48542

Элементы автоматических устройств электрических систем

Конспект

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Сравнивает ток реле и ток уставки: Iр Iуст. Элемент воздействия выходные реле. ТЕМА: РЕЛЕ Реле – элемент сравнивающий входную величину с заданной уставкой. Элементарное реле имеет одну входную величину и может принимать два значения: 0 и1.

Русский

2013-12-17

5.83 MB

9 чел.

ТЕМА: ВВЕДЕНИЕ

ЭАУ ЭС – элементы автоматических устройств электрических систем.

Элементы автоматики,

Элементы РЗ.

3 режима работы энергосистемы:

  1.  Нормальный (рабочий)
  2.  не  требует вмешательства РЗА и оперативного персонала;
  3.  может продолжаться бесконечно долго;
  4.  качество электроэнергии соответствует нуждам потребителей.
  5.  Аномальный
  6.  требует вмешательства автоматики и оперативного персонала;
  7.  может длиться в пределах ограниченной устойчивости энергосистемы, пока это безопасно для людей;
  8.  его развитие может привести к потере питания потребителей, порче оборудования. Например: качение, неполнофазный режим, однофазное замыкание на землю в сетях 6-10 кВ.
  9.  Аварийный

1)  требует вмешательства РЗ;

2)   должен быть устранён в течение минимального времени;

3)   приводит к порче оборудования, представляет опасность для людей. Например, различного рода КЗ.

Этапы развития элементарной базы:

  1.  Электромеханическая. Основана на индукционных процессах.

“+”: простота, дешевизна, высокое быстродействие;

“-“:  низкая надёжность, плохая регулировка.

  1.  Электростатическая (полупроводниковая). В отличие от электромеханической базы не содержит подвижных частей.

“+”: надёжность, более точное задание уставок, чем в (1);

“-“:  требует внешнего источника питания, низкий срок эксплуатации.

  1.  Микропроцессорная.

“+”: высокофункциональность, встраиваемость в АСУ ТП, возможность

регистрации.

“-“: дороговизна, низкий диапазон использования, требует внешнего

источника питания, низкая готовность к работе, низкое быстродействие.

Основные элементы автоматики:

  1.  Измерительные преобразователи (ТТ, ТН).

ТН

Индукционные

“+”: искажение по напряжению минимальное;

“-“: требует дорогой, хорошей изоляции.

Ёмкостные

“+”: практически не боится пробоя, если происходит пробой, то из строя выходят только конденсаторы;

“-“: чувствителен к переходным процессам.

Вторичное напряжение любого ТН: Uл = 100 В, Uф = 100/ В.

Нагрузочная способность:

ТТ – все индукционного типа.

ТТ

ТТ

используется практически везде;

коэффициент трансформации нормирован:

КТ = …/ 1 или 5

ТТ нулевой последовательности

Используется в сетях 6-10 кВ с изолированной нейтралью для контроля замыканий на землю;

ставится на броню кабеля;

КТ не нормирован и зависит от того, как точно в середине установлен ТТ НП: КТ = 25-30.

6-10 кВ – предел насыщения 80Iн;

110 кВ и выше – предел насыщения 40Iн.

Погрешность ТТ по амплитуде:

δам = 10% - для РЗА;

δам = 0,5% - для обмотки коммерческого учёта.

Угловая погрешность ТТ:

γ = 3-5%

Нагрузочная способность:

  1.  Фильтры: аналоговые;

цифровые.

  1.  Устройство памяти.
    1.  Измерительный орган (элемент сравнения). Сравнивает ток реле и ток уставки:

Iр > Iуст.

  1.  Элемент выдержки времени.
    1.  Элемент логики.
    2.  Элемент воздействия (выходные реле).

ТЕМА: ФИЛЬТРЫ

  1.  Частотные. Пропускают основные гармонические составляющие, которые нам нужны, а другие задерживают. Например: А(ω) – АЧХ; φ(ω) – ФЧХ; W(p) – передаточная функция; V(δ) – единичная функция.
  2.  Информационные. Выделяют основную информацию. Например: фильтры нулевой, обратной последовательностей.
  3.  Адаптивные. Работают с динамическими величинами, реагируют на изменение входного сигнала. Например: .

По способу реализации вышеперечисленные фильтры:

  •  цифровые - входной сигнал дискретный;
    •  аналоговые – входной сигнал постоянный.

Частотные фильтры

  1.  ФНЧ (фильтр низких частот)

                    

k(ω) =  - коэффициент прозрачности фильтра;

К3 = 0,1;

Чем лучше фильтр, тем ближе ω и ω3р.

Т-образная схема замещения:

0 ≤ ffсреза

fсреза = ;

;   ;

П-образная схема замещения:

  1.  ФВЧ (фильтр высоких частот)

 

Т-образная схема замещения:

 fсрезаf ≤ ∞;     

;    ;

.

П-образая схема замещения:

  1.  ПФ (полосовой фильтр)

Пропускает все частоты, входящие в диапазон ω1 ÷ ω2.

Т-образная схема замещения:   П-образная схема замещения:

  

f1 ≤ f ≤ f2;

f1,2 = ;

;

;   ;

;   ;

;   .

  1.  ЗФ (заграждающий фильтр)

Пропускает все частоты кроме тех, которые входят в интервал ω1 ÷ ω2.

Т-образная схема замещения:   

0 ≤ ff1

f2f ≤ ∞;

;

;

; ;

; ;

; .

;

n – порядок фильтра.

Чем больше n тем ближе фильтр к идеальному.

k-фильтры – это фильтры, которые описываются при помощи Т- и П-образных схем замещения. Все вышеперечисленные частотные фильтры – это k-фильтры.

m-фильтры – это фильтры, которые описываются при помощи Г-образных схем замещения. Часто применяют m-фильтры, соединённые в цепочку:

;

;

m – количество звеньев.

Дискретный сигнал

Сигналы:

  1.  непрерывный - определён в любой момент времени;
  2.  дискретный по времени - определён в дискретный момент времени;
  3.  дискретный по величине - определён в любой момент времени, имеет ряд фиксированных значений;
  4.  дискретный.

ТЕМА: АНАЛОГОВО-ЦИФРОВОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СИГНАЛА

Основные характеристики АЦП:

  1.  реализация;
  2.  метод преобразования;
  3.  способ округления;
  4.  смещение нуля;
  5.  погрешность;
  6.  частота дискретизации.

  1.  Различают следующие виды реализации АЦП:

а) модульные,

б) гибридные,

в) полупроводниковые.

Гибридные АЦП являются наиболее быстродейственными, но в то же время и самыми дорогими.

95% всех АЦП на сегодняшний день – это полупроводниковые АЦП. Они дешевы и менее быстродейственны по сравнению с гибридными.

 АЦП модульной реализации на сегодняшний день практически не выпускаются.

Структура АЦП имеет вид:

ДУ – дискретизирующее устройство – разбивает сигнал на равные промежутки времени:

КВУ – квантирующее устройство - разбивает сигнал по уровням:

КДУ – кодирующее устройство.

  1.  Выделяют следующие методы преобразования:

а) прямое (параллельное) преобразование,

б) метод последовательного приближения,

в) метод интегрирования.

В зависимости от заложенной в АЦП структуры применяется тот или иной метод.

а) Метод прямого преобразования используется в АЦП, где требуется быстродействие и невысокая точность. Главным недостатком таких АЦП является дороговизна. Так для изготовления восьмиразрядного устройства требуется 256 компараторов. По этой причине производят шести- или восьмиразрядные АЦП.

б) В АЦП, реализующих метод последовательного приближения, используется всего один компаратор.

Устройство АЦП имеет вид:

Рассмотрим принцип действия.

Предположим, заданная величина равна 0,75Uп. Если ЦАП передает компаратору 0,5Uп, то компаратор сообщает, что 0,5Uп<0,75Uп. Тогда ЦАП увеличивает напряжение на половину оставшегося, т.е. на 0,25, и соответственно передает величину, равную 0,75Uп. Компаратор вновь сравнивает полученное значение с заданным. В случае равенства этих величин РПП сообщает КДУ, что преобразование закончено.И мы имеем результат.

Достоинство таких АЦП – их дешевизна.

в) Метод интегрирования применяется только для гибридных схем.

Здесь аналоговый сигнал преобразуется в частоту. Так если на входе был сигнал напряжения, то на выходе будет сигнал напряжения, но с какой-то заданной частотой.

Достоинство таких АЦП – высокая разрешающая способность.

Недостатки – низкое быстродействие и низкая помехозащищенность

3. Способ округления рассмотрим на примере двухразрядного АЦП.

а) Округление по минимальному значению. Если величина входного сигнала меньше 1, то округление производится в сторону 0, а если больше 1, то  в сторону 1.

б) Округление по максимальному значению. Если величина входного сигнала меньше 1, то округление производится в сторону 1, а если больше 1, то  в сторону 2.

в) Математическое округление. Если величина входного сигнала больше 0, то округление происходит в большую сторону, а если меньше 0,5, то в меньшую сторону.

Каждое АЦП имеет порог чувствительности – минимальное значение, при котором  на выходе появляется хотя бы одна единичка:

Xп.ч.=∆X  для округления по минимальному значению (если величина меньше веса разряда, то АЦП не реагирует):

Xп.ч.=0,5∆X  для математического округления и округления по максимальному значению.

  1.  Смещение нуля. 

       

X=V/2N , X{n}є(0,2N) – без смещения нуля:

X=V/2N-1, X{n}є(-2N-1,2N-1) – со смещением нуля.

АЦП со смещением нуля позволяет получить двухполярный сигнал, но при этом мы теряем 1 бит разряда, вследствие чего имеем меньшую точность.

АЦП без смещения нуля позволяет получить однополярный сигнал, но с большей точностью.

  1.  АЦП имеет свои погрешности. Любую выборку можно представить целым количеством ступеней:

Xi=n·∆X=X±∆k,

n – номер ступени,

X – вес разряда,

k – погрешность квантования, ∆k=0, если входной сигнал постоянен, и его уровень делится на целое число.

Все АЦП нелинейные.

Нелинейность характеризуется отклонением реальной характеристики преоб-разования от идеальной.

Чтобы уменьшить δн (нелинейность), АЦП делают с функцией линеаризации.

Идеального питания не существует, поэтому это может вызвать погрешность.

Абсолютная погрешность – погрешность АЦП, возникающая при изменении питания. Отклонение питания на 1% приводит к 1% погрешности.

Дифференциальная нелинейность – погрешность, связанная с нелинейностью преобразования, определяется отклонением приращения величины входного сигнала к величине выходного сигнала.

6. АЦП никак не ограничивает частоту дискретизации.

Но частота дискретизации для АЦП последовательного приближения всегда должна быть меньше 1/TАЦП.

ТЕМА: ФИЛЬТРЫ ОРТОГОНАЛЬНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ.

Существует 4 основных преобразования.

F(ω) – множество функций одной переменой,

G(t) – множество функций другой переменной.

F(ω)      G(t) – функциональное преобразование.

Типичный пример функционального преобразования – фильтр Фурье.

Например, имеется переменная функция времени f(t). С помощью преобразования можно получить функцию от частоты.

Преобразования Фурье для непрерывных функций:

  1.  Ряды Фурье.

Рядом может быть представлена периодическая функция f(t)=f(t+n·T), T – период,

n є Z, удовлетворяющая условиям Дирихле:

  •  ограниченность,
  •  кусочная непрерывность, т.е. функция может содержать разрывы первого рода,
  •  конечное число экстремальных значений на периоде,
  •  в любой точке периода должна находиться производная.

Если функция удовлетворяет всем перечисленным условиям, то она может быть представлена в виде:

Используя ряды Фурье, мы непрерывную функцию раскладываем в дискретный спектр сигнала:

  1.  Интеграл Фурье.

Если функция непериодическая и удовлетворяет всем условиям Дирихле, то она может быть представлена в виде интеграла Фурье.

Для непрерывной, но не периодической функции получаем аналитическое описание спектра.

Свойства преобразования Фурье:

  1.  зеркальность: F(-ω)=F(ω);
  2.  линейность: α·f(t)+β·g(t)↔α·F(ω)+β·G(ω);
  3.  сдвиг во временной области: f(t-t0)↔e-t0 ·F(ω)

                                                    et0·f(t)↔F(ω-ω0)  - сдвиг по частоте;

  1.  масштабирование: f(α·t)↔1/│α│·F(ω/α);
  2.  дифференцирование: f'´(t)↔jωF(ω)

         f‌ (n)(t)↔()n·F(ω);

6)  интегрирование: ∫f(t)dt↔F(ω)/jω.

‌‌      

 

Дискретное преобразование Фурье:       

  1.  Дискретное во времени преобразование (DIFT).

N – длина выборки,

ω – период сигнала (по сути, это длина выборки),

ωS – чстота дискретизации (количество выборок в единицу времени),

        .

Обратное преобразование:  .

С помощью этого преобразования можно любой непериодический сигнал разложить в ряд Фурье, если период этой функции соответствует длине этой выборки.

2) Дискретно-временные ряды Фурье (DTFS).

Необходимо, чтобы  количество выборок N соответствовало периоду T: N=T.

В этом случае

                           

k – гармоника,

n – номер отсчета.

Свойства дискретного преобразования:

  1.  линейность: f{n}+g{n}↔F[k]+G[k]
  2.  сдвиг во времени : f{n-n0}→F[k]∙ ,

         .

Теорема отсчетов:

Если функция f(t) не содержит частот выше fMAX, то она полностью определяется последовательностью своих значений в моменты времени, отстоящие друг от друга на ∆t=π/fMAX.

Следствие из теоремы:

Частота дискретизации должна быть больше частоты самого высокочастотного сигнал, содержащегося в выборе  f{n} как минимум в два раза, чтобы избежать наложения спектра, то есть .

Во избежание наложения спектра используют фильтр низких частот, который пропускает все частоты до ωd/2 и задерживает частоты выше ωd/2.

 


Таблица: ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ФУРЬЕ

Преобразование

Время

Частота

Анализ. Синтез

Вход

Спектр

1. Интеграл Фурье (CTFT)

Непрерывно

Непрерывная

2. Ряд Фурье (CFTS)

Непрерывное периодическое

Дискретная

3. Дискретное во времени (DTFT)

Дискретное

Непрерывная периодическая

4. Дискретно-временной ряд (DTFS)

Дискретное периодическое

Дискретное периодическое


ТЕМА: ФИЛЬТРЫ СИММЕТРИЧНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ

Фильтром симметричных составляющих называется измерительный преобразователь, который преобразует трёхфазные несимметричные составляющие в симметричные.

Существует два типа ФСС:

  1.  Простые (наиболее распространённые)

  1.  Комбинированные

В зависимости от способа реализации ФСС бывают:

  1.  Пассивные. Состоят из активных и реактивных элементов, не требуют внешнего источника питания.
  2.  Активные. Строятся из полупроводниковых элементов, требуют внешнего источника питания.
  3.  Цифровые. Строятся на базе микропроцессорных устройств.

  1.  Пассивный фильтр напряжения обратной последовательности.

,

где  - оператор поворота.

;

;

.

Резистивно-конденсаторный фильтр напряжения обратной последовательности:

   

Параметры фильтра:

;

; k>>1.

Если на фильтр подать симметричный сигнал, то выход его будет нулевым.

Если подать обратный сигнал:

 

;

.

  1.  Фильтр тока обратной последовательности. Трансреакторный фильтр ZA

w1’ – для компенсации тока нулевой последовательности.

; .

  1.  Фильтр тока нулевой последовательности

Устройства РЗ делятся на:

  1.  проходные (У1, У2);
  2.  конечные (У3).

Для цепей с глухозаземлённой нейтралью фильтров токов нулевой последовательности нет, ток нулевой последовательности находится в них физически, как сумма токов.

 

В сетях с изолированной нейтралью используются ТТ нулевой последовательности, которые надеваются на броню кабеля.

  1.  Фильтр напряжения нулевой последовательности

Фильтр напряжения нулевой последовательности может быть реализован в ТН.

Трёхфазный ТН:     Однофазные ТН:

  

 

Достоинства пассивных фильтров:

  1.  не требует внешнего источника питания;
  2.  просты в исполнении;
  3.  относительно дешёвые;
  4.  работают практически мгновенно.

Недостатки:

  1.  достаточно высокий небаланс, обусловленный тем, что параметры элементов, входящих в фильтр, различны.
  2.  Сложность регулировки.
    1.  Цифровые фильтры симметричных составляющих

  1.  

;

;

.

  1.  

2·π = Т = 20 мс;

φ = tвв;

tвв = φ·Т/2·π – выдержка времени.

Фильтр 1) более быстродействующий, чем фильтр 2).

Достоинства ЦФСС:

  1.  нужен как минимум период сигнала для выделения СИМС.

Недостатки:

  1.  фильтр даёт на выходе чистую величину, не пропорциональную чему-либо.

ТЕМА: РЕЛЕ

Реле – элемент, сравнивающий входную величину с заданной уставкой.

Элементарное реле имеет одну входную величину и может принимать два значения: 0 и1.

Параметры реле:

  1.  уставка,
  2.  коэффициент возврата – отношение величины возврата реле к величине срабатывания: . Позволяет избежать дребезга.

  1.  тип реле по действию.

Выделяют реле максимального действия и реле минимального действия.

Для первого кв<1 (РТ-40), для второго кв>1 (как правило, реле напряжения).

  1.  тип выходных контактов:

нормально замкнутые.

нормально разомкнутые.

  1.  время срабатывания реле.

Обусловлено для индукционного реле скоростью вращения диска,

для электромагнитного – инерционностью пружины, полупроводниковых –скоростью   прохождения сигнала от входа к выходу.

По функциональному исполнению реле делятся на односистемные (реле тока, включенное в одну фазу) и многосистемные (используются только в трехфазных системах – например, реле тока нулевой последовательности).

По назначению реле подразделяются на:

  1.  измерительные – для сравнения входных величин с уставками,
  2.  промежуточные (РП-40, РП-54) – для гальванической развязки двух устройств, а также для усиления сигнала.

У таких реле отсутствует уставка, зато есть минимальный ток срабатывания.      Предъявляются высокие требования по быстродействию.

  1.  указательные – фиксация факта срабатывания.

Замыкание контакта сопровождается падением флажка. Иногда вместо флажка используются светодиоды.

По конструктивному исполнению реле бывают

  1.  электромеханические – составляют на сегодняшний день 95% от всех реле,
  2.  полупроводниковые – составляют 2%,
  3.  цифровые – составляют 3%.

  1.  Электромеханические реле.

По принципу действия подразделяются на реле электромагнитные и индукционные.

В свою очередь электромагнитные реле бывают на постоянном токе и переменном.

а)  Работа электромагнитного реле на постоянном токе основана на том, что под действием тока в магнитопроводе возникает магнитное поле.

Электромагнитная сила F с помощью уравнения Максвелла может быть записана в виде:  где Sδ – сечение магнитопровода.

При увеличении В растет F, и реле защелкивается.

Недостатком реле такого типа является нестабильный коэффициент возврата, завися-щий от остаточной намагниченности магнитопровода.

Электромеханическое реле применяется как промежуточное реле для схем на постоянном оперативном токе или как указательное реле.

б) Принцип действия электромагнитного реле на переменном токе тот же, что и для реле на постоянном токе: переменный ток вызывает переменный поток в магнитопроводе

.

Так  как , то

Дребезжание реле не наблюдается, поскольку не меняет знака.

Электромагнитная сила может быть разложена на две составляющие: постоянную и переменную

Если на вход реле ток подается от источника тока, то имеем реле тока, а если от источника ЭДС - реле напряжения.

Рассмотрим примеры.

РТ-40 – реле переменного тока – имеет один нормально разомкнутый и один нормально замкнутый контакты и две обмотки.

Время срабатывания такого реле tср=0,1 с при  I=1,2*Iуст и tср=0,03 с при  I=3*Iуст.

Коэффициент возврата зависит от кратности поданного тока и находится в диапазоне

кв=0,7-0,85.

РТ-40/Р – используется в устройстве резервирования отказа выключателя.

tср=0,025 с

Для срабатывания реле достаточно, чтобы ток превысил уставку в одной из фаз.

Иногда устанавливают конденсатор для того, чтобы частично компенсировать индуктивность и уменьшить электрическую постоянную.

РТ-40/Ф

RС - цепочку используют для отстройки от гармонических составляющих высших гармоник, иначе говоря, встроен ФНЧ.

tср=0,25 с.

РН-51 – реле максимального напряжения – имеет один нормально разомкнутый контакт и две обмотки.

tср=0,15 с при U=1,2*Uср и tср=0,03 с при U=3*Uср.

Отличие реле напряжения от реле тока состоит лишь в том, что для первого входное сопротивление должно быть очень высоким, а для второго, напротив, равным нулю (в идеале).

в)  Действие индукционного реле основано на использовании сил, возникающих при взаимодействии переменных магнитных потоков и индуктированными ими токами в подвижной системе реле.

Fэм=L*I*B*sinβ, β=90º.

В реле вместо проводника используют алюминиевый диск, который является проводящим замкнутым контуром.

Вместо силы используют момент вращения М: М=k*Im*Фm*sinωt*sin(ωt-φ), 

где φ – угол сдвига тока в проводнике относительно индукции.

Вектор  наводит ЭДС, которая генерирует вихревой ток.

, ψ=90º, Т – период промышленной частоты.

Среднее значение момента за период равно нулю.  Поэтому диск крутиться не будет. Чтобы диск вращался, магнитопровод делят на два.

Сдвиг векторов достигается за счет короткозамкнутого витка (ψ≠90º).

Чем больше ток, тем быстрее вращается диск.

Достоинством реле индукционного типа является возможность задания токозависимой выдержки времени.

Как правило, эти реле реагируют на угол, например, реле мощности.

  1.  Полупроводниковые реле.

Основаны на схеме компаратора.

Для пассивного источника:

Uвых=0, когда Е1=Е2уст.

Полупроводниковые промежуточные реле выполняют по двум принципам:

  1.  полупроводниковые ключи.
  2.  оптореле (оптронная развязка).

  1.  Цифровые реле.

Коэффициент возврата таких реле можно задавать самим, но он должен быть не менее 0,95.

РТ-80

На основе этого реле выполняется токовые защиты линии. А именно:

а) токовая отсечка; срабатывает при превышении уставки без выдержки времени;

б) максимальная токовая защита (МТЗ); срабатывает также при превышении уставки, но с выдержкой времени.

Логическая схема цифровой защиты:

Токовая отсечка в сетях с глухозаземлённой нейтралью включается в каждую фазу (трёх системное исполнение).

В сетях с изолированной нейтралью (6-35 кВ) токовая отсечка включается в две фазы.

МТЗ делают, как правило, многоступенчатой:

0,2·l – зона действия ТО (без выдержки времени);

0,2·l - 0,8·l – зона действия МТЗ первой ступени;

0,8·l и далее – зона действия второй ступени МТЗ.

ТТО < T1 < T2

Выдержка времени

  1.  Выдержка времени срабатывания (ВВС)
  2.  

Выдержка времени на возврат (ВВВ) 

  1.  ВВС (I) – токозависимая выдержка времени
  2.  Импульсный таймер – выдаёт импульс заданной длины.

RS-триггер (защёлка)

Варьируя коэффициенты k1, k2, k3, k4, можно получить практически любую токовую выдержку времени.

ТЕМА: РЕЛЕ НАПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТИ РНМ

РНМ – это реле с двумя подводимыми величинами.

  1.  Реле направления активной мощности

Например: РБМ-171

Работает на индуктивном принципе, имеет четырёхполюсную магнитную систему.

М = f(U, I, φp).

Если φp = φмч, то момент максимальный.

φмч – угол максимальной чувчтвительности.

Основные характеристики РНМ:

  1.  угол максимальной чувствительности

  1.  характеристика срабатывания;
  2.  Вольт-амперная характеристика.

Ток точной работы – это минимальный ток, менее которого реле работать не будет, или ток, при котором погрешность срабатывания реле не превышает 10%.

Полупроводниковое РНМ

Ищутся участки сигналов с однополярными знаками и интегрируются

Цифровое РНМ

;

;

.

Характеристика срабатывания цифрового реле:

В отличие от электромеханических реле цифровые РНМ имеют практически прямоугольную характеристику срабатывания.

;

.

  1.  Реле направления реактивной мощности

.

Реле направления реактивной мощности применяются для контроля работы СК и КШБ.

  1.  Реле направления мощности нулевой последовательности,

обратной последовательности,

прямой последовательности.

Данные реле исполняются пофазно.

Реле направления мощности нашли широкое применение в дистанционной защите, в направленной высокочастотной защите, в токовой направленной защите максимальной мощности.

Устройства РНМ:

  1.  ТНЗ НП – токовая направленная защита нулевой последовательности – используется в сетях с глухозаземленной нейтралью 110 кВ и выше.

Схема замещения нулевой последовательности:

КЗ в зоне

КЗ за спиной

φ зависит от эквивалентного сопротивления за спиной.

Сигнал, что КЗ за спиной используется для ускорения логики защиты.

Для случая

, при → 0  → 0. Защита не будет реагировать, поэтому нужно компенсировать напряжение, для чего и вводят - сопротивление смещения:

.

Смещенная ВАХ выглядит следующим образом

  1.  НМТЗ –направленная максимальная токовая защита.

  1.  ВЧ – защита – высокочастотная направленная защита.

Если первые две ранее указанные защиты – это защиты с относительной селективностью, то ВЧ – защита - с абсолютной селективностью.

ВЧ – защита содержит два элемента:

  1.  РНМ ОП – реле направления мощности обратной последовательности
  2.  ПРТ – пусковое реле тока ( содержатся РТ НП, РТ ОП, РТ ПП).

Защита состоит из двух полукомплектов. Применяется в сетях 110 кВ и выше.

ВЧ – защиту подразделяют на:

  1.  блокирующую
  2.  разрешающую.

Рассмотрим схему

Блокирующая ВЧ – защита.

Если РНМ определит КЗ 1 или КЗ 2, то будет выдан сигнал на отключение линии.

Блокирующая схема более медленная, поскольку необходима выдержка времени для проверки придет сигнал на запрет с противоположной стороны или нет.

Достоинством защиты является то, что эта защита отключит ЛЭП, даже если при КЗ был поврежден ВЧ – канал.

Разрешающая ВЧ – защита.

Достоинство схемы – отсутствие выдержки времени. Недостаток схемы – неотключение КЗ в случае отсутствия сигнала разрешения (например, порвался ВЧ – канал).

За рубежом распространение получила разрешающая защита, в Росси – блокирующая

  1.  Защита двигателей (АД, СД).

Защита на 6-35 кВ.

Использовать в этом случае РТ нельзя, т.к. при КЗ за спиной оно работать не будет, поскольку будет подпитка тока со стороны АД, который в этом режиме не потребляет нагрузку, а выдает. А это опасный режим для АД. поэтому используют следующую схему

  1.  Автоматический ввод резерва.

ТЕМА: РЕЛЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Принцип выполнения РС аналогичен принципу выполнения РНМ.

Параметры РС:

  1.  Характеристика срабатывания

Круговая ненаправленная характеристика

(Zуст)

Круговая направленная характеристика

(Zуст, φмч)

Эллиптическая характеристика

Полигональная характеристика

Круговая ненаправленная характеристика.

Простая, но ненаправленная, поэтому может использоваться в качестве пусковых органов или для защит тупиковых линий.

Описывается как .

Круговая направленная характеристика или со смещением.

Описывается неравенством , .

Это более сложная в реализации характеристика. Она обладает низкой чувствительностью к переходному сопротивлению.

Эллиптическая характеристика.

Используется в избирателе поврежденной фазы.

Более сложная и  менее чувствительная к переходному сопротивлению  характеристика.

Это узконаправленная характеристика.

Можно использовать две круговые характеристики со смещением вместо эллиптической

и тогда ее можно описать как

.

Полигональная характеристика.

а) Треугольная характеристика

Используется для защит дальнего резервирования (ШДЭ 2801, ШДЭ 2802).

Защита дальнего резервирования предполагает отключение КЗ за трансформатором.

Хт>>Хл. Чтобы характеристика защиты трансформатора не затрагивала характеристику защиты линии, используют треугольную характеристику. Описание полигональной характеристики – это система уравнений, описывающих прямые характеристики.

б) Четырехугольная характеристика.

Достоинство такой характеристики заключается в одинаковой чувствительности к переходному сопротивлению по всей длине лини,  а недостаток – в труднореализуемости в электромеханическом реле.

  1.  Входные величины.

Любое реле может быть включено на фазные или линейные токи и напряжения.

Для двух- и трехфазного КЗ – линейные величины:

для одно- и двухфазного КЗ на землю – фазные величины: .

  1.  Контур памяти.

где  - напряжение предшествующего режима,

                                                - напряжение текущего режима.

В памяти сохраняется информация о том, что было два периода назад.

  1.  Компенсация по току нулевой последовательности.

Необходима для компенсации сопротивления, которое вносит земля.

где к0  пропорционально z0.

Тогда можно выбрать одну характеристику на все виды КЗ.

ТЕМА: РЕЛЕ БЛОКИРОВКИ ПРИ КАЧАНИЯХ (РБК)

Существует три принципа выполнения РБК:

  1.  Электромеханический

КРБ -125, 126.

Пусковой орган по  и

Признаки качания:

  1.  качание развивается достаточно медленно;
  2.  всегда присутствует напряжение обратной последовательности (при К(3) фазы замыкаются последовательно).

“+” вышеприведённой схемы: достаточно легко реализуема на электромеханической базе;

“-“: при  К(3) заблокирует работу ДЗ;

мёртвая зона в 6 с.

  1.  Полупроводниковый

ШДЭ-2801, 2802.

Данный принцип основан на измерении скорости изменения тока (). При КЗ ток изменяется скачком, а при качаниях ток изменяется медленно.

Производная по времени от тока прямой последовательности может превысить уставку при подключении нагрузки, поэтому для повышения надёжности применяют блок .

Достоинства применения данной схемы:

  1.  нет мёртвой зоны;
  2.  контролируется ещё и ток  → хорошо работает при К(3).

Недостатки:

  1.  менее чувствительна, чем предыдущая;
  2.  требуется отдельный пусковой орган для запуска реле сопротивления, т.е. ДЗ;
  3.  сложности в расчёте уставок.

  1.  Блокировка по замеру .

Широко применяется на Западе (ABB, Siemense)

“+”: легко начертить характеристику, которая охватывает характеристику реле сопротивления последней ступени;

“-“: сложность реализации.

  1.  Датчик АЧР (РЧ)

Аналоговые реле частоты на порядок превосходят цифровые по быстродействию.

Электромеханическое реле частоты:

;

“+”: простота; высокое быстродействие;

“-“: качество работы определяется добротностью контура; схема чувствительна к изменениям температуры.

Полупроводниковые и микропроцессорные РЧ

Частота мерится только через один интервал, т.е. 1 полупериод, → большое время работы (1, 2 полупериода).

Микропроцессорное устройство

u1 = Um·sin(ωt + φ);

u2 = Um·sin(ωt + φ);

u3 = Um·sint + φ);

...

Um, ω, φ – переменные.

Если система линейно независимых уравнений имеет больше количество уравнений, чем число неизвестных, то она называется переопределённой и решается методом наименьших квадратов.

“-“: устройство не используется на практике, так как требует большие вычислительные ресурсы → низкое быстродействие;

“+”: по трём выборкам находятся  Um, ω, φ → не нужен ФОС.

ТЕМА: АВТОМАТИЧЕСКОЕ ПОВТОРНОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ АПВ.

Основное назначение АПВ – устранение самопогасающей дуги.

В 80% при отключении линии дуга гасится и при повторном включении линии не возникает.

По паузе выделяют следующие виды АПВ:

  1.  со статической паузой – время безтоковой паузы всегда постоянно: tАПВ=const.

Должно выполняться следующее условие: tАПВtвыкл+tдеиониз. дуги+tотстройки.

tАПВ=0,15-1 с.

Если повторного отключения не было, то говорят, что АПВ успешное.

Если линия отключалась второй раз, то АПВ неуспешное и tАПВ2> tАПВ1.

В России используют максимум три цикла.

Если и после третьего отключения не удалось погасить дугу, то скорее всего имеем металлическое КЗ.

  1.  с динамической паузой.

tАПВ=var.

ОКПД – орган контроля погашения дуги.

Если линия не отключилась, то Zpc=XL+Rf  (200+100=300 Ом),

если линия отключена, то Zpc=Xс  (106-109 Ом).

Даже если линия отключилась, дуга все равно горит, т.к. линия представлена RLC - моделью.

Чтобы полностью погасить дугу, необходимо время.

РС оценивает Zpc и делает вывод, погасла дуга или нет.

Достоинства такого АПВ – простота и возможность задания сколь угодно большого времени tАПВ, необходимого для полного гашения дуги.

Недостатки:

  1.  в случае большого времени tАПВ страдает потребитель.
  2.  не всегда верная работа АПВ, поскольку ОКПД  имеет погрешность из-за несинусоидальности замеряемых РС токов.

По циклу АПВ бывают:

  1.  с одним,
  2.  с двумя и
  3.  с тремя циклами.

У зарубежных фирм, таких как АВВ, Simens, имеются АПВ с пятью циклами.

Трехфазное АПВ используется, где нет выключателя с пофазным управлением, т.е. не возможно выделить одну фазу. Это сети 110, 220 кВ.

Недостаток - в случае КЗ отключается вся линия, вследствие чего вероятно нарушение динамической устойчивости системы, а также отключение части потребителей.

Для ТАПВ используется контроль синхронизма. КС нужно вести для выключателя, который замыкается последним.

Для линии с двухсторонним питанием после АПВ возможно расхождение векторов ЭДС и увеличение тока. Так при противоположно направленных ЭДС ток удваивается. Несмотря на то, что КЗ отсутствует, сработает защита.

КС контролирует:

  1.  расхождение напряжений│Uш-Uл│<Uуст ,

где Uш – напряжение, получаемое с ТН с секции шин,

                 Uл – напряжение с ТН с линии или с ШОН.

  1.  расхождение частот fш-fл│<fуст
  2.  угол arg(Uш/Uл)<δуст.

В некоторых случаях контролируется скорость изменения угла или скольжение .

Если сработали все органы, то идет разрешение КС на включение линии.

 Однофазное АПВ. Применяется в сетях 220, 330 и выше кВ.

Имеется избиратель поврежденной фазы ИПФ.

Выбор поврежденной фазы производится по

  1.  ,
  2.  ,
  3.  Zpc.

Режимы работы АПВ:

  1.  “слепое” АПВ – для линий с односторонним питанием.
  2.  АПВ линии Uл<Uш – для линии с двухсторонним питанием,
  3.  АПВ шин Uл>Uш=0
  4.  АПВ с контролем синхронизма
  5.  АПВ синхронизации – используется только на генерирующих станциях.                                 

Если линия отключена, вектора разошлись, , тогда рассчитывается  и δвкл=s*tвкл.

Устройства АПВ:

  1.  Пуск АПВ

от УФН – узла фиксации несоответствия положения выключателя.

ИПФ для ОАПВ:

PAGE  37


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

61520. Построение ТП изготовления деталей в условиях ГПС 14.82 KB
  Построение ТП изготовления деталей в условиях ГПС Общие сведения о ГПС назначение состав и структура ГПС классификация. Разновидности ГПС по видам обработки. Технологические возможности ГПС по изготовлению различных деталей.
61521. Природные зоны. Пустыни 18.47 KB
  Называется она зоной пустынь. Определение расположения зоны пустынь относительно зоны степей. По завершению исследовательской работы мы должны определить основные отличия зоны пустынь от зоны степей.
61523. Баскетбол. Физическая культура 18.65 KB
  Задачи: 1) Совершенствовать технику прохода под кольцо в сочетании с двумя шагами и броском. 2) Совершенствовать технику штрафного броска одной рукой от плеча 3) Развивать скоростно-силовые качества, координационные способности, меткость.
61524. Этапы проектирования объектов ланшафтного-дизайна 24.29 KB
  Для непосредственного проектирования объекта ландшафтной архитектуры необходимо провести изыскательские работы а именно комплексное обследование территории объектов и элементов располагающихся на нем.
61526. Открытый урок по физической культуре 23.2 KB
  Описание упражнения Дозировка Методические указания Подготовительная часть 12 15 минут Построение и расчет группы 1 минута Четкая формулировка согласно правилам и произнесение команд Упражнения в ходьбе...
61527. Праздники 17.56 KB
  Задачи урока 1. Активизация знакомой лексики по теме Праздники 2. Применение учащимся знаний времен английского глагола: The Present Simple tense, The Past Simple tense, The Future Simple tense, The Present Progressive tense...
61528. Альберт Эйнштейн. Специальная теория относительности 190.67 KB
  Статья отнесена к разделу: Преподавание физики Во всем виноват Эйнштейн. Подготовка к уроку: Подготовка наглядности к уроку: портреты Эйнштейна в позднем возрасте карикатуры на него портрет Амадея Моцарта...