Гловацкий В.Г., Пономарев И.В. Релейная защита и автоматика распределительных сетей. Версия 1.2

Подождите немного. Документ загружается.

На рис. 4.10, в приведена схема соединения трех ТН в звезду. Этa схема также получила

широкое распространение и применяется, когда для защиты или измерений нужны фаз-

ные напряжения или же фазные и междуфазные напряжения одновременно.

На рис. 4.10 г приведена схема соединения трех ТН треугольник - звезда. Эта схема

обеспечивает повышенное напряжение на вторичной стороне, равное ~ 173 В. Такая схе-

ма, в частности, используется для питания электромагнитных корректоров напряжения

устройств автоматического регулирования возбуждения генераторов.

На рис. 4.11 представлена схема соединения трансформаторов напряжения, имеющих

две вторичные обмотки. Первичные и вторичные основные обмотки соединены в звезду,

т. е. так же, как |рассмотренной выше схеме на рис. 4.10, в. Дополнительные вторичные

обмотки соединены в схему разомкнутого треугольника (на сумму фазных напряжений).

Такое соединение применяется для получения напряжения нулевой последовательности,

необходимого для включения реле напряжения и реле вправления мощности защиты от

однофазных КЗ в сети с заземленными нулевыми точками трансформаторов и для сигна-

лизации при однофазных замыканиях на землю в сети с изолированными нулевыми точ-

ками трансформаторов. Как известно, сумма трех фазных напряжении в нормальном ре-

жиме, а также при двух-трехфазных КЗ равна нулю. Поэтому в указанных условиях

на-

пряжение между точками О

—О

на рис. 4.11 равно нулю (практически между этими точ-

ками имеется небольшое напряжение: 0,5 - 2 В, которое

называется напряжением небаланса). При

однофазном КЗ в сети с заземленными нулевыми

точками трансформаторов (сети 110 кВ и выше) фазное

напряжение поврежденной фазы становится равным

нулю, а геометрическая сумма фазных напряжений двух

неповрежденных фаз оказывается равном фазному

напряжению.

Рис. 4.11. Схема соединений обмоток

трансформатора

напряжения с двумя вто

ричными обмотками.

В сети с изолированными нулевыми точками трансформаторов (сети 35 кВ и ниже) при

однофазных замыканиях на землю напряжения неповрежденных фаз относительно

земли становятся равными междуфазному напряжению, а их геометрическая сумма

оказывается равной утроенному фазному напряжению. Для того чтобы в последнем слу-

чае напряжение на реле не превосходило номинального значения, равного 100 В, у ТН,

предназначенных для сетей, работающих с изолированными нулевыми точками транс-

форматоров, вторичные дополнительные обмотки, соединяемые в схему разомкнутого

треугольника, имеют увеличенные в 3 раза коэффициент трансформации, например

6000/100/3.

Напряжение нулевой последовательности может быть также получено от специ-

альных обмоток трехфазных ТН. В конструкции, показанной на рис. 4.12, специальные

обмотки расположены на крайних стержнях пятистержневого сердечника и соединены

между собой последовательно. В нормальном режиме, а также при двух- и трех фазных

КЗ, когда сумма фазных напряжений равна нулю, магнитный поток в крайних стержнях

отсутствует, и поэтому напряжении на специальных обмотках нет. При однофазных КЗ

или замыканиях на землю сумма фазных напряжений не равна нулю. Поэтому магнитный

поток замыкается по крайним стержням и индуктирует напряжение на специаль-

ных обмотках. В другой конструкции, показанной на рис. 4.12, имеются дополнитель-

ные вторичные обмотки, расположенные на основных стержнях и соединенные в схему

разомкнутого треугольника.

141

Рис. 4.12. Схема соединений обмоток

трехфазного трансформатора напряжения

с дополнительной обмоткой,

расположенной на крайних стержнях.

Рис. 4.13. Схема соединений обмоток

трехфазного пятистержневого трансформа-

тора напряжения с дополнительной обмот-

кой, расположенной на основных стержнях.

При включении первичных обмоток ТН на фазные напряжения они соединяются в звезду,

нулевая точка которой обязательно соединяется с землей (заземляется), как показано на

рис. 4.10,в; 4.11—4.13. Заземление первичных обмоток необходимо для того, чтобы при

однофазных КЗ или замыканиях на землю в сети, где установлен ТН, реле и приборы,

включенные на его вторичную обмотку, правильно измеряли напряжение фаз относи-

тельно земли, Вторичные обмотки ТН подлежат обязательному заземлению независимо

от схемы их соединений. Это заземление является защитным, обеспечивающим безопас-

ность персонала при попадании высокого напряжения во вторичные цепи. Обычно зазем-

ляется нулевая точка звезды (рис. 4.10, в и г) или один из фазных проводом (рис.

4.10,а и б, 4.11). В проводах, соединяющих точку заземлении с обмотками ТН, не должно

быть коммутационных и защитных anпаратов (рубильников) переключателей, автомати-

ческих выключателей, предохранителей и т. д.). Сечение заземляющего провода должно

быть не менее 4 мм

(по меди).

Ниже приведены принципиальные схемы включения цепей напряжения к трансформато-

рам напряжения типа 3хЗНОЛ –6(10) и НАМИТ - 6(10) -2.

В схемах указаны меры, которые предпринимаются для защиты сети от

самопроизвольного смещения нейтрали при феррорезонансе трансформатора

напряжения. Феррорезонанс возникает в случае, когда емкость, какой либо фазы в сети

компенсируется индуктивностью трансформатора напряжения, в этой фазе напряжение

меняет знак и напряжение нейтрали приобретает величину 3 Uф. Такое явление может

произойти при малой емкости сети – подаче напряжения на холостые шины или в случае,

если общая длина подключенных кабелей меньше 3 км или воздушных линий меньше

0км. 6

142

Рис. 4.14. Схема включения

однофазных трансформаторов

напряжения типа 3хЗНОЛ–6(10)

Резисторы R1-R8 200 Ом, 75 Вт

предназначены для защиты от

самопроизвольных смещений

нейтрали при феррорезонансе

ТН. В сети, где такая опасность

отсутствует,резисторы

устанавливать не требуется.

Для защиты от феррорезонансных перенапряжений в схемах с трансформаторами НАМИ

или 3хЗНОЛ применяется включение резисторов общим сопротивлением 25 Ом на об-

мотку 3Uo. Однако включение такой нагрузки приводит к перегрузке дополнительной

обмотки ТН при замыканиях на землю, и такой режим может существовать ограниченное

время: 8 часов для НАМИ 10.

АО «Самарский трансформатор» разработало специальный антирезонансный трансфор-

матор НАМИТ–6(10)–2. В этом трансформаторе на общем магнитопроводе намотаны до-

полнительные первичная и вторичная обмотки нулевой последовательности (ТНП). Пер-

вичная обмотка включается между нейтралью ТН и землей. Вторичная обмотка выводит-

ся отдельно. При замыкании выводов вторичной обмотки, первичная работает в коротко-

замкнутом режиме, и не влияет на процессы в сети. При поялении феррорезонанса вто-

ричная обмотка должна быть раскорочена, и ее дополнительная индуктивность выводит

сеть из состояния феррорезонанса. Операция раскорачивания производится либо с по-

мощью ключа, либо специальной схемой автоматики, см. рис. 4.16. Время работы в та-

ком режиме не ограничено.

143

Рис. 4.15. Схема включения трехфазного антирезонансного трансформатора напря-

жения НАМИТ – 6(10) –2. В сетях, где опасность феррорезонанса отсутствует вто-

ричная антирезонансная обмотка, закорачивается ключом SA. К выводам К2-61 и

К2-64 может быть подключена схема автоматического включения антирезонансной

обмотки см. рис. 4.16.

K дополнительной обмотке ТН (3Uo)

1ШУ 2ШУ

КVo

KVф

Раскорачивание вторичной

обмотки ТНП

Кс КVo KVф KL KL

KL KL

В схему сигнализации.

Рис. 4.16. Схема автоматического раскорачивания антирезонансной обмотки.

ТН типа НАМИТ –2.

КVo – РН-53/ 60Д ; Uср. = 31 – 32В.

KVф – РН-53/200 ; Uср. = 135 – 140В.

В качестве обеих реле может быть использовано одно устройство

MiCOM P921-922 с уставками 30 и 130В на ее двух ступенях.

KL – промежуточное реле например РП-23 или РП-25.

Кс – кнопка съема сигнала.

В нормальном режиме напряжение 3Uo отсутствует, контакты реле КVo и KVф разомк-

нуты, вторичная (антиферрорезонансная) обмотка ТНП закорочена контактами реле KL.

При появлении феррорезонанса срабатывают оба реле, КVo и KVф, промежуточное ре-

ле KL раскорачивает вторичную обмотку ТНП. Схема удерживается при наличии напря-

жения 3Uo на дополнительной обмотке ТН и возвращается в исходное положение при от-

сутствии напряжения 3Uo. Схема может быть возвращена вручную нажатием кнопки Кс,

если режим феррорезонанса отсутствует.

144

Балансная схема Фильтра 3Uo

Может быть выполнена двумя способами: по напряжению при наличии трансформатора

напряжения с отдельной обмоткой 3Uо или по схеме фильтра напряжения нулевой по-

следовательности встроенного в реле и предназначенного для подключения к звезде ну-

левой последовательности при отсутствии такой обмотки. Такая схема требуется напри-

мер для ячеек фирмы «Таврида-электрик». Схема такого фильтра указана на рис.4.17.

Три резистора одинаковой величины подключаются соответственно к фазам а,в,с напря-

жения обмотки ТН соединенной в звезду, ко вторым концам резисторов , соединенным

вместе и выводу нейтрали ТН подключается реле напряжения. На реле выделяется на-

пряжение Uо.

Для сигнализации замыкания на землю выполняется уставки:

3Uо (Uо) ср=15В

tсз – 5.4 сек

Схема работают неправильно при перегорании предохранителей на стороне ВН ( или НН,

если они там имеются).

Uв

Ra Rв Rc

Реле Uо

Рис. 4.17.Схема фильтра напряжения нулевой последовательности.

Погрешности трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения имеют две погрешности:

1) погрешность в напряжении (или в коэффициенте трансформации), под которой пони-

мается отклонение действительного коэффиента трансформации от номинального;

2) погрешность по углу, под которой понимается угол сдвига вторичного напряжения от-

носительно первичного.

В зависимости от погрешностей ТН подразделяются на классы точности. Допустимые по-

грешности в зависимости от класса точности приведены в табл. 4.1.

Один и тот же ТН в зависимости от нагрузки, подключенной его вторичной обмотке, мо-

жет работать с различным классом точности. Поэтому в каталогах и паспортах на ТН

указываются два значения мощности: номинальная мощность в вольт-амперах, при ко-

торой ТН может работать в гарантированном классе точности, предельная мощность, с

которой ТН может работать с допустимым нагревом обмоток. Предельная мощность ТН в

несколько раз превышает номинальную. Так, у ТН типа НОМ-6 с коэффициентом транс-

формации 6000/100 для класса точности 1 номинальная мощность составляет 50 ВА, а

предельная — 300 ВА. Кроме рассмотренных выше основных погрешностей, возникаю-

щих при трансформации первичного напряжения на вторичную сторону, на работу

релейной защиты и точность измерений влияют так же дополнительные погрешности от

падения напряжения в цепях напряжения, от ТН до места установки панелей защиты или

измерений. Поэтому, согласно требованиям ПУЭ, сечение жил кабелей должно выби-

145

раться так, чтобы падение напряжения в указанных цепях не превышало: 3 % — для ре-

лейной защиты; 2 % -для фиксирующих измерительных приборов; 1,5 % —для щитовых из-

мерительных приборов; 0,25—0,5 % — для счетчиков. Следует заметить, что заземленные точ-

ки обмоток ТН, соединенных в звезду и разомкнутый треугольник, должны выводиться разными

жилами. Потери напряжения определяются по известным сопротивлениям жил контрольных

кабелей и значениям проходящих по ним токов нагрузки:

∆U= k

+ k

+ ...............+

где k1, k

, k

— коэффициенты для пересчета фазного падения напряжения на междуфазное

(при питании нагрузки по трем фазам k = √3, а при питании по двум жилам нагрузки, вклю-

ченной на междуфазное напряжение, k = 2).

146

Глава 5. ИСТОЧНИКИ ОПЕРАТИВНОГО ТОКА

5.1. АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ

На ответственных объектах в качестве источника оперативного тока используется акку-

муляторная батарея. Принято считать, аккумуляторную батарею наиболее надежным ис-

точником оперативного тока. Напряжение на аккумуляторной батарее не зависит от нали-

чия и величины напряжения на подстанции, мощности батареи достаточно для операции

включения любого выключателя на объекте. Учитывая высокую стоимость и необходи-

мость постоянного обслуживания обычных стационарных аккумуляторных батарей, акку-

муляторные батареи ранее устанавливались на электростанциях и крупных подстанциях

330 - 110кВ.

Аккумуляторная батарея работает в режиме постоянного подзаряда от специальных вы-

прямителей (типа ВАЗП, ВУК) который подключен на шины и одновременно обеспечивает

стабилизацию напряжения на шинах оперативного тока. Как правило, в работе должно

быть два ВАЗПа, питающиеся от разных трансформаторов собственных нужд и парал-

лельно работающих на шинах щита постоянного оперативного тока.

При отключении вводного автомата ВАЗПов или аккумуляторной батареи должна срабо-

тать сигнализация и приняты немедленные меры по их обратному включению, так как

только один из этих источников не обеспечивает надежной работы потребителей опера-

тивного тока. Независимо от наличия сигнализации должен быть организован периоди-

ческий контроль за работой батареи и щита постоянного тока. При этом необходимо кон-

тролировать: уровень напряжения - 220-230В; ток аккумуляторной батареи и подзарядных

агрегатов - настраивается таким образом, чтобы ВАЗПы покрывали ток нагрузки щита и

обеспечивали необходимый ток подзаряда батареи.

При отсутствии подзаряда аккумуляторная батарея в течение нескольких часов может

потерять свой заряд за счет ее разряда на нагрузку подстанции, и устройства защиты и

автоматики не смогут включить выключатель.

Величина сопротивления изоляции должна контролироваться автоматически. При сни-

жении сопротивления изоляции ниже 20 кОм в сети оперативного тока 220В срабатывает

сигнал “ Земля на шинах оперативного тока“. При снижении изоляции ниже этого уровня

возможно ложное срабатывание реле при случайном замыкании на землю у обмотки реле

(см. рис 5.1) и отключение или включение оборудования. Поэтому при появлении сигнала

“Земля” должны быть прекращены все работы, кроме поиска места замыкания на землю.

+ опер.тока - опер.тока

R реле

R изол.

Рис 5.1. Возможность срабатывания реле при втором замыкании на землю в сетях опера-

тивного тока.

При случайном замыкании на землю клеммы, к которой подключено реле, сопротивление

изоляции включается последовательно с обмоткой реле и на реле прикладывается на-

пряжение, пропорциональное отношению сопротивлений реле и изоляции. При малом

сопротивлении изоляции напряжения на реле будет достаточно для его срабатывания.

Поиск земли в сетях оперативного тока часто осуществляется путем поочередного от-

ключения автоматов (снятия предохранителей). После обнаружения поврежденного фи-

дера, определяется возможность его отключения: фидер возможно отключить в случае,

если от него не питается единственное устройство защиты, а устройство автоматики

можно вывести из работы. Дальнейший поиск и устранение места замыкания на землю

осуществляет релейный персонал объекта. Сети постоянного тока крупных объектов

оборудованы специальными устройствами (СКИФ, САПФИР), позволяющими отыскать

поврежденный фидер постоянного тока без его отключения. Такие устройства пускаются

при появлении замыкания на землю и опрашивают фидера. В состав устройства входит

147

генератор, подключенный между землей и шинами ЩПТ. и на том фидере, где есть ток,

посылаемый генератором, фиксируется земля. Имеется клещевая приставка, с помощью

которой можно проверить все цепи на наличие тока и найти конкретное место замыка-

ния.

Для повышения надежности питания защиты и управления постоянным оперативным то-

ком, должна быть обеспечена селективность между вводным автоматом аккумуляторной

батареи и автоматами (предохранителями) отходящих от ЩПТ присоединений. Добиться

такой селективности технически сложно, главным образом потому, что ряд присоедине-

ний постоянного тока имеет большой ток нагрузки: соленоиды включения электромагнит-

ных приводов, двигатели постоянного тока. Для аккумуляторной батареи обычного типа

требуется большое помещение, специальное отопление и вентиляция, т.к. при заряде

батареи выделяется водород, представляющий большую пожарную опасность. Необхо-

димо постоянно контролировать уровень заряда АБ, плотность и уровень электролита.

Эти трудности привели к тому, что аккумуляторные батареи применялись только на круп-

ных объектах. В остальных случаях применялись различные виды переменного опера-

тивного тока.

5.2. ШКАФ УПРАВЛЕНИЯ ОПЕРАТИВНЫМ ТОКОМ ( ШУОТ)

ШУОТ был разработан специально для небольших объектов, для которых не требовалась

большая емкость АБ. ШУОТ состоит из двух шкафов, в которых расположено подзаряд-

ное устройство и маломощная аккумуляторная батарея 220в. из автомобильных аккуму-

ляторов. Применяется на подстанциях с упрощенной схемой. При использовании на сто-

роне ВН подстанции выключателей с соленоидными приводами, включение этих выклю-

чателей от ШУОТ не обеспечивается и для питания соленоидов включения используется

специальный выпрямитель. Это означает, что для включения нужно иметь переменное

напряжение на подстанции.

Низкое качество примененных аккумуляторов и подзарядного устройства, а также отсут-

ствие необходимого надзора ,привело к тому, что срок службы батареи ограничивается 2-

3 годами, после чего батарею нужно менять. В настоящее время на многих подстанциях

батареи в ШУОТ вышли из строя и заменены другими, более современными аккумуля-

торными батареями.

Правила эксплуатации сети постоянного оперативного тока ШУОТ, не отличаются от ак-

кумуляторной батареи.

5.3. ШКАФ ПОСТОЯННОГО ОПЕРАТИВНОГО ТОКА ШОТ-01 КОМПАНИИ

«ЭНЕРГОМАШВИН»

Шкафы оперативного постоянного тока разработаны с учетом опыта эксплуатации ранее

применявшихся шкафов ШУОТ. Подзарядные устройства обеспечивают уровень пульса-

ций менее одного процента, что значительно увеличивает срок службы аккумуляторов.

доведя его до сроков гарантированных фирмой - изготовителем: 10-15 лет в зависимости

от примененного аккумулятора. Уровень стабилизации оперативного тока 1%. Подзаряд-

ные устройства работают параллельно, так как автоматически выравнивают распределе-

ние тока между устройствами. Примененные аккумуляторные батареи герметизированы,

что позволяет устанавливать шкафы в общих помещениях. Шкафы оснащены контролем

уровня напряжения, уровня изоляции шин постоянного тока. Уровень тока в цепи подза-

рядных устройств и аккумуляторов контролируется амперметрами. имеется сигнализа-

ция неисправности подзарядных устройств, отклонения уровня напряжения за заданные

пределы, появления земли в цепях опертока, отключения автоматов. Сигнал неисправ-

ности может быть передан по локальной сети. Низкая стоимость шкафа позволяет при-

менять его на подстанциях небольшой мощности, или использовать его в качестве до-

полнительного автономного источника питания защиты на ответственных объектах. Шкаф

оснащен автоматикой обогрева.

Шкаф не требуют постоянного наблюдения, так как оснащен сигнализацией. При внеш-

нем осмотре следует проверить отсутствие сигналов неисправности, наличие тока в под-

зарядных устройствах и аккумуляторах, уровень напряжения на шинах, отсутствие замы-

кания на землю в сети.

Технические характеристики шкафа см. таблицу 1.

148

Таблица 1. Технические характеристики шкафов ШОТ- 01.

Примечание. Срок службы установленных в шкафу оперативного тока гермети-

зированных аккумуляторных батарей – в соответствии с эксплуатационной доку-

ментацией предприятия-изготовителя.

Род тока:

основных цепей шкафа – постоянный

питающей сети – переменный, однофазный, 50Гц

Номинальное напряжение

основных цепей шкафа, В – =220

питающей сети, В – ~220

Точность поддержания выходного напряжения

–

Номинальный ток:

подзарядного устройства, А – 10

потребляемый подзарядным устройством,А – 14

Количество подзарядных устройств

ШОТ-01-50

ШОТ-01-100

Вид конструкции – шкаф

Способ обслуживания – одностороннее

Степень защиты, по ГОСТ 14254-80 IP54

Рабочий диапазон температур

-10…+40°С

Габаритные размеры шкафа, мм, не более: ШОТ-01-50 ШОТ-01-100

высота – 2200 2200

ширина – 600 1250

глубина – 600 600

Количество аккумуляторов в аккумуляторном

отсеке, шт. –

Срок службы, лет* – 25

Шкаф оперативного тока ШОТ-01-50 см. рис.5.2. состоит из металлической несущей конструкции

шкафного типа, предназначенной для установки на полу, и размещенных внутри нее узлов. Шкаф

разделен герметичной горизонтальной перегородкой на два отсека: нижний (отсек аккумуляторных

батарей), и верхний с аппаратурой. На передней части шкафа имеются две двери, закрывающие

шкаф на половину его ширины каждая.

В нижнем отсеке шкафа оперативного тока устанавливается 17 аккумуляторных батарей, которые,

являются герметизированными, необслуживаемыми, с номинальным напряжением 12В и имеют

ударопрочный негорючий корпус. Емкость аккумуляторной батареи- 38 А⋅ч (по желанию заказчика,

может быть изменена до 50 А⋅ч). В двери нижнего отсека могут быть выполнены вентиляционные

отверстия (прорези).

В верхнем отсеке смонтированы два подзарядных устройства, схема распределения оперативного

тока, реле контроля напряжения, реле контроля изоляции, реле контроля пульсаций. На дверях

шкафа установлено два амперметра, вольтметр и реле контроля исправности схемы.

По согласованию с заказчиком в схему могут быть внесены изменения (например, изменен тип ак-

кумуляторов или элементы схемы.

Шкаф оперативного тока ШОТ-01-100 (рис.5.3) состоит двух металлических несущих конструкций

шкафного типа, предназначенных для установки на полу. В левом отсеке шкафа смонтированы 4

подзарядные устройства, схема распределения оперативного тока, реле контроля напряжения,

реле контроля изоляции. На дверях этого отсека установлено четыре амперметра, вольтметр,

милливольтметр, реле контроля исправности схемы и выключатель обогрева. Во втором шкафу,

установлено 17 аккумуляторных батарей, которые, являются герметизированными, необслужи-

ваемыми, с номинальным напряжением 12В и имеют ударопрочный негорючий корпус. Емкость

аккумуляторной батареи- 100 А⋅ч.

149

Количество автоматов по заказу

Рис. 5.2. Схема и внешний вид шкафа ШОТ-1-50.

150