РЗ 2003 Лекция 3
.doc
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА
ЛЕКЦИЯ №3
ВРЕМЯ– 2 часа
ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ: Изучить условия работы и схемы включения трансформаторов напряжения.
УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ:
ВВЕДЕНИЕ – 5 мин
-
УСЛОВИЯ РАБОТЫ И СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ – 40 мин.
-
СОГЛАСУЮЩИЕ И ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ – 40 мин.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ – 5 мин.
ЛИТЕРАТУРА:
-
Фигурнов Е.П. Релейная защита: Учебник. В 2 ч. Ч. 1. 3-е изд. , перераб. и доп. – М.:ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2009. – С. 58 … 64.
-
ГОСТ 18685-73. ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ.
-
УСЛОВИЯ РАБОТЫ И СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ
ГОСТ 18685-73. Трансформатором тока (напряжения) называется трансформатор, в котором при нормальных условиях применения вторичный ток (вторичное напряжение) практически пропорционален (пропорционально) первичному току (первичному напряжению) и при правильном включении сдвинут (сдвинуто) относительно него по фазе на угол, близкий к нулю.
В зависимости от числа обмоток и схем включения трансформаторы напряжения могут быть однофазными, двухфазными и трехфазными.
Схема включения однофазного трансформатора напряжения представлена на рис. 11.
Рис. 11. Схема включения однофазного трансформатора напряжения ТV и реле КV
Однофазный трансформатор первичной обмоткой включен на линейное напряжение между двумя любыми фазами. Если его вторичная обмотка разомкнута, то под действием приложенного к первичной обмотке напряжения по ней протекает ток намагничивания, создающий в магнитопроводе магнитный поток Ф. Этот поток наводит в первичной обмотке ЭДС Е1:
Е1 = 4,44·f ·w1·Ф,
где f - частота, w1 - число витков первичной обмотки.
Во вторичной обмотке магнитный поток Ф наводит ЭДС Е2:
Е2 = 4,44·f ·w2·Ф,
где w2 - число витков вторичной обмотки.
При разомкнутой вторичной обмотке трансформатор напряжения работает в режиме холостого хода. Во вторичной обмотке тока нет, а ток намагничивания в первичной обмотке мал. В результате напряжения на первичной U1 и вторичной U2 обмотках равны соответствующим ЭДС:
U1 = Е1 = 4,44·f ·w1·Ф; U2 = Е2 = 4,44·f ·w2·Ф.
Коэффициент трансформации определяется по формуле:
К U = Е1 / Е2 = w1 / w2 = U1 / U2 .
Если во вторичную обмотку включена нагрузка Zн, то в ней появляется ток I2. Возрастет и ток I1 в первичной обмотке. В результате в первичной и вторичной обмотках возникнут падения напряжения ΔU1 и ΔU2. Чем больше будут токи I1 и I2 тем больше будут падения напряжения ΔU1 и ΔU2. Из-за наличия падений напряжений в первичной и вторичной обмотках нарушаются равенства U1 = Е1 и U2 = Е2. Это вызывает нарушение в пропорциональности между напряжениями U1 и U2 .
В трансформаторах напряжения угловая погрешность не велика и составляет около 1%. Погрешность по напряжению ΔU определяется из выражения:
ΔU = (К U · U2 - U1) / U1 · 100%.
Для уменьшения погрешностей следует стремиться к режиму, близкому к холостому ходу. По величине погрешности стандартом установлены 4 класса точности трансформаторов напряжения: 0,2; 0,5; 1; 3. Каждому классу точности соответствует своя номинальная мощность трансформатора.
Рассмотренная схема применяется в том случае, если необходимо измерить линейное напряжение между двумя любыми фазами.
Если необходимо измерить все три межфазных напряжения, то применяется схема соединения трансформаторов напряжения в открытый треугольник (рис. 12).
Рис. 12. Схема соединения трансформаторов напряжения ТV1, ТV2 в открытый треугольник и реле КV1 … КV6.
При необходимости измерения всех линейных и всех межфазных напряжения применяется схема соединения трансформаторов напряжения в звезду (рис. 13).
Рис. 13. Схема соединения трансформаторов напряжения в звезду и реле КV1 … КV9.
Защита трансформаторов от внутренних повреждений осуществляется предохранителями, устанавливаемыми в каждом выводе первичной обмотки. Все незаземленные провода вторичных обмоток присоединяются к трансформаторам напряжения через предохранители или автоматические выключатели. По условиям безопасности вторичная обмотка заземляется. Провод, подключенный к вторичной обмотке в точке ее заземления, не защищается предохранителем или автоматическим выключателем.
Если перегорание предохранителей или отключение автоматических выключателей, при которых исчезает вторичное напряжение, может привести к неверному действию релейной защиты, то такие защиты снабжаются коммутационной аппаратурой, выводящей их из работы.
При напряжениях 500 кВ и более электромагнитные трансформаторы напряжения получаются громоздкими и дорогими. В таких установках применяются емкостные преобразователи напряжения (рис. 14), в которых используются емкостные делители напряжения и электромагнитные трансформаторы напряжения. Напряжение UС2 на конденсаторе С2 определяется, как:
UС2 = U1· С1 / (С1 + С2).
Рис. 14. Емкостной измерительный преобразователь
Напряжение UС2 подается на первичную обмотку трансформатора Т. С вторичной обмотки трансформатора снимается напряжение U2. Номинальное значение напряжения U2НОМ= 100 В.
Реактор LR совместно с индуктивностью рассеяния трансформатора Т компенсирует падение напряжения в делителе, вызванное токами нагрузки. Разрядник FV защищает трансформатор Т от перенапряжений. Для создания необходимой емкости С1 используется батарея последовательно соединенных конденсаторов.
Емкостные измерительные преобразователи напряжения могут применяться и в сетях с более низким напряжением, чем 500 кВ.
-
СОГЛАСУЮЩИЕ И ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ
Электромеханические реле подключают непосредственно ко вторичным обмоткам трансформаторов тока и напряжения. Как известно трансформатор тока имеет номинальный вторичный ток I2НОМ = 5А, а трансформатор напряжения имеет номинальное вторичное напряжение U2НОМ = 100 В. Эти значения для полупроводниковых элементов и микроэлектронных схем слишком велики. Поэтому электронные блоки релейной защиты подключают к измерительным трансформаторам тока и напряжения не непосредственно, а через согласующие трансформаторы.
На рис. 15 представлена схема подключения измерительных органов ИО1, ИО2 и ИО3к трансформатору тока через согласующий трансформатор TL.
Рис. 15. Схема подключения полупроводниковых защит к трансформатору тока
К вторичной обмотке трансформатора TL присоединена цепочка последовательно соединенных потенциометров R1, R2, R3. Падения напряжений на потенциометрах используются в качестве входных сигналов измерительных органов. Уставки регулируют движками потенциометров. Коэффициент трансформации согласующего трансформатора TL равен 50. Соответственно, номинальный ток во вторичной цепи согласующего трансформатора I2НОМ = 0,1А. Промежуточные трансформаторы TL1, TL2, TL3 выполняют роль разделительных. Эти трансформаторы осуществляют гальваническую развязку измерительных органов и устраняют взаимное влияние цепей этих органов.
Подключение измерительных органов релейной защиты к трансформатору напряжения TV также выполняется через согласующий трансформатор TL (рис. 16). В данной схеме коэффициент трансформации равен 25 и номинальное напряжение во вторичной обмотке трансформатора TL составляет U2НОМ = 4 В. В этом случае, во входных цепях измерительных органов тоже протекают сравнительно малые токи. Промежуточные трансформаторы TL1 и TL2 также как и в схеме на рис. 15 осуществляют гальваническую развязку измерительных органов и устраняют взаимное влияние цепей этих органов.
Рис. 16. Схема подключения полупроводниковых защит к трансформатору напряжения
На схеме рис. 16 полупроводниковые устройства релейной защиты выполнены в виде модулей, подключаемых к промежуточным трансформаторам TL1 и TL2, что существенно облегчает работы при ревизии и ремонте. Такой принцип подключения используется в современных электронных комплексах («Сейма»), предназначенных для управления и защиты тяговых подстанций и постов секционирования.
На рис. 17 приведена схема, используемая для подключения дистанционных защит сопротивления. В этом случае на вход измерительных органов необходимо подавать электрическую величину, пропорциональную сумме или разности напряжения и тока, подводимых к реле от измерительных трансформаторов тока и напряжения. Такая измерительная схема осуществляет преобразование вида:
U1 = k1· Ip + k2 ·Up;
U2 = k3 ·Ip + k4 ·Up,
где k1, k2, k3, k4- комплексные коэффициенты.
Рис. 17. Измерительная схема для релейной защиты, реагирующей на две измеряемых величины
Схема содержит два промежуточных трансформатора TL1 и TL2. Первичная обмотка трансформатора TL1подключается к трансформатору напряжения TV. Первичная обмотка трансформатора TL2 подключается к трансформатору тока TА. В качестве трансформатора TL2 используется промежуточный трансформатор с воздушным зазором в магнитопроводе (трансреактор). ЭДС на его первичной обмотке пропорциональна току в первичной обмотке и сдвинута на угол близкий к 900. Вторичные обмотки трансформаторов TL1 и TL2 включены согласно-последовательно и встречно-последовательно. На вторичных обмотках трансформатора TL1 возникают напряжения Uн1 и U н2. На вторичных обмотках трансформатора TL2 возникают напряжения U т1 и U т2. Напряжения на выходных зажимах трансформаторов TL1 и TL2 определяются по формулам:
U1= Uт1 + U н1, U 2 = U т2 - U н2.
Необходимые фазовые сдвиги в схеме обеспечиваются цепочками R1 – C1 и R2 – C2.
Фазовый угол между выходными значениями напряжений U1 и U2 обозначается буквой λ и определяется по формуле:
λ = λ1 + λ2,
где λ1= arcos [(U21 + U2т1 – U2н1) / 2U1Uт1]; λ2= arcos [(U22 + U2т2 – U2н2) / 2U2Uт2].
Напряжения и подаются на схему сравнения реле защиты, реагирующую на две измеряемые величины. В зависимости от конструкции реле защиты реагирует либо на абсолютные значения величин U1 и U2 напряжения или фазовый угол λ между ними, либо и на величины напряжений U1, U2 и на фазовый угол λ между ними.
Согласующие трансформаторы широко применяются в электронных и микропроцессорных устройствах релейной защиты. Особенностями их работы является необходимость сохранения линейности параметров в условиях широкого диапазона изменений входных напряжений и токов.
Для изготовления согласующих трансформаторов используются Ш- образные пластины. Торроидальные согласующие трансформаторы широкого применения не получили из-за необходимости обеспечения воздушного зазора в сердечнике трансреактора.