроме того, RД исключает влияние на уставку реле изменений температуры обмотки и частоты сети fc.

Шкалы электромагнитных реле, кроме величин уставок, содержат обозна-чения типов реле. Число, находящееся под дробью в обозначении типа реле, указывает на максимально возможный ток срабатывания при параллельно-со-единенных катушках реле РТ-40 (рис.3,а). Максимально возможное напряжение

срабатывания для реле РН-50 (рис. 3, б) можно определить по числу у правой крайней отметки на шкале установок. Шкала реле РТ-40 про-градуирована при после-довательном соединении катушек. Шкала РН-50 проградуирована при включении в цепь кату-шек (соединенных меж-ду собой последователь-

но) только одного добавочного сопротивления (при подаче напряжения на зажи-мы 8, 12) (см. рис. 3, а). Для того, чтобы получить шкалу уставок, увеличенную вдвое, необходимо установить перемычки на зажимах РТ-40 так, как это указано на рис. 3, а, а для реле РН-50 необходимо напряжение подвести к зажимам 6, 12 (см. рис. 3, б).

а) РТ-40 б) РН-50 Рис. 3, а, б. Схемы внутренних соединений реле

РТ-40 и РН-50. Вид спереди

14

1.2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1.2.1. ПРОГРАММА РАБОТЫ 1. Ознакомиться с устройством реле РТ-40, РН-50. 2. Провести осмотр реле и проверить его механическую часть. 3. Проверить шкалу уставок тока срабатывания. 4. Проверить коэффициент возврата реле. 5. Определить собственное время срабатывания реле.

1.2.2. ОСМОТР РЕЛЕ И ПРОВЕРКА МЕХАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ 1. Все детали тщательно очищают от грязи и пыли с помощью жестких ще-

точек и мягкой чистой ткани. Проверяют надежность затяжки винтов и гаек, крепящих проводники, спиральную пружину, контактный мостик, неподвиж-ные контакты, подпятники. Тщательно осматривают все пайки, проверяют их надежность. Обязательно проверяют так же надежность контактов между про-водниками внутреннего монтажа и проходными втулками. Если шпильки для заднего присоединения (или винты, крепящие пластины переднего присоедине-ния) ввернуты слишком глубоко, то винты, крепящие проводники с внутренней стороны реле могут упираться в торцы этих шпилек и винтов. При этом надеж-ного контакта между внутренними проводниками и наружным контактом не будет, хотя винты с внутренней стороны цоколя подтяжке уже не поддаются. Установку шпи

2. лек производят на снятом с панели реле в такой последовательности: с внутренней стороны цоколя под винты устанавливают кольца или нако-

нечники проводников внутреннего монтажа с необходимыми пружинящими шайбами;

винты до предела ввинчивают в проходные втулки цоколя; затем с наружной стороны цоколя до упора ввинчивают шпильки с ослаб-

ленными контргайками; делают полтора, два оборота назад; в этом положении закрепляют шпильки контргайками.

3. Проверяют надежность крепления упоров в стойке. Для определения на-дежной фиксации левого упора запоминают положение шлица, после чего мед-ленно вращая винт сначала по часовой стрелке на 1–2 оборота, а затем против часовой стрелки определяют достаточность трения, с которым упор повора-чивается в резьбе. После такой проверки упор устанавливают в прежнее положе-ние. В случае свободного вращения в резьбе (без трения) упор вывертывают и снимают бронзовую пружинящую пластинку. Придав необходимый изгиб брон-зовой пластинке и прижав ее к основанию так, чтобы она прогнулась, вверты-вают упор. Правильную установку левого упора определяют по току срабатыва-ния на конечной уставке реле при электрической проверке. При проверке фикса-ции правого упора подтяжку контргайки производят одновременно с придержи-ванием упора отверткой.

4. Проверяют осевой люфт подвижной системы, который должен находиться в пределах 0,2–0,3 мм. Якорь должен поворачиваться на верхней полуоси без значительного трения. Если необходимо подрегулировать продольный люфт, ос-лабляют винт, крепящий верхнюю полуось, и аккуратно пинцетом либо подни-

15

мают ее (и тогда люфт увеличивается), либо опускают (тогда люфт уменьша-ется). При опускании верхней полуоси следят за зазором между стойкой и п-об-разной скобой. Этот зазор не должен быть меньше 1 мм. Поперечный люфт под-вижной системы не регулируется и составляет 0,10–0,15 мм.

5. Проверяют наличие равномерного зазора между плоскостью полки якоря и полюсов магнитопровода. При втянутом якоре зазор должен находиться в преде-лах 0,6–0,7 мм. Равномерность зазора определяют положением магнитопровода и правильным изгибом полки якоря.

6. Проверяют состояние спиральной пружины. Пружина не должна иметь следов окисления, плоскость пружины должна быть параллельна плоскости стойки, между витками должен сохраняться равномерный зазор при изменении уставки от начальной до конечной. Параллельность плоскостей пружины и стой-ки достигается правильной припайкой внешнего конца пружины к хвостовику якоря, а равномерность зазора между витками – изгибом внешнего конца пружи-ны у места его крепления к хвостовику. Регулировку пружины следует выпол-нять осторожно с помощью пинцета. Проверяют надежность затяжки гайки, обеспечивающей необходимое трение при перемещении указателя по шкале.

7. Производят осмотр и подрегулировку контактов. Неподвижные контакты должны быть закреплены в контактной колодочке таким образом, чтобы брон-зовая контактная пластинка с наваренной серебряной полоской касалась перед-него упора. Передний жесткий упор, ограничивающий вибрацию неподвижного контакта, не должен создавать предварительного натяжения контактной пла-стинки. При разомкнутых контактах, когда подвижной мостик не создает давле-ния на неподвижные контакты, контактные пластины должны касаться передних упоров без давления. Отсутствие давления проверяют незначительным отводом (на 1–2 мм) переднего упора от контактной пластинки, которая при этом долж-на оставаться неподвижной. Если контактная пластина оказывает давление на упор, ее исправляют, изгибая в месте обжима всего контактного узла. Зазор между контактной пластинкой и задним, гибким упором должен составлять 0,2–0,3 мм, неподвижные контакты должны лежать в одной плоскости. Если на серебряных полосках неподвижных контактов обнаруживают незначительный налет окисла, подгары или выбоины, эти полоски чистят плоской деревянной чуркой нехвойных пород, придерживая контактную пластинку с тыльной сто-роны лезвием часовой отвертки. Подгоревшие и имеющие выбоины контакты зачищают и полируют воронилом. Воронило представляет собой стальную пла-стинку со слаборифленой, почти гладкой, поверхностью. Пользоваться для чи-стки контактов надфилями нельзя, так как они оставляют на поверхности се-ребряных полосок глубокие царапины. Промывка контактов бензином, ацето-ном и другими составами недопустима, поскольку от них образуется плохо проводящий налет (промывать контакты следует спиртом).

Пластмассовая контактная колодочка должна быть установлена так, чтобы зазор в замыкающих контактах составлял 1,8–2,0 мм, а прогиб в размыкающих контактах был не менее 0,5 мм на начальной уставке шкалы. Расстояние между замыкающими контактами, совместный ход которых определяется упорами на-чального и конечного положения якоря и положением неподвижных контактов.

16

Для обеспечения надежной работы замыкающих контактов их совместный ход должен быть менее 1,8–2,0 мм. Недопустимо одновременное замыкание размыкающих и замыкающих контактов при втягивании якоря. Во избежание заскакивания подвижного контактного мостика за серебряные полоски кон-тактной пластинки, скольжение подвижного контакта должно происходить лишь в пределах центральной части и так, чтобы от ее начала и конца остава-лось расстояние не менее 1 мм. Достигается это смещением неподвижных кон-тактов в пазах контактной колодки.

Поверхность серебряного мостика подвижного контакта зачищают и поли-руют воронилом. Серебряный мостик должен свободно поворачиваться на сво-ей оси на угол 5–8○. Осевой люфт мостика должен находиться в пределах 0,10–0,15 мм. Если нет осевого люфта, то при токах, незначительно превышающих ток срабатывания, и разной упругости пружин неподвижных контактов мостик может остановиться, коснувшись только одной пружины неподвижного кон-такта. Замыкание цепи на контактах реле при этом не произойдет.

8. Проверяют угол поворота якоря, который должен быть таким, чтобы полка якоря заходила под полюса магнитопровода на 2/3 их ширины для реле РН-50 и до начала пластины, стягивающей сердечник ─ для реле РТ-40.

1.2.3. ПРОВЕРКА И НАСТРОЙКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК РЕЛЕ 1.2.3.1. Проверка и регулировка тока (напряжения) срабатывания и возврата (проверка шкалы уставок)

Для проверки шкалы уставок собирают схему по рис. 4 для реле РТ-40, по рис. 5 – для реле РН-50.

Рис. 4. Схема испытания токового реле

Рис. 5. Схема испытания реле напряжения

17

1.2.3.2. Порядок проверки токового реле КА: установить одну из крайних уставок реле; установить ЛАТР в нулевое положение, реостат в положение наибольшего

сопротивления, включить автомат QF; с помощью ЛАТРа Т1 и реостата R плавно увеличивать ток в реле до тех

пор, пока последнее не срабатывает и не замкнет свои контакты. Замыкание контактов реле фиксируют загоранием сигнальной лампы;

Наименьший для максимальных реле ток, при котором реле срабатывает, и будет током срабатывания Iср при данной уставке

после того как реле сработает, реостатом плавно уменьшают ток до тех пор, пока подвижная система не вернется в исходное положение (погасание лампы).

Наибольший ток для максимальных реле и наименьший ток для минимальных реле, при котором реле возвращается в

исходное положение, будет током возврата Iв Ток срабатывания и возврата определяют как среднее арифметическое по

данным трех замеров. Если токи срабатывания отличаются от уставок более чем на ±5 % (абсолютная погрешность), то производят соответствующую регу-лировку. При несовпадении тока срабатывания с уставкой на конечном поло-жении указателя осуществляют регулировку положения якоря. При Iср>Iу необ-ходимо ввести якорь под полюса (ввернуть левый упор на 1–2 оборота), при Iср<Iу – вывести якорь из-под полюсов (вывернуть левый упор на 1–2 оборота). В том случае, когда ток срабатывания не совпадает с уставкой на начальном положении указателя, производят регулировку затяжки спиральной пружины или изменяют положение правых пружин неподвижных контактов. Если при начальном положении указателя ток срабатывания больше уставки, то пружины следует ослабить, если меньше – затянуть:

после регулировки реле на начальном и конечном положениях указа-теля проверяют величины срабатывания и возврата на промежуточных ус-тавках шкалы;

результаты испытаний и регулировок заносят в табл. 1. Для начального и конечного положения указателя данные записывают до регулировки и после нее.

Таблица 1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ТОКОВОЙ ПОГРЕШНОСТИ РЕЛЕ

Iу, А Iср, А Iв, А Кв Iср.средн ΔI % Примечание

ΔI % = среднср

среднсру

III

.

.− ×100%

Регулировку коэффициента возврата Кв осуществляют главным образом путем изменения начального и конечного положения якоря. Для повышения Кв воз-душный зазор в конечном положении якоря необходимо увеличить, для сниже-ния – уменьшить. При увеличении воздушного зазора в начальном положении якоря Кв уменьшается, при уменьшении зазора – увеличивается. Порядок про-верки реле напряжения аналогичен. Коэффициенты возврата должны нахо-диться в пределах: у реле РТ-40 – Кв = 0,85–0,92, у минимального реле напря-жения РН-50 – Кв = 1,18–1,12.

18

1.2.3.3. Определение собственного времени срабатывания Собственное время срабатывания реле определяют из опыта на одной из ус-

тавок по двум значениям тока в реле: Iр = Iу и Iр = 4Iу (рис. 6). При отклю-ченном рубильнике Q включают автомат QF и автотрансформатором T1 устанавливают требуе-мые значения тока в ре-ле. Затем отключают ав-томат QF и включают рубильник Q. После-дующее включение ав-томата QF приводит в действие электрический секундомер и реле. При

срабатывании реле его контакты замыкаются и шунтируют якорь электромаг-нита секундомера, вследствие чего он останавливается. Показание секундомера дает собственное время срабатывания реле.

1.3. ПЕРЕЧЕНЬ ПРИБОРОВ И АППАРАТУРЫ 1. Реле серии РТ-40 и РН-50; 2. Амперметр переменного тока на 10А; 3. Трансформатор типа ОСО-0,25; 4. ЛАТР; 5. Реостат на 7А, 100 Ом; 6. Электросекундомер; 7. Рубильник.

1.4. ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА Отчет должен содержать: 1. Электрические схемы испытаний. 2. Паспортные данные испытуемых реле электроизмерительной и другой

аппаратуры. 3. Таблицы с результатами опыта по проверке шкалы уставок реле. 4. Выводы и заключения по работе.

1.5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Что такое реле прямого и косвенного действия? 2. Что такое коэффициент возврата? 3. Почему у реле типа РТ-40 при параллельном соединении секций обмотки,

ток срабатывания увеличивается в 2 раза? 4. Причины появления вибрации контактов электромагнитных реле пермен-

ного тока. Способы уменьшения величины вибраций, примененных для реле РТ-40 и РН-50.

5. В каких пределах можно изменить ток срабатывания реле РТ-40, изменяя натяжение противодействующей пружины?

Рис. 6. Схема для определения собственного времени срабатывания токового реле

19

2. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 ИСПЫТАНИЕ ИНДУКЦИОННЫХ РЕЛЕ ТОКА

2.1. ПОДГОТОВКА К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ 2.1.1. ЦЕЛЬ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Ознакомиться с устройством реле, изучить методику испытания и приобре-сти навыки по настройке реле.

2.1.2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА Реле серии РТ-80 и РТ-90 предназначаются для селективной защиты распре-

делительных электрических сетей напряжением 3–10кВ понижающих транс-форматоров и электродвигателей напряжением выше 1000В от перегрузок и ко-ротких замыканий. По принципу действия реле является комбинированным и состоит из двух элементов:

а) индукционного, создающего ограниченно зависимую от тока выдержку времени;

б) электромагнитного, мгновенного действия (отсечка), обеспечивающего отключение защищаемого объекта без выдержки времени при токе, превы-шающем величину уставки отсечки. Совместная работа обоих элементов позволяет получить ограничено-зависи-мую характеристику, показанную на рис. 7. При прохождении тока по обмотке

реле в зазоре между полюсами создаются магнитные потоки ФI и ФII, сдвинутые в пространстве и по фазе на некоторый угол ψ. Эти потоки пронизывают диск и соз-дают вращающий момент:

Мвр = к1 ФI ФII sinψ или Мвр = к2 I,2

где: к1 и к2 – коэффициенты про-порциональности. При значительном увеличении то-ка происходит насыщение магни-

топровода и прямая пропорциональность между потоками и током в обмотке на-рушается: при дальнейшем увеличении тока поток перестает увеличиваться. Вследствие этого вращающий момент, а значит, и частота вращения диска пере-стают возрастать, и характеристика приобретает ограниченно зависимый характер (см. рис. 7). Характеристика переходит в независимую часть у реле РТ-80 при восьми–десятикратной величине тока по отношению к току уставки, а у реле РТ-90 – при трех–четырехкратной. Время срабатывания индукционного эле-мента реле зависит как от частоты вращения диска (а значит, от тока), так и от хода (расстояния) подвижного сегмента от начального положения до контакт-ного мостика. Первоначальное положение сегмента устанавливается регулиро-вочным винтом выдержки времени. С помощью этого устройства можно на-страивать реле на различные характеристики (рис. 8).

Рис. 7. Характеристика РТ-80

20

Уставки, обозначенные на шка-ле, соответствуют времени сра-батывания реле при токе, рав-ном 10 Iу, т. е. практически при работе в независимой части ха-рактеристики. При токах, пре-вышающих ток срабатывания электромагнитного элемента, реле работает с отсечкой, т. е. без выдержки времени (пренеб-регая собственным временем срабатывания реле). Регулиро-вание тока срабатывания ин-

дукционного элемента реле осуществляется ступенчатым изменением числа вит-ков обмотки. Ответвления от обмотки выведены к гнездам штепсельного мостика. Для регулирования тока срабатывания электромагнитного элемента служит фа-сонный винт с укрепленной на нем шкалой, проградуированной в кратностях к току уставки индукционного элемента. При вращении регулировочного винта из-меняется воздушный зазор между якорем и магнитопроводом, благодаря чему ме-няются ампервитки срабатывания электромагнитного элемента.

Реле РТ-81, РТ-82, РТ-91 выполняются с одним главным замыкающим кон-тактом. Реле РТ-83, РТ-84 выпускаются с главным замыкающим контактом, срабатывающим только от электромагнитного элемента и сигнальным замы-кающим контактом, действующим от индукционного элемента. У этих реле зубчатый сектор не связан с коромыслом якоря отсечки.

Реле РТ-85, РТ-95 обладают усиленными главными и размыкающими кон-тактами, имеющими общую точку. Кинематически эти контакты выполнены мостовыми, т. е. сначала замыкается одна цепь, затем размыкается другая. Главный контакт может быть приведен в действие, как от электромагнитного, так и от индукционного элемента.

Реле РТ-86 выпускается с такими же усиленными главными контактами, действующими только от электромагнитного элемента, и с сигнальным замы-кающим контактом, действующим от индукционного элемента.

Замыкающий контакт реле РТ-81…84 и РТ-91 способен включить при за-мыкании постоянный или переменный ток 5 А при напряжении 250 В. Размыка-ние цепи должно осуществляться другими контактами, например, блок-контактами на валу выключателя. Размыкающие контакты тех же реле могут раз-рывать переменный ток 2 А и постоянный ток 0,5 А при напряжении до 250 В. Если управляемая цепь питается от трансформатора тока, то контакты реле способны шунтировать и дешунтировать эту цепь при токе до 50 А.

Главные контакты РТ-85, РТ-86, РТ-95 могут шунтировать и дешунтиро-вать управляемую цепь при токах до 150 А.

Достоинством индукционных токовых реле является возможность с помо-щью одного реле выполнять быстродействующую токовую защиту (отсечку) и

Рис. 8. Характеристики реле РТ-81/1, РТ-83/1 и РТ-85/1

21

защиту с выдержкой времени (селективную максимальную защиту). Кроме то-го, при наличии в реле усиленной контактной системы и блинкерного уст-ройства в схемах защит с индукционными реле нет необходимости применять промежуточные и указательные реле.

К недостаткам индукционных реле относится их сложность, значительная потребляемая мощность, повышенная чувствительность к вибрации, тряске и толчкам, ввиду чего их следует устанавливать на резиновых амортизаторах. Конструктивным дефектом реле является недостаточная жесткость цоколя, из-за которой во время монтажа реле на панели при затяжке установочных винтов происходит деформация цоколя. В ряде случаев это приводит к нарушению за-цепления или к заклиниванию диска при работе реле.

2.2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ 2.2.1. ПРОГРАММА РАБОТЫ

1. Ознакомиться с устройством реле. 2. Произвести осмотр реле и проверить его механическую часть. 3. Проверить шкалу уставок тока. 4. Определить коэффициент возврата реле. 5. Снять характеристику реле tср = (Iр/Iу) и сравнить ее с паспортной. 6. Определить собственное время срабатывания реле при токовой отсечке.

2.2.2. ОСМОТР РЕЛЕ И ПРОВЕРКА МЕХАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ После снятия с реле кожуха необходимо убедиться в соблюдении следую-

щих заводских норм и допусков при сборке реле: 1. Величина зазоров между диском и полюсами электромагнита и постоян-

ного магнита должна быть не менее 0,3 мм с каждой стороны. Диск реле не дол-жен касаться полюсов электромагнита и постоянного магнита в нормальном и перевернутом на 180○ положении реле. При повороте на полный оборот диск ви-зуально не должен «бить», поверхность полюсов должна быть ровной и чистой.

2. Свободный ход рамки и диска в подпятниках в вертикальном направле-нии не должен превышать 0,5 мм у рамки и 0,3 мм у диска.

3. Якорь реле отсечки должен свободно, без значительного трения и перекоса по-ворачиваться на своей оси и иметь свободный ход на осевом направлении 0,1–0,2 мм.

4. Правый конец якоря, несущий короткозамкнутый виток, при срабатыва-нии должен прилегать к магнитопроводу всей плоскостью.

5. Зубчатый сектор должен свободно вращаться вокруг своей оси, имея сво-бодный ход в осевом направлении не более 0,5 мм. При повороте рамки от руки сектор должен приходить в зацепление с червяком при любом (в приделах шка-лы установок времени) положении поводка устройства регулировки времени. Нормальная глубина зацепления должна быть не менее 1/3 глубины нарезки, зацепление должно происходить радиально относительно оси червяка. Допус-тим лишь весьма незначительный выход зубчатого сектора вперед, ближе к тыльной стороне шкалы реле. Наличие свободного хода сектора, введенного в сцепление с червячной передачей, легко обнаруживают по характерному посту-киванию зубцов о нитки ее резьбы при покачивании сектора рукой. При этом

22

диск осторожно прижимают к нижнему подпятнику, чтобы он оставался непод-вижным. Окончательную проверку, в случае необходимости регулировку заце-пления, производят под током при электрической проверке реле.

6. В воздушном зазоре между диском и постоянным магнитом не должно быть соринок, осыпавшейся с магнита краски и заусенцев. При обнаружении металлических заусенцев их следует удалить расплющенной до толщины 0,15–0,20 мм стальной проволочкой.

7. Крепящие гайки и винты должны быть затянуты до отказа. Регулиро-вочные винты всех регулирующих устройств (шкала времени, шкала отсечки, пружина возврата) не должны провёртываться. Штекеры на контактном мости-ке уставок по току индукционного элемента должны без заедания и провёрты-вания завинчиваться до конца во всех гнездах мостика и плотно прилегать к нему торцовой контактной плоскостью.

Проверка затяжки винтов во избежание порчи головок производится от-вертками, соответствующими по размерам номеру резьбы винтов. Гайки подпятников и регулировочных винтов затягиваются специальными гаеч-ными ключами.

8. Осмотр подпятников осуществляется при обнаружении во время электри-ческой проверки завышенного значения тока в начале вращения диска (более 30 % тока уставки), или вялого, замедленного возврата рамки при снижении то-ка в реле до величины тока возврата. В первом случае осмотру подлежат под-пятники диска, во втором – подпятники и шарик рамки. У реле новых серий РТ-80 и РТ-90 микроподшипник, а у реле старой серии ИТ-80 шарики находятся в нижних подпятниковых винтах диска. Для их осмотра необходимо, ослабить крепящую гайку, вывернуть подпятниковый винт из рамки. Подпятники сле-дует промыть в чистом (желательно авиационном) бензине, тщательно проте-реть, а затем осмотреть через лупу с пяти–шестикратным увеличением.

Рабочие поверхности цапф должны иметь геометрически правильную форму (цилиндрическую у верхних подпятников и плоскую у нижних), без выбоин, ямок и царапин. При обнаружении царапин или выбоин либо заменя-ют подшипник, либо отполировывают его цапфу на станке воронилом или специальным точильным бруском высокой твердости. Шарик должен быть строго сферической формы. Для осмотра шарика в оси диска следует, сняв шкалу реле, вывернуть оба подпятника и осторожно, не задевая диском полю-сов электромагнита и постоянного магнита, вынуть диск. На некоторых реле шарики как в подпятнике, так и в подвижной рамке сидят свободно, и их мож-но вынуть, слегка постучав по тыльной стороне подпятника или рамки. Для смены туго посаженного шарика рамки или подпятника реле отправляют в ла-бораторию местной или центральной службы релейной защиты. Для осмотра шарика, сидящего в гнезде рамки, следует, перевернув реле контактами вниз, вывернуть подпятник, а затем, плотно прикрыв ладонью руки отверстие в кронштейне для подпятника, осторожно вернуть реле в нормальное положе-ние. Если шарик посажен свободно, он выпадает из гнезда и через отверстие подпятника упадет на ладонь.

23

9. Зазор между замыкающими (размыкающими) контактами реле РТ-81 (ИТ-81), РТ-82 (ИТ-82), РТ-83, РТ-84 и РТ-91 должен быть не меньше 2 мм.

Зазор между контактами реле РТ-85 (ИТ-85), РТ-86 (ИТ-86) и РТ-95 должен составлять: для главных замыкающих контактов – 1,5 мм, для главных размыкающих контактов (после срабатывания реле) – не менее 2 мм. Давление верхней упорной пружины на пружину подвижного замыкающего контакта должно быть не менее 10 г. Контакты регулируются таким образом, чтобы в состоянии покоя пружина подвижного контакта лежала на изоляционном упоре. При срабатывании реле (после замыкания контактов) пружина должна получать воочию видимый прогиб не менее 0,8 мм. Серебряные (металлокерамические) накладки контактных пружин должны иметь сфериче-скую форму, их поверхность должна быть чистой, без царапин, подгаров и вы-боин. Грязные и подгоревшие контакты должны быть зачищены и отполирова-ны воронилом. Чистка серебряных и металлокерамических контактов наждачным полотном, а также промывка их бензином, ацетоном и другими составами запре-щается. После полировки контактов не рекомендуется касаться их пальцами.

10. При регулировке контактов необходимо избегать деформации токоотво-дов, так как она может создать дополнительное нажатие на контакты, а момент упругости токоотводов зависит исключительно от формы, приданной им при штамповке и сборке на заводе. Следует обеспечить четкое (заметное визуально) опережение замыкания нижнего замыкающего контакта и его совместный ход с размыкающим верхним контактом до момента размыкания. Недопустимо даже самое кратковременное (однократная вибрация) размыкание замыкающего кон-такта после переключения, поскольку это приводит к разрыву цепи трансфор-матора тока с неизбежным привариванием замыкающего контакта реле.

При проверке контактов следует следить за выполнением следующих рекомендаций завода-изготовителя:

1) нажатие контактов должно устанавливаться по граммометру и должно со-ставлять для подвижного замыкающего контакта в положении срабатывания со стороны возвращающей его верхней упорной пружины не менее 10 г, а для под-вижного размыкающего контакта в положении покоя – не менее 8 г. Конец прута граммометра при измерении должен подводиться к самому краю контактных пластин до серебряных накладок и к свободному концу верхней упорной пру-жины на расстоянии 1мм от ее края;

2) зазор между пластиной замыкающего контакта и его упорной пружиной в положении покоя должен быть порядка 1мм (при срабатывании реле эта пру-жина должна заметно прогнуться, обеспечивая четкий возврат контакта в ис-ходное положение при снятии тока с реле);

3) при срабатывании реле для предотвращения вибрации замыкающего кон-такта верхняя контактная пластина должна упираться в упор с легким прогибом (0,2–0,3 мм), зазор в разомкнувшемся размыкающем контакте должен быть не менее 2 мм;

4) гибкие шунты не должны провисать, так как при этом может возникнуть дополнительный момент неопределенных величин и знака, нарушающий пра-

24

вильную работу контактов. Не допускаются резкие перегибы шунтов (править шунты можно только круглогубцами или пинцетом с закругленными краями).

2.2.3. ПРОВЕРКА И НАСТОЙКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ИНДУКЦИОННОГО ЭЛЕМЕНТА РЕЛЕ

2.2.3.1. Проверка качества подпятников и надежности сцепления червячной передачи Для оценки качества подпятников необходимо собрать схему по рис. 9 и изме-рить ток, при котором диск начинает вращаться, не будучи сцепленным с сек-тором – Iвр.

Под током вращения реле Iвр понимают наименьшее значение тока, при котором диск начинает вращаться без остановок

Для реле в холодном состоянии, согласно заводской инструкции, ток в на-чальный момент свободного вращения диска Iвр не должен превышать значений, приведенных в табл. 2.

Таблица 2 ЗНАЧЕНИЯ ТОКА ВРАЩЕНИЯ РЕЛЕ

Тип реле Iу, А Iвр, А РТ-80/1 РТ-90/1 РТ-80/2 РТ-90/2

ИТ-80/2

4 2 2

1 0,5

0,75 Проверку надежности сцепления червячной передачи производят на

максимальной уставке по времени. Ток в обмотке реле плавно увеличи-вают до величины тока уставки ±5 %. При токе, равном току срабатыва-ния, зубчатый сектор должен войти в зацепление с червяком и двигаться вверх плавно, без скачков и остановок. 2.2.3.2. Проверка и регулировка тока срабатывания (проверка шкалы уставок)

Наименьший ток, при котором начинается движение зубчатого сектора верх, и будет

током срабатывания реле Iср. Ток срабатывания определяют для всех уставок тока путем перестановки

штекера на штепсельном мостике (при новом включении). При плановых про-верках действующих уставок определяется ток лишь на рабочей уставке. Токи

Рис. 9. Схема для проверки токов срабатывания и токов возврата индукционного элемента реле РТ-80

25

срабатывания, полученные при испытании, не должны отличаться от соответ-ствующих уставок более чем на ± 5 %. Подрегулировку тока срабатывания осуществляют с помощью противодействующей пружины подвижной рамки.

ВНИМАНИЕ! У включенного реле нельзя сразу вынуть штекер из одного гнезда и переставить в другое. Это приведет к размыканию вторичной цепи трансформатора тока, что недопустимо. Поэтому у реле есть второй ште-кер, нормально находящийся в самом нижнем (холостом) гнезде.

Изменение уставок реле должно производиться при отключенной или закороченной обмотке реле. Если изменение уставки требуется произво-дить с включенной обмоткой реле, то вначале необходимо ввинтить второй штекер в гнездо, соответствующее новой уставке, а затем вывинтить ште-кер из гнезда старой уставки и ввернуть его в холостое гнездо. Это необ-ходимо для того, чтобы в реальной схеме не происходил разрыв вторичной обмотки трансформатора тока, куда подключено рассматриваемое реле. 2.2.3.3. Проверка и регулировка коэффициента возврата

Наибольший ток, при котором происходит расцепление сектора с червяком оси диска и сектора падает на упор, и будет током возврата реле Iв.

Коэффициент возврата Кв=Iв/Iср не должен быть ниже 0,8. Токи сраба-тывания и возврата определяют как среднее арифметическое по данным трех замеров. Перед замером токов:

• установить максимальную уставку тока электромагнитного элемента, чтобы исключить срабатывание токовой отсечки при испытании индукционной части реле;

• установить заданную преподавателем уставку тока на штепсельном мостике; • плавно увеличивая ток, зафиксировать ток срабатывания (трогания).

Затем плавно уменьшая ток до тех пор, пока червяк выйдет из зацепления с зубчатым сектором, зафиксировать ток возврата – Iв.

Измеренные данные записать в табл. 3. Таблица 3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗНАЧЕНИЙ КОЭФФИЦИЕНТА ВОЗВРАТА Iу, А Iвр, А Iср, А Iв, А Кв

4.3.4. Снятие характеристик tср = f (Iр / Iу ).

Снятие характеристик производится по рис. 10.

26

а) с размыкающимся контактом

б) с замыкающимся контактом

Рис. 10. Схемы снятия временных характеристик реле РТ-80 В условиях эксплуатации снятие характеристик производят для двух пре-

дельных уставок времени. В данной лабораторной работе характеристика сни-мается для минимальной уставки в следующей последовательности:

• установить минимальную уставку времени по току срабатывания индукцион-ного элемента (у пятиамперного реле – 2 А, у десятиамперного – 4 А);

• движок автотрансформатора установить в нулевое положение; • не включая рубильника Q, включить автомат QF; • установить автотрансформатором двухкратный ток в катушке реле, рав-

ный 4 А (8 А); • отключить автомат QF и включить рубильник Q; • установить стрелку электросекундомера ЭС в нулевое положение; • включить автомат QF, при этом срабатывают реле и электросекундомер,

который измерит время срабатывания реле. Опыт повторить три раза, по трем замерам вычислить среднее время срабатывания реле;

• аналогичные измерения и вычисления произвести для кратностей тока ре-ле 3, 4, 6, 8;

• по полученным опытным данным построить кривую зависимости времени срабатывания реле от кратности тока.

27

Таблица 4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ tср = f (Iр / Iу )

tу= Iу, А Iр, А tр, с tср, с

где: tр – время срабатывания реле из одного опыта; tср – среднее время срабатывания реле из трёх опытов. Опытные характеристики реле должны соответствовать типовым характери-

стикам. Контрольной точкой характеристики у реле всех типов является время срабатывания при четырехкратном токе, которое не должно превышать указан-ных заводом значений (табл. 5).

Таблица 5 ЗНАЧЕНИЯ ВРЕМЕНИ СРАБАТЫВАНИЯ РЕЛЕ ПРИ ЧЕТЫРЁХКРАТНОМ ТОКЕ

Тип реле tу, с tр при четырехкратном токе не более, С РТ-81 ИТ-815 ИТ-81 А РТ-83

0,5 1,0 1,0 3

0,9 1,65 1,65 4,6

При новом включении реле проверяют время действия при четырех- и деся-тикратном токах срабатывания и определяют фактическую точку независимой части характеристики на крайних установках шкалы времени.

При полной плановой проверке временная характеристика снимается только на рабочей установке.

2.2.4. ПРОВЕРКА И РЕГУЛИРОВКА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ЭЛЕМЕНТА (ОТСЕЧКИ) Проверку ведут по схеме на рис. 10. При проверке градуировки шкалы от-

сечки следует иметь ввиду, что калибровка отсечки ведется заводом у десяти-амперных реле на первой уставке по току срабатывания индукционного эле-мента (4 А), а у пятиамперных – на третьей уставке (3 А). В зависимости от ус-тавки и отношения тока в реле к току срабатывания отсечки время действия ее колеблется от 0,04 до 0,2 с.

Проверку производят в такой последовательности: 1) устанавливают максимальную уставку по шкале времени, придерживая ру-

кой рамку в отведенном положении, чтобы избежать ударов червяка о сектор; 2) быстро доводят ток до величины, примерно соответствующей данной ус-

тавке отсечки, отключают питание; 3) отпускают рамку, накрывают реле кожухом и подают толчком ток через

короткие промежутки (5-6 с), каждый раз незначительно снижая величину тока; 4) определяют ток, при котором отсечка перестает срабатывать; 5) проводят несколько включений этого тока подряд длительностью 2–3 с

каждое. Если при трех-четырех включениях тока отсечка ни разу не сработает, несколько увеличивают ток, и, дав реле остыть в течение одной минуты, повто-ряют включение с интервалами в 10 с, добиваясь однократного срабатывания из десяти включений (измеренный ток является начальным током срабатывания).

28

Затем, снова дав реле охладиться, еще увеличивают ток до значения, при кото-ром отсечка безотказно сработает десять раз из десяти включений.

В случае большого расхождения тока срабатывания отсечки с уставками не-обходимо часовой отверткой освободить винт крепления шкалы и, придержи-вая шкалу на делении 2, поворотом регулировки добиться, чтобы ток срабаты-вания соответствовал уставке.

2.3. ПЕРЕЧЕНЬ ПРИБОРОВ И АППАРАТУРЫ 1. Реле серий РТ-80, РТ-90, ИТ-80; 2. Амперметр переменного тока 10 А; 3. Нагрузочный трансформатор ОСО–0,25 220/12 В; 4. Электрический секундомер; 5. ЛАТР; 6. Рубильники.

2.4. ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА Отчет должен содержать: 1. Электрические схемы испытаний. 2. Паспортные данные испытуемого реле, электроизмерительной и другой

аппаратуры. 3. Данные опыта по определению свободного вращения диска, тока и вре-

мени срабатывания электромагнитного элемента (отсечки). 4. Опытные и паспортные характеристики. 5. Выводы и заключения по работе.

2.5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Каково назначение индукционных реле? 2. Преимущества и недостатки индукционных токовых реле по сравнению с

электромагнитными? 3. Как регулируется ток срабатывания зависимого элемента? 4. Как регулируется ток срабатывания независимого элемента? 5. Почему зависимость времени срабатывания от тока ограничена? 6. Почему характеристики реле РТ-80 сохраняются неизменными при одной и

той же кратности тока в цепи обмотки для разных уставок по току cрабатывания?

29

3. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 ИСПЫТАНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА

3.1. ПОДГОТОВКА К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ 3.1.1. ЦЕЛЬ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Изучить конструкцию и методику испытаний трансформаторов тока. 2. Ознакомиться с выбором трансформаторов тока для целей измерения и

подключения реле защиты. 3. Приобрести практические навыки в определении параметров и характе-

ристик трансформаторов тока. 3.1.2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА

Измерительные трансформаторы тока (ИТТ) служат для преобразования токов первичных цепей в стандартные токи 5 или 1 А для измерительных приборов, устройств релейной защиты и автоматики. Нормально трансформаторы тока рабо-тают в режиме, близком к режиму короткого замыкания вторичной обмотки.

Размыкание вторичной обмотки при наличии тока в первичной цепи недопустимо, так как при этом может быть повреждена

изоляция трансформатора с вытекающими отсюда последствиями. Ток, измеряемый ИТТ, определяют по выражению:

I1≈ Кн I2, где: Кн = I1н/I2н – номинальный коэффициент трансформации, представляющий отношение первичного ко вторичному номинальному току.

У трансформаторов тока различают три вида погрешностей: • относительную токовую, равную в процентах:

I = %1001

12 ×−

IIIнК ;

• угловую δ, определяемую между вектором первичного I1 и вторичного I2 токов; • полную ε.

Полная токовая погрешность представляет собой действующее значение разно-сти произведения номинального коэффициента трансформации на мгновенное значение вторичного тока и мгновенного значения первичного тока в процентах:

ε = dtiiКТ

нТI2

10

21

)(1100−∫ ⋅ ,

где: I1 – действующее значение первичного тока; Т – длительность периода; i1 и i2 – мгновенные значения первичного и вторичного токов.

На значения погрешностей влияет, в основном, ток намагничивания стали сердечника. Чем выше качество стали, чем больше начальная магнитная прони-цаемость, тем меньше ток намагничивания и тем стабильнее его значение. Для снижения погрешностей и повышения точности измерений применяются: хо-лоднокатаная сталь, пермаллой, специальные схемы соединений обмоток, ис-кусственное подмагничивание сердечника и другие средства. Применяемые для повышения точности измерений специальные материалы, средства и способы компенсации усложняют схемы, конструкции и удорожают аппарат. Надо

30

иметь в виду, что применение трансформаторов высокой точности не всегда обязательно. Следует в зависимости от назначения по допустимым значениям погрешностей выбирать наиболее дешевый аппарат, подходящий по точности измерений. Для трансформаторов тока установлено пять классов точности (табл. 6) в зависимости от максимальных величин погрешностей.

Таблица 6 КЛАССЫ ТОЧНОСТИ И НАИБОЛЬШИЕ ПОГРЕШНОСТИ ИТТ

Наибольшая погрешность Класс точности

Ток в первичной обмотке (в % от

ном). Токовая (%) Угловая (мин) Примечание

0,2 10 20

от 100 до 120

±0,5 ±0,35 ±0,2

±20 ±15 ±10

0,5 10 20

от 100 до 120

±1,0 ±0,75 ±0,5

±60 ±50 ±40

1,0 10 20

от 100 до 120

±2,0 ±1,5 ±1,0

±120 ±100 ±80

3 от 50 до 120 ±3,0 не нормируется Трансформаторы тока класса 0,2 применяются для точных измерений, прове-

рок и исследований, ими оснащаются для точных измерений, проверок и исследо-ваний, или оснащаются электротехнические лаборатории электрических станций.

Трансформаторы тока классов 0,5 и 1 устанавливаются в распределительных устройствах и служат для подключения щитовых измерительных приборов, рас-четных и контрольных счетчиков. Для подключения расчетных счетчиков обяза-тельно применяют ИТТ класса 0,5.

Трансформаторы тока классов 3 и 10 используются для подключения реле защиты и автоматики.

В некоторых схемах релейных защит находят применение и специальные конструкции ИТТ, например с сердечниками типа Д для дифференциальной за-щиты и любых других защит, с сердечником типа Р для релейной защиты любо-го типа. Класс точности ИТТ существенно зависит от нагрузки вторичной цепи. Нагрузка ИТТ определяется либо мощностью S2 и cosφ2 при номинальном токе I2, либо полным сопротивлением вторичной цепи:

Z2= 22

22 XR + .

Номинальной нагрузкой ИТТ является наибольшая мощность, при которой он работает в своем наивысшем классе точности

Подключение дополнительных приборов, т. е. увеличение нагрузки вторичной цепи, приводит к увеличению погрешностей и к снижению точности измере-ний, при выборе ИТТ для подключения измерительных приборов нужно со-блюдать условие:

Z2 ≤ Z2ном..

31

При выборе трансформаторов тока в схемах релейных защит необходимо согласовать максимально допустимую нагрузку Z2 его внешней вторичной цепи с величиной тока первичной цепи. Известно, что трансформаторы тока в схемах релейных защит должны надежно работать в режимах повышенных первичных токов, во много раз превышающих рабочие токи. Если первичный ток возраста-ет сверх 120 % I1н, то ток намагничивания увеличивается, что приводит к боль-шому насыщению стали сердечника и соответствующему увеличению погреш-ностей. Подобная картина наблюдается во время переходного процесса при ко-ротком замыкании, что неблагоприятно отражается на работе релейных защит.

Практикой наладки и эксплуатации релейных устройств установлено, что 10 %-я погрешность, т. е. полная погрешность ε, обусловленная током намагни-чивания не должна превышать 10 % первичного тока. В связи с этим ИТТ для устройств релейной защиты проверяют на точность работы по кривым пре-дельной кратности, представляющим собой зависимости предельной кратности первичного тока от нагрузки вторичной обмотки: К10=I1макс/I1н=f(Z2), при соsφ=0,8, при условии, что полная погрешность равна 10 %.

Кривая кратностей в логарифмическом масштабе показана на рис. 11. Данные кри-вые позволяют по вычисленной кратности первичного тока определить максимальную

допустимую нагрузку вторич-ной цепи ИТТ, при которой по-грешность не превосходит до-пустимой (ε = 10 %). Затем по установленной максимальной допустимой нагрузке, по из-вестным сопротивлениям ре-ле, а также по длине соедини-тельных проводов определя-ется минимально необходи-мое сечение жил последних. Важной характеристикой трансформатора тока (ТТ) яв-ляется кривая намагничива-ния (вольт-амперная характе-ристика), по виду которой можно судить об исправности

трансформаторов. В частности по виду характеристики намагничивания можно определить:

• наличие витковых замыканий во вторичной обмотке; • неисправности магнитопровода; • возможность совместного использования трансформаторов в схемах ДЗ

(поскольку при почти совпадающих характеристиках трансформаторов, токи небаланса будут минимальными).

Вольт-амперные характеристики представляют собой зависимость напряжения, подводимого к вторичной обмотке, от пропускаемого через нее намагничивающего тока при разомкнутой первичной обмотке ИТТ

Рис. 11. Кривые 10 % погрешности ИТТ типа ТПОЛ: 1 – для сердечника Д; 2 – для сердечника класса 0,5

32

Характеристика снимается опытным путем по схеме, приведенной на рис. 12. При включении ИТТ определяется 10–12 точек и по ним строится кривая зависи-мости U2 = f(I2), которая и сравнивается с типовой характеристикой. При наличии в ИТТ короткозамкнутых витков характеристика намагничивания резко снижается, как показано на рис. 13 пунктиром

Зажимы обмоток маркируются: первичной – Л1 и Л2 и вторичной И1 и И2. Выбор одного из зажимов, например, первичной обмотки, который должен быть назван Л1 является произвольным. Но после этого за начало И1 вторичной обмотки при-нимается уже однозначно тот зажим, из которого мгновенный ток направляется во внешнюю цепь, когда в первичной обмотке он направлен от Л1 к Л2.

3.1.3. ИСПЫТАНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ Испытания ИТТ проводятся в объеме, предусмотренном ПУЭ:

3.1.3.1. Измерение сопротивления изоляции: а) первичных обмоток. Производится мегомметром на U = 2500 В. Величина

сопротивления изоляции не нормируется; б) вторичных обмоток. Производится мегомметром на напряжение 500 или

1000 В. Сопротивление изоляции вторичных обмоток вместе с подсоединенны-ми к ним цепями должно быть не менее 1 МОм. 3.1.3.2. Изменение тангенса угла диэлектрических потерь производится для трансформаторов тока на напряжение 110 кВ и выше. 3.1.3.3. Испытание повышенным напряжением промышленной частоты: а) изоляция первичных обмоток. Испытание является обязательным для транс-форматоров до 35 кВ. Величины испытательных напряжений указаны в табл. 7. Продолжительность приложения нормированного испытательного напряжения:

• для трансформаторов напряжения – 1 мин; • для трансформатора тока с керамической, жидкой или бумажно-масляной

изоляцией – 1 мин;

Рис. 12. Схема снятия характеристики намагничивания U2 = f (I2)

Рис. 13 Вольт-амперная характеристика

33

• для ИТТ с изоляцией из твердых органических материалов или кабельных масс – 5 мин.

б) изоляции вторичных обмоток. Величина испытательного напряжения для изоляции вторичных обмоток вместе с присоединенными к ним цепями состав-ляет 1кВ.

Таблица 7 ИСПЫТАТЕЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ

ДЛЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ Испытательное напряжение, кВ, при номинальном напряжении, кВ

Исполнение изоляции измерительного трансформатора 3 6 10 15 20 35 Нормальная 21,6 28,8 37,8 49,5 58,5 85,5 Ослабленная 9 14 22 33 – –

3.1.3.4. Измерение тока холостого хода производится для каскадных транс-форматоров напряжением 110 кВ и выше на вторичной обмотке при номиналь-ном напряжении. 3.1.3.5. Снятие характеристик намагничивания сердечника трансформаторов тока следует производить до номинального тока, если для этого не требуется напряжение выше 380 В. Для ИТТ, предназначенных для питания устройств ре-лейной защиты, снятие характеристик производится током выше номинального до начала области насыщения. 3.1.3.6. Проверка полярности выводов ИТТ (или группы соединения у трехфаз-ных трансформаторов напряжения) производится при монтаже, если отсутст-вуют паспортные данные или есть сомнения в достоверности этих данных. 3.1.3.7. Измерение коэффициента трансформации на всех ответвлениях про-изводится для встроенных ИТТ и трансформаторов, имеющих переключающее устройство. 3.1.3.8. Измерение сопротивления обмоток постоянному току производится у первичных обмоток трансформаторов тока напряжением 10кВ и выше, имею-щих переключающие устройства. Отклонение измеренного значения сопротив-ления обмотки от паспортного не должно превышать 2 %. 3.1.3.9. Испытание трансформаторного масла производится для измеритель-ных трансформаторов 35 кВ и выше, имеющих повышенное значение тангенса угла диэлектрических потерь изоляции.

3.2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ 3.2.1. ПРОГРАММА РАБОТЫ:

3.2.1.1. Ознакомление с паспортными данными ИТТ типа: ТФН-35 М, ТНП-2, УТТ-5, ТКМ, ТПЛ-10, ТПОЛ-10, ТНШЛ. Изучение их конструкции. Ознаком-ление производится по заводским табличкам, имеющимся на каждом транс-форматоре, используя каталоги. Данные свести в табл. 8.

34

Таблица 8 ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ИЗУЧАЕМЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА

Номинальный ток

Допустимое Z2 в классе

Кратность тока (устойчивость) №

п/п Тип Uн В

Класс точности I1н I2н 0,5 1,0 3,0 динамическая термическая

3.2.1.2. Проведение комплексных испытаний ИТТ указывается преподавателем, согласно ПУЭ:

а) произвести проверку изоляции обмоток трансформаторов тока мегомметром; б) произвести проверку коэффициента трансформации ИТТ. Для чего соб-

рать схему (рис. 14). Установить движок автотрансформатора в ну-левое положение. Включить авто-мат QF и, увеличивая ток в перви-чной обмотке испытуемого транс-форматора ТА2 до номинального, наблюдая за изменением тока в первичной обмотке по ампермет-ру, включенному через образцо-вый измерительный трансформа-тор тока ТА1. По амперметру, включенному во вторичную обмо- тку испытуемого трансформатора ТА2, измерить величину вторич-

ного тока. Вычислить коэффициент трансформации. в) снять кривые намагничивания сердечников трансформаторов тока для трех однотипных трансформаторов тока (по указанию преподавателя) и произвести анализ полученных кривых. Для этого:

• собрать схему (см. рис. 14.); • включить выключатель QF и размагнитить сердечник трансформатора; • увеличивая ток во вторич-ной обмотке от 1 до 10А, сня-ть показания вольтметра; • размагнитить сердечник, вы-ключить автомат QF. • построить характеристику

намагничивания и сравнить ее с характеристикой намагничивания сердечника исправного трансформатора тока;

г) произвести проверку полярности выводов обмоток трансформатора тока, для чего собрать схему (рис. 15).

Рис. 14. Схема для определения коэффициента трансформации измерительного трансформа-тора тока

Рис. 15. Схема проверки полярности выводов обмоток

35

Включить и отключить рубильник Q, наблюдая за стрелкой вольтметра, по на-правлению отклонения стрелки прибора определить и отмаркировать выводы об-моток. Если в момент замыкания рубильника стрелка прибора при указанной по-лярности источника и прибора отклоняется вправо, то правый зажим прибора (+) укажет начало вторичной обмотки И1.

3.3. ПЕРЕЧЕНЬ ОБОРУДОВАНИЯ И АППАРАТУРЫ 1. Образцы трансформаторов тока УТТ-5, И54М, ТКМ, ТПЛ-10, ТПОЛ-10; 2. Мегомметры на 2500 и 500 В; 3. ЛАТР; 4. Нагрузочный трансформатор ОСО-0,25; 5. Аккумуляторная батарея 5 НКН; 6. Вольтметр постоянного тока на 15 В; 7. Два амперметра переменного тока на 10А и 15А; 8. Вольтметр переменного тока 15÷30 В; 9. Рубильник.

3.4. ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА Отчет по работе должен содержать: 1) технические данные испытуемых трансформаторов тока (табл. 8); 2) электрические схемы испытания (3 схемы); 3) кривые намагничивания сердечников испытуемых трансформаторов тока

на миллиметровой бумаге, 3÷4 кривых в одних осях; 4) результаты анализа кривых. По полученным данным и графикам кривых определить: а) значение Е2, при котором наступает насыщение; б) отсутствие витковых коротких замыканий; в) возможность использовать трансформаторы тока для дифференциальной

защиты; г) допустимую нагрузку на трансформатор тока при заданном токе коротко-

го замыкания. 3.5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Для чего служат измерительные трансформаторы тока? 2. Какие виды погрешностей существуют у трансформаторов тока? 3. Какой электрический параметр учитывает нагрузку трансформаторов тока? 4. Отчего зависят погрешности трансформаторов тока? 5. Сколько классов точности трансформаторов тока Вам известно? 6. Как правильно выбрать трансформатор тока для измерительных приборов? 7. Как правильно выбрать трансформатор тока для релейной защиты? 8. Что произойдет при разрыве вторичной цепи трансформатора тока, если

по первичной обмотке протекает номинальный ток? 9. Как расшифровать следующие типы трансформаторов тока: ТПЛУ-10-0,5/Р;

ТКЛ-3-0,5; ТПОЛМ-10-Р/Р; ТФНД-35-Д/Д/0,5; ТЗЛ; ТВОЛ-10-0,5/3; ТПФМ-10-3/0,5; ТНП-4.

36

ЧАСТЬ II ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ, НАЛАДКА

И ИСПЫТАНИЕ РЕЛЕЙНЫХ ЗАЩИТ 4. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

НАЛАДКА И ИСПЫТАНИЕ МАКСИМАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ НА ПОСТОЯННОМ

ОПЕРАТИВНОМ ТОКЕ 4.1. ПОДГОТОВКА К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

4.1.1. ЦЕЛЬ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ Изучить схемы максимальных токовых защит сетей, методику их испытания

и получить практические навыки по настройке максимальной токовой защиты (МТЗ) линии.

4.1.2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА В соответствии с требованиями ПУЭ для линий должны предусматриваться

устройства релейной защиты от многофазных коротких замыканий и однофаз-ных замыканий на землю. С этой целью, одной из видов защит применяется максимальная токовая защита, как одна, из наиболее надежных, дешевых и про-стых по выполнению и настройке. Широкое применение получила максималь-ная токовая защита от междуфазных коротких замыканий для защиты различ-ных элементов электрической системы (линий, трансформаторов, генераторов, электродвигателей, сборных шин). Защита устанавливается как основная или как резервная. При коротком замыкании в какой-либо точке линии, например в точке К1 (рис. 1), ток короткого замыкания протекает по всем защитам, уста-

новленным на участках ли-нии, в результате чего они приходят в действие. Однако сработать на отключение должна только защита повре-жденной линии, защиты ос-тальных (неповрежденных) участков должны вернуться в исходное положение (т. е. за-щиты должны работать се-лективно). Для обеспечения указанной селективности МТЗ

выполняются с выдержками времени, нарастающими от концевого участка в на-правлении к источнику питания, т. е. выдержка времени защиты 3 при поврежде-нии на участке БВ, должна быть больше выдержки времени защиты 2, не менее чем на ступень селективности: t3= t2 +Δt . Cтупень селективности: Δt=t3 – t2 = 0,3…0,8 с. Выдержку времени защиты наиболее удаленного от источника участка прини-мают равной нулю.

По характеру зависимости времени действия защиты от величины тока линии

Рис. 1. Схема сети и подбор выдержек времени

37

защиты подразделяют на защиты с независимой и зависимой выдержкой време-ни. Для защиты с независимой выдержкой времени (участок Б–В) в качестве пускового органа используются электромагнитные токовые реле серии РТ-40 мгновенного действия, а в качестве органа выдержки времени – реле времени. В защите с зависимой выдержкой времени (участок А–Б) применяются индукци-онные реле, совмещающие в себе пусковой орган и орган выдержки времени. Согласование выдержек времени защит подбирается следующим образом. Ха-рактеристика участка А–Б должна иметь выдержку времени при к. з. в конце участка 3t на ступень tΔ больше времени t2 защиты участка БВ:

Δt = t3 – t2 = 0,7 c. В схемах МТЗ кроме токовых реле и реле времени устанавливаются проме-

жуточные реле, замыкающие своими контактами цепи электромагнитов отклю-чения и сигнальное реле, фиксирующее срабатывание защиты. В защитах с ин-дукционными токовыми реле, контакты которых имеют достаточную разрыв-ную мощность, промежуточные реле могут не предусматриваться.

Токовой отсечкой называется защита с ограниченной зоной действия, работающая без выдержки или

с небольшой выдержкой времени Ток срабатывания токовой отсечки мгновенного действия выбирается так, чтобы:

а) защита не должна действовать при протекании в линии максимального тока нагрузки (отстройка от максимально возможной нагрузки):

максрабтв

сзсхнcр I

КККККI .= , (1)

где: К н = 1,1…1,2 – коэффициент надежности, учитывающий погрешность реле; Ксх = 1; Кс х = 3 – коэффициент схемы, зависящий от схемы соединения вторич-ных обмоток трансформаторов тока и обмоток реле; Ксз = 1…2 – коэффициент са-мозапуска двигателей; Кв – коэффициент возврата реле; Кв = 0,85…0,9 – для элек-тромагнитных реле; Кв = 0,8…0,85 – для индукционных реле; Кт – коэффициент трансформации трансформаторов тока; Iраб.макс – максимальный рабочий ток.

б) защита должна надежно действовать при коротких замыканиях в преде-лах защищаемой зоны и иметь достаточную чувствительность. Расчетный ток срабатывания должен быть проверен по условию чувствительности защиты. Коэффициентом чувствительности называется отношение минимального тока короткого замыкания при повреждении в конце защищаемой зоны к току сраба-тывания защиты:

,...

тср

минзкч КI

IК = (2)

где: Iк.з.мин – ток того вида короткого замыкания и режима работы электрической системы, при которых он имеет минимальное значение.

Коэффициент чувствительности защиты 3 (рис. 2) должен составлять: Кч ≥ 1,5 – при коротком замыкании в конце основного защищаемого участка (Л-1); Кч ≥ 1,2 – при коротком замыкании в конце резервируемого участка (Л-2).

38

Меньшие значения Кч недопустимы, т. к. действительный ток в реле при корот-ком замыкании может стать меньше расчетного Iк.з.мин из-за неточности расчета, влияния сопротивления в месте повреждения (не учитываемого при расчете), погрешности трансформаторов тока, в результате чего защита не срабатывает;

Рис. 3. Принципиальная схема лабораторной установки

в) пусковой орган защиты должен возвращаться в исходное положение (на-чальное положение до срабатывания) при отключении внешних коротких за-мыканий. Для повышения чувствительности при коротких замыканиях и улуч-шения отстройки от токов нагрузки МТЗ снабжается блокировкой реле мини-мального напряжения (рис. 4, 5). При этом напряжение возврата реле напряже-ния, при котором реле замыкает свои контакты и разрешает действовать токо-вой защите равно:

Uв= (0,6–0,75)Uном. В этом случае в выражении (1) для определения тока срабатывания коэффи-

циент самозапуска может быть принят равным Кс.з. = 1,1, следовательно анализи-руя выражение (2) видим, что чувствительность защиты повышается.

Рис.2. Определение чувствительности на основном и резервируемом участках

39

4.2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ 4.2.1. ПРОГРАММА РАБОТЫ

1. Изучить принципиальную схему стенда и размещение всех его элементов. 2. Ознакомиться с паспортными данными реле защиты и записать их в табл. 1.

Таблица 1 ПАСПОРТНЫЕ ДАННЫЕ РЕЛЕ

№ п/п Наименование Тип Параметры Примечание

3. Собрать схему по рис. 3, измерить нагрузочные токи в расчетных точках линии, предварительно установив на реле максимальные уставки по току на ре-ле РТ-40-3А, на реле РТ-80-5А.

4. Измеренные в пункте 3 нагрузочные токи принимаются за максимальные рабочие токи Iраб. макс.. По формуле (1) определяют токи срабатывания реле Icр РТ-40 и РТ-80. Отрегулировать уставки реле и результаты свести в табл. 2.

Таблица 2 ТОК СРАБАТЫВАНИЯ И УСТАВКИ РЕЛЕ

Номер участка

Ток срабатывания Icр, А

Ток уставки Iу, А

Время уставки tу, с

Примечание

5. Провести комплексное испытание защит путем последовательного созда-

ния коротких замыканий в расчетных точках, начиная с концевого участка. Про-верить является ли защита участка 1 резервной для участка 2. Следить за пра-вильной очередностью замыкания контактов и отключения защищаемой линии.

6. Изучить схему МТЗ с блокировкой минимального напряжения и зарисо-вать ее в конспект.

4.2.2. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА Испытательная установка смонтирована на двух спинках лабораторных сто-

лов и представляет собой одну фазу защищаемой линии, состоящую из двух участков (см. рис. 3).

• на первом участке головном, представленном на правой спинке, ус-тановлена МТЗ с зависимой выдержкой времени. В качестве пускового органа и органа выдержки времени используется индукционное реле типа РТ-80. МТЗ является основной защитой своего участка головного и резервной защитой для смежного участка;

• на втором участке, представленном на левой спинке, установлена МТЗ с независимой выдержкой времени. В качестве пускового органа установлено электромагнитное реле типа РТ-40, в качестве органа выдержки времени ис-пользуется реле времени типа ЭВ, контакты которого имеют недостаточную разрывную мощность. Поэтому, для устранения этого недостатка, установлено промежуточное реле типа РП-24.

Головной участок включается выключателем, в качестве которого использу-ется магнитный пускатель 1МП, второй участок (смежный) включается маг-нитным пускателем – 2МП. Нагрузками для первого и второго участков явля-ются лампы накаливания мощностью 500 Вт каждая. Для имитации режима ко-роткого замыкания параллельно нагрузкам подключаются также лампы накали-вания мощностью 500 Вт каждая.

40

Рис. 4. Поясняющая схема МТЗ с блокировкой минимального напряжения

KV1, KV2, KV3 – реле минимального напряжения;

KV4 – реле максимального напряжения. Рис. 5 Схема. МТЗ с блокировкой минимального напряжения

нагрузка

имитация

К

.З.

цепь

трансформа-

торов тока

цепь

реле мин

имального

напряж

ения

П

звуковая сигнализация

цепь указательного

реле

сигнализация обрыва цепей напряжения

цепь промежуточного

реле

цепь реле времени

на отключение контакта К

41

4.3. ПЕРЕЧЕНЬ ОБОРУДОВАНИЯ И АППАРАТУРЫ 1. Измерительные приборы и реле защиты, смонтированные на лаборатор-

ном стенде. 2. Два двухламповых реостата с лампами мощностью по 500Вт. 3. Соединительные проводники.

4.4. ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА Отчет по лабораторной работе должен содержать: 1. Паспортные данные реле защиты всех участков; 2. Принципиальную схему МТЗ линии; 3. Таблицы с опытными и расчетными данными; 4. Выводы по работе и ответы на вопросы; 5. Зарисованную в конспекте схему МТЗ с блокировкой минимального на-пряжения.

4.5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Требования к уставкам тока срабатывания МТЗ; 2. Какова принципиальная разница между токовой отсечкой и максималь-

ной токовой защитой? 3. Когда применяются защиты с двумя и тремя трансформаторами тока? 4. Как производится выбор уставок МТЗ? 5. Назначение в схемах МТЗ блокировки по напряжению?

42

5. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 НАЛАДКА И ИСПЫТАНИЕ МАКСИМАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ

НА ПЕРЕМЕННОМ ОПЕРАТИВНОМ ТОКЕ 5. 1. ПОДГОТОВКА К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

5.1.1. ЦЕЛЬ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 1. Изучить устройство сериесного реле времени типа РВМ-12. 2. Изучить схему МТЗ на переменном токе с дешунтированием электромаг-

нитов отключения с применением реле РВМ и промежуточных реле РП-341. 3. Получить навыки в регулировке входящих в систему реле на выбранные

уставки тока и время срабатывания и настройке защиты на четкое взаимодейст-вие всех элементов схемы.

5.1.2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА Максимальная токовая защита на переменном оперативном токе с дешунти-

рованием катушек отключения приводов выключателей получила широкое рас-пространение для защиты линий, силовых трансформаторов и элек-трических двигателей. Широкому распространению этого вида защиты способствовали разработка и вы-пуск промышленностью реле вре-мени с микродвигателем типов РВМ-12 и РВМ-13, работающих на переменном оперативном токе и включаемых непосредственно в цепь трансформаторов тока. Конст-руктивное выполнение реле времени типа РВМ-12 показано на рис. 6. Синхронный микродвигатель состо-ит из статора 1 с обмоткой, втяги-вающегося ротора 2 и замедляюще-го редуктора 4, 5, 6. При подаче на-пряжения на обмотку статора элек-тродвигателя его ротор втягивается в межполюсное пространство и на-чинает вращаться с постоянной ско-ростью, зависящей только от часто-ты тока. При втягивании ротора происходит сцепление трибки 3, на-ходящейся на его оси, с редуктором, через который вращение ротора пе-редается рамке 7 с подвижными контактами. По мере вращения рамки происходит замыкание подвижных кон-тактов с неподвижными. Выдержка времени регулируется путем перемещения

Рис. 6. Устройство реле времени типа РВМ: 1–2 – статор и ротор микродвигателя; 3, 4, 5 –зубчатые колеса; 6 – редуктор;7 – рамка с контактными цилиндрами; 8 – контакты; 9 –поводок уставки; 10 – буксирная стрелка; 11 –возвратная пружина; 12 – упор; 13 – замок; 14 – пружина

43

неподвижных контактов относительно рамки на угол α: ωα |=t . Возврат в ис-ходное положение осуществляется пружиной 11 после срабатывания реле и от-ключения защищаемого элемента.

Помимо микродвигателя и контактной системы (рис. 7) реле имеет два на-сыщающихся трансформатора 2. Первичные обмотки трансформаторов вклю-

чаются во вторичные цепи трансформаторов тока лю-бых двух фаз защищаемой цепи. Электродвигатель должен быть включен толь-ко в какую-либо одну фазу. Это обеспечивается управ-ляющими контактами пус-ковых реле защиты. Реле приходит в действие при замыкании цепи между клеммами 9–11 или 11–13. Для уменьшения содержа-ния гармонических состав-ляющих в кривых напряже-ния и тока, подводимых к обмотке двигателя, и для снижения пиков напряже-ния, опасных для изоляции,

параллельно вторичной обмотке насыщающихся трансформаторов присоеди-няются емкость 4 и последовательно включенное с ней сопротивление 3. Реле имеет три контакта, из них два проскальзывающих 5 и один конечный (упор-ный) 6. Реле времени типа РВМ-12 имеет наибольшую выдержку времени 4 с, а реле времени типа РВМ-13 – 10 с. При последовательном соединении первич-ных полуобмоток насыщающихся трансформаторов ток срабатывания состав-ляет 2,5 А, а при параллельном – 5 А.

На рис. 8 приведена схема МТЗ, включающая в себя токовые реле мгновен-ного действия КА типа РТ-40 (пусковые органы защиты), реле времени КТ типа РВМ-12, указательное реле КН типа РУ-21 и промежуточные реле КL типа РП-341, производящие дешунтирование катушек отключения YAT1 и YAT2. Схема ра-ботает следующим образом. В случае короткого замыкания срабатывают токо-вые реле КА1, КА2 (рис. 8, б). Их контакты замыкают цепь вторичных обмоток насыщающихся трансформаторов реле времени КТ (рис. 8, в), при этом двига-тель реле времени получает питание. Реле времени, сработав, своим контактом КТ замыкает цепи вторичных обмоток промежуточных насыщающихся транс-форматоров КL1 и KL2 (рис. 8, г) на обмотку указательного реле КН и обмотки промежуточных реле. Промежуточные реле мощными переключающими кон-тактами КL1.1 и KL2.1 (рис. 8, б), включают соответствующие отключающие ка-

Рис. 7. Схема реле времени титпов РВМ-12 и РВМ-13: 1 – микродвигатель; 2 – насыщающийся трансформа-тор; 3 – сопротивление; 4 – конденсатор; 5 – проскаль-зывающие контакты; 6 – упорный контакт

44

тушки YАТ в цепи трансформаторов тока, а контактами КL1.2 и KL2.2 шунти-руют контакт реле времени (рис. 8, д). Шунтирование контакта реле времени КТ обеспечивает надежное действие за-щиты независимо от состояния контактов токовых реле КА.1, КА1.2 и КА2 и реле времени. Контакты токовых реле и реле времени могут разойтись при под-ключении на трансформаторы тока отключающих катушек. Объясняется это тем, что ток срабатывания реле РП-341 и его ток возврата принимаются значи-тельно ниже токов срабатывания пусковых токовых реле, т. е. Iв КА > Iв КL.

5.1.3. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА На стенде смонтирована максимальная токовая защита линии с незначитель-

ным отступлением от рассмотренной выше схемы (рис. 9). Имитатором нагрузки линии служит трехфазный асинхронный двигатель, подключаемый к лаборатор-ной сети 380 В на данном стенде с помощью контактора, имитирующего высо-ковольтный выключатель. Так как контактор не имеет привода с отключающей катушкой подобно высоковольтному выключателю, то исследуемая схема защи-ты, смонтированная на стенде, работает не по принципу дешунтирования катуш-ки отключения, а подобно кнопке «стоп», разрывающей цепь управления кон-тактором. С этой целью в цепь управления (цепь катушки контактора) последо-вательно с кнопками «пуск» SB1 и «стоп» SB2 включаются размыкающие кон-такты КL1.1 и KL2.1 выходных промежуточных реле РП-341 (см. рис. 9).

а) поясняющая схема б) цепи трансформаторов тока

в) цепи реле времени г) вторичные цепи промежуточных реле

Рис. 8. Схема МТЗ на переменном оперативном токе

45

Имитация режима короткого замыкания производится путем изменения коэф-фициентов трансформации трансформаторов тока ТА1 и ТА2, питающих ре-лейную защиту. Цепь управления контактором с размыкающимися контактами промежуточного реле, цепь реле времени (см. рис. 8, г), цепи промежуточных реле (см. рис. 8, д) смонтированы стационарно на обратной стороне стенда. Студентам предстоит подключить к сети двигатель и цепи трансформаторов тока без дешунтирующих контактов (см. рис. 9).

5.2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ 5.2.1. ПРОГРАММА РАБОТЫ

1. Ознакомиться с устройством сериесного реле типа РВМ-12, записать пас-портные данные и начертить схему внутренних соединений.

2. Тщательно разобраться в работе схемы МТЗ на переменном оперативном токе в нормальном и аварийном режимах. Уяснить назначение всех входящих в схему защиты реле и их составных элементов (секций обмоток с возможностью последовательного и параллельного соединений, промежуточных насыщаю-щихся трансформаторов, емкостей, вентилей, переключающих контактов).

3. В зависимости от ожидаемых величин вторичных токов трансформаторов тока (преподавателем задается коэффициент трансформации) рассчитываются уставки защиты и настраиваются на них реле.

Собрать схему испытаний согласно рис.9, предъявить ее для проверки пре-подавателю (лаборанту). Убедиться в четкой работе всех элементов схемы и отключении защищаемой линии, наблюдая при этом за работой реле и их взаи-модействием.

Рис. 9. Принципиальная схема лабораторного стенда

46

5.3. ПЕРЕЧЕНЬ ОБОРУДОВАНИЯ И АППАРАТУРЫ 1. Стенд с вмонтированными реле и приборами; 2. Асинхронный двигатель, мощность 3 кВт; 3. Два измерительных трансформатора тока типа И54М; 4. Комплект проводников; 5. Отвертка.

5.4. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА 1. Паспортные данные и схема внутренних соединений реле РВМ-12; 2. Развернутые схемы МТЗ на переменном оперативном токе; 3. Расчеты уставок реле; 4. Схемы испытуемой защиты.

5.5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Назначение реле типа РВМ, его преимущества перед другими типами? 2. Назначение промежуточных насыщающихся трансформаторов в реле

РВМ и РП-341? 3. Как настроить реле РВМ-12 на заданный ток и время срабатывания? 4. Назначение и работа переключающих контактов промежуточных реле

РП-341? 5. Достоинства и недостатки МТЗ на переменном оперативном токе по

сравнению с МТЗ на постоянном оперативном токе? 6. С какой целью во вторичную цепь реле времени введен размыкающий

контакт КА1.2. (см. рис. 8, г)? 7. Объяснить для чего шунтируются контакты КТ реле времени в цепи вто-

ричных обмоток трансформаторов промежуточных реле (см. рис. 8, д).

47

6. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 НАЛАДКА И ИСПЫТАНИЕ ПРОДОЛЬНОЙ

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ 6.1. ПОДГОТОВКА К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

6.1.1. ЦЕЛЬ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 1. Изучение назначения, устройства реле c быстронасыщающимся транфор-

матором РНТ-565 для дифференциальной токовой защиты и способов настрой-ки его тока срабатывания.

2. Ознакомление с устройством продольной дифференциальной защиты си-лового трансформатора, расчет уставок и регулировка реле на выбранные устав-ки, проверка взаимодействия всех элементов схемы защиты.

6.1.2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА Продольная дифференциальная токовая защита получила широкое распро-

странение для защиты линий, генераторов, силовых трансформаторов. Она обеспечивает мгновенное отключение короткого замыкания в любой точке за-щищаемого участка и обладает селективностью при коротком замыкании за пределами защищаемой зоны. Для обеспечения необходимой чувствительности путем отстройки от бросков токов намагничивания в схемах дифференциаль-ных защит успешно используются реле с быстронасыщающимися трансформа-торами типов РНТ-565, РНТ-566 и РНТ-567. Реле представляет собой ком-плектное устройство, состоящее из промежуточного быстронасыщающегося трансформатора (БНТ), во вторичной обмотке которого подключается исполни-тельное реле типа РТ-40/0,2. Схема внутренних соединений реле РНТ-565 пока-зана на рис. 10. Первичными обмотками являются: дифференциальная Wд и две уравнительные WурI и WурII, расположенные на среднем стержне. Здесь же рас-положена первая секция коротко замкнутой обмотки Wк.з.с. На крайних стерж-нях размещены: вторичная рабочая обмотка Wв – на левом и вторая секция ко-ротко замкнутой обмотки Wк.з.п – на правом. Рабочая и уравнительные обмотки имеют ответвления и секционированы. Изменение числа витков можно произ-водить при помощи регулировочных винтов, устанавливаемых в штепсельные гнезда. Числа, стоящие у гнезд, соответствуют числу включенных витков. На-пример, если регулировочные винты поставить в гнезда 32 и 3, то это будет со-ответствовать 35 включенным виткам.

Быстронасыщающийся трансформатор служит для предотвращения сраба-тывания защиты от бросков намагничивающего тока, проходящего по диффе-ренциальной цепи при включении силового трансформатора под напряжение, а также от увеличенных токов небаланса при переходных режимах, обусловлен-ных внешними короткими замыканиями со значительной апериодической со-ставляющей тока.

Короткозамкнутая обмотка Wк.з.п, Wк.з.с предусмотрена на магнитопроводе БНТ для лучшей отстройки исполнительного органа реле от переходных режи-мов в дифференциальной цепи. Две уравнительные обмотки реле используются для выравнивания магнитных потоков, обусловленных токами, проходящими в плечах дифференциальной защиты. При защите двухобмоточных трансформа-

48

торов обычно используется одна уравнительная обмотка (иногда используются обе обмотки).

б

Рис. 10. Реле типа РНТ-565: а) схема расположения обмоток; б) схема соединения обмоток

Расчет числа витков производят, исходя из условия обеспечения равенства намагничивающей силы. Для случая, изображенного на рис. 11, расчетное вы-ражение имеет вид: I2I (Wур + Wд) = I2II Wд. Для указанных значений токов и чи-сел витков обмоток: 4,55 (2 + 15) ≈ 5,2 × 15 т. е., 77,5 ≈ 78 А × витков.

КА

wв

wд

wурI

wурII

wкзс

I1

Iкз

Фс

wкзп=2wкзс

Фл≈Фс/2 Фп≈Фс/2

Фкзл Фкзп=2Фкзс

1

6 3

wурI

0 1 2 3 4 5 6

0 1 2 3 4 5 6

28 21 14 7 0

28 21 14 7 0 8 12 16 20 24 28 32

3 2 1 0

5 7 РТ

9 w١

кз Rкз

w١١кз

РТ

wв

Rш 10

11

12

а

2 4

49

Регулирование тока срабатывания реле РНТ производится изменением чис-ла витков дифференциальной обмотки. Намагничивающая сила срабатывания реле РНТ-565 составляет: Fср =100 ± 5 А × витков, следовательно ток срабаты-вания реле: Icр = 100 / Wд.

Значение тока срабатывания при включении только дифференциальной об-мотки может изменяться от Icр = 2,81 А (замкнуты гнезда 32 и 3) до Icр= 12,5 А (замкнуты гнезда 8 и 0). При включении в дифференциальную цепь последова-тельно двух обмоток, уравнительной и дифференциальной, ток срабатывания уменьшится.

6.2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ 6.2.1. ПРОГРАММА РАБОТЫ

1. Ознакомиться с устройством дифференциального реле типа РНТ-565, списать паспортные данные и начертить схему внутренних соединений;

2. Собрать схему для проверки намагничивающей силы срабатывания реле по рис. 12;

Рис. 12. Схема испытания реле типа РНТ-565

3. Установить гнезда на уравнительной обмотке так, чтобы ее витки были выведены из рабочей цепи. На дифференциальной обмотке установить задан-

Рис. 11. Подключение обмоток реле к трансформаторам тока

50

ное число витков и плавно, увеличивая ток в цепи, зафиксировать минимальное значение тока, при котором контакты реле надежно замыкаются – это значение тока является током срабатывания. Результаты занести в табл. 3;

Таблица 3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАМАГНИЧИВАЮЩЕЙ СИЛЫ

Wд Wд Wур Wур +Wд Измеряемые параметры 25 30 25 15+15

Ток срабатывания Iср, А Намагничивающая сила срабатывания Fср=IcpWуст, А × витки

По полученным данным сделать вывод о соответствии намагничивающей силы срабатывания заводским данным.

4. Собрать схему имитируемого участка защиты по рис. 13., строго соблю-дая полярность трансформаторов тока. Учитывая, что в лабораторных условиях трудно получить большие токи нагрузки, коэффициенты трансформаторов тока желательно установить следующими: на стороне низшего напряжения – 1, на стороне высшего напряжения – 0,4.

Подключить защищаемый трансформатор к сети. Записать показания ам-перметров РА1, РА2 (I2I, I2II);

Рис.13. Схема дифференциальной защиты силового трансформатора

5. Определить число витков дифференциальной и уравнительной обмоток РНТ: ток срабатывания защиты по условиям отстройки от броска намагничи-

вающего тока: Icз= (1…1,5) Iт. ном..

Число витков дифференциальной обмотки реле:

тcз

cp

cp

cpд К

IF

IFW == ,

51

где: Кт – коэффициент трансформации трансформатора тока для плеча защиты с большим током;

число витков уравнительной обмотки вычисляется по выражениям:

II

II22II

IIWW дур−

= при I2I > I2II;

II

I2II2I

IIWW дур−

= при I2II > I2I.

Так как в соответствии со схемой включения реле: Wосн= Wд,

Wрасч= (Wд + Wур), то отсюда легко определяются число витков дифференциальной и уравнитель-ной обмоток, которое и необходимо установить на реле РНТ;

6. Предъявить собранную схему с установленными уставками дифференци-ального реле для проверки преподавателю. Включить ее;

7. Создать искусственное короткое замыкание вне и в зоне действия защиты и убедиться в четком срабатывании всех элементов схемы.

6.3. ПЕРЕЧЕНЬ ОБОРУДОВАНИЯ И АППАРАТУРЫ 1. Три амперметра переменного тока со шкалой 10А; 2. Два реостата 10 Ом, 4,5А; 3. Реле РТН-565; 4. Промежуточное РП-25; 5. Трансформатор ОСОВ 220/36 В; 6. Два трансформатора тока И54 М; 7. Ламповый реостат; 8. Латр; 9. Реостат 13 Ом, 5А; 10. Отвертка.

6.4. ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА Отчет по лабораторной работе должен содержать: 1. Паспортные данные и схема внутренних соединений реле РНТ-565; 2. Схема и параметры необходимые для проверки; 3. Схема дифференциальной защиты силового трансформатора; 4. Расчет количества витков дифференциальной и уравнительной обмоток реле

РНТ-565; 5. Выводы по работе и ответы на вопросы.

6.5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Назначение быстронасыщающегося трансформатора БНТ в реле РНТ. 2. Назначение уравнительных обмоток в реле РНТ. 3. Как настроить реле РНТ-565 на заданный ток срабатывания? 4. Достоинства и недостатки продольной дифференциальной защиты. 5. К чему приводит обрыв соединительного кабеля в плече дифференциаль-

ной защиты?

52

7. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 НАЛАДКА И ИСПЫТАНИЯ НАПРАВЛЕННОЙ ЗАЩИТЫ

НА ПЕРЕМЕННОМ ОПЕРАТИВНОМ ТОКЕ 7.1. ПОДГОТОВКА К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

7.1.1. ЦЕЛЬ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ Изучить схема направленных токовых защит, получить практические навыки

по сборке и настройке направленной защиты на переменном оперативном токе. 7.1.2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА

Необходимость в применении направленных защит возникает в сетях с двухсторонним питанием и кольцевых сетях, где без учета направления мощно-сти (тока) короткого замыкания невозможно обеспечить селективное действие защиты. Схемы направленной максимальной токовой защиты в общем случае состоит из трех основных органов:

1) пускового органа, функцию которого выполняет токовое реле, реаги-рующее на появление короткого замыкания;

2) органа направления мощности; 3) органа выдержки времени. При проектировании защит руководствуются следующими принципами: • устанавливать защиты с обеих сторон защищаемой линии так, чтобы они

действовали при направлении мощности короткого замыкания от шин в линию; • выдержки времени на защитах, работающих при одном направлении

мощности, согласовывать между собой по ступенчатому принципу, увеличивая их по направлению к источнику питания, от тока которого действуют рассмат-риваемые защиты.

Защита может выполняться как на постоянном, так и на переменном опера-тивном токах. В настоящее время наибольшее распространение в сетях 6–10 кВ получили схемы защиты на переменном оперативном токе с дешунтированием электромагнитов отключения. В этих схемах помимо трех основных органов (пускового, направления мощности и выдержки времени) используются про-межуточные реле РП-341, мощные контакты которых осуществляют шунтиро-вание и дешунтирование электромагнитов отключения выключателей.

Перед выполнением настоящей лабораторной работы и сборкой испыта-тельной схемы необходимо познакомиться с устройством и внутренней схемой реле РП-341. Особенностью промежуточного реле РП-341 является то, что оно включается непосредственно в цепь вторичной обмотки трансформатора тока. Схема внутренних соединений реле приведена на рис. 14.

В реле вмонтировано электромагнитное реле постоянного тока, обмотка 1 которого для снижения мощности, потребляемой электромагнитом, включается на выход выпрямительного моста. Выпрямительный мост подключается ко вто-ричной обмотке 2 насыщающегося трансформатора, первичная обмотка кото-рого имеет две секции, выведенные на зажимы 8–12 и 10–14. В зависимости от

53

соединения этих секций ре-ле имеет две уставки по то-ку срабатывания: 2,5 А – при последовательном со-единении и 5 А – при па-раллельном. Назначение промежуточного насыщаю-щегося трансформатора – обеспечить термическую стойкость реле при токах короткого замыкания. Для защиты выпрямительного моста от пиков напряже-

ния, возникающих при насыщении трансформатора, вторичная обмотка по-следнего зашунтирована конденсатором. Электромагнитное реле постоянного тока имеет два переключающих контакта 3 и 4, при помощи которых про-изводится дешунтирование отключающего электромагнита и включение его в цепь трансформатора тока. В схеме защиты реле РП-341 управляется (приво-дится в действие) замыкающим контактом реле тока или реле мощности. Упо-мянутый замыкающий контакт подключается к зажимам 11 и 13. В эту же цепь последовательно с замыкающим контактом может включаться указательное реле РУ-21/0,05. Переключающий контакт 4 усиленной мощности выполнен та-ким образом, что сначала замыкается замыкающий контакт и подготавливает цепь отключающего электромагнита, а затем размыкает контакт, закорачиваю-щий до этого вторичную обмотку трансформатора тока, после чего по электро-магниту отключения начинает проходить ток, и происходит отключение. Схема включения контактов совместно с электромагнитом отключения и трансформа-тором тока приведена на рис. 15. Реле тока и мощности из схемы опущены.

В лабораторной работе в каче-стве защищаемой линии соби-рается однофазная цепь, пи-тающая от лабораторной сети ламповый реостат, сопротив-ление Rн которого имитирует

нагрузку линии, а параллель-ное подключение Rк.з. – имити-рует искусственное короткое замыкание (рис. 16, а). Для включения реле за-щиты линия оборудована измерительными трансформаторами ТТ и ТН.

Токовое реле РТ -80 играет в схеме защиты одновременно роль пускового органа и органа выдержки времени. В качестве органа направления мощности используется реле мощности РБМ-171. Необходимо обратить внимание на не-

Рис. 15. Схема включения контактов реле РП-341

Рис. 14. Схема внутренних соединений РП-341

54

которую условность учебно-лабораторной установки. В реальных условиях вы-соковольтная линия отключается от шин подстанций выключателем.

Рис. 16. Схема направленной МТЗ

Отключающие электромагниты привода данного выключателя являются ис-полнительным органом схемы релейной защиты, как это показано, например на схеме дешунтирования (см. рис. 15). В условиях учебной лаборатории ими-тируемая линия подключается и отключается от сети контактором, кнопки "Пуск" и "Стоп" которого выведены на переднюю панель. В связи c этим в схе-ме защиты (рис. 16, в) дешунтирование отсутствует и используется только один размыкающий контакт реле РП-341, вмонтированный в цепь управления кон-тактора последовательно с кнопками управления. Указанный контакт выведен на зажимы 3–5 реле. При имитации короткого замыкания и срабатывании за-щиты этот контакт разрывает цепь управления (цепь питания катушки кон-тактора) и контактор отключает линию подобно тому, как отключение проис-ходит при нажатии на кнопку "Стоп".

7.2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ 7.2.1. ПРОГРАММА РАБОТЫ

1. Ознакомиться с конструкцией и схемой внутренних соединений реле РП-341. 2. Собрать схему защищаемой линии по рис. 16, а, подключив дополнительно

амперметр и определить предварительно коэффициенты трансформации ТТ и ТН. После проверки схемы преподавателем подать напряжение и измерить ток на-грузки и ток имитируемого короткого замыкания.

3. Снять напряжение с защищаемой линии. Определить ток срабатывания токового реле при заданном преподавателем коэффициенте трансформации

г) цепь постоянного тока промежуточного реле и указательного реле

а) схема первичных соединений защищаемой однофазной линии: Рн – сопротивление нагрузки линии; Рк.з. – сопротивление для имитации

короткого замыкания;

в) цепи трансформаторов тока, контакт РП располо-жен в цепи управления контактора защищаемой линии;

б) цепь напряжения, питающаяся от трансформатора ТН;

55

трансформатора тока. Оп-ределить ток срабатыва-ния реле РП-341 и решить вопрос о соединении меж-ду собой секций первич-ной обмотки насыщающе-гося трансформатора. На-строить реле на вычис-

ленные уставки срабатывания. Уставку времени рассчитать, исходя из следую-щего условия: защита воздействует на выключатель 3 линии с двухсторонним питанием (рис. 17). 4. Собрать схему направленной максимальной токовой защиты. Предъявить схему для проверки преподавателю. 5. Проверить взаимодействие органов защиты при возникновении короткого замыкания, добиться четкого срабатывания всех реле защиты и выключателя линии.

7.3. ПЕРЕЧЕНЬ ОБОРУДОВАНИЯ И АППАРАТУРЫ 1. Трансформатор тока И54М. 2. Трансформатор напряжения УТН-1. 3. Ламповый реостат (одна лампа 100 Вт и одна 500 Вт). 4. Отвертка. 5. Испытательный стенд с вмонтированным реле и измерительными приборами.

7.4. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА Отчет должен содержать: 1. Паспортные данные используемых реле. 2. Развернутая схема направленной МТЗ. 3. Расчет и определение необходимых параметров (ток срабатывания, уставки

времени) выставляемых на реле. 7.5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назначение токового реле и реле мощности в схемах направленной защиты. 2. Расчет выдержек времени срабатывания направленной защиты. 3. Определение токов срабатывания токовых реле в направленной защите? 4. Особенности работы защиты в кольцевой сети с одним источником питания. 5. Нарисовать схему внутренних соединений промежуточного реле РП-341. 6. Как проверить правильность фазировки реле направления мощности?

В отчете дать письменные ответы на поставленные вопросы, нарисовать схему направленной МТЗ.

Рис. 17. Линия с двухсторонним питанием.

56

ЛИТЕРАТУРА

1. Беркович М. А., Молчанов В. В. Семенов В. А. Основы техники релейной защиты. – М.: Энергоатомиздат, 1985.

2. Барзам А. Б., Пояркова Т. М. Лабораторные работы по релейной защите и автоматике. – М.: Энергоатомиздат, 1984.

3. Чернобровов Н. В. Релейная защита. – М.: Энергия, 1978. 4. Далматов Н. И. Релейная защита и автоматизация систем электроснабжения. – Л.:

ЛВВИСКУ, 1989. 5. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). – М.: Энергоатомиздат, 1999. 6. Правила эксплуатации электроустановок потребителей (ПЭЭП). – М.: Энергоатомиз-

дат, 1992.