Ответы на госы 2011 по предмету релейная защита и автоматика

Подождите немного. Документ загружается.

10. Защита линий от однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной и

компенсированной нейтралью ЛЭП.

Емкостные токи, протекающие в режиме однофазного замыкания на землю в сети с

изолированной нейтралью

Ток срабатывания защиты от замыканий на землю сводится к отстройке от собственного емкостного тока

нулевой последовательности:

ФЛБРОТСЗ,C

UC3kkI

где

k ― коэффициент отстройки; k = 1,1…1,3; k

ОТС ОТС БР

― коэффициент броска, учитывающий переходный

процесс перезаряда емкостей ВЛЭП;

БР

= 4…5 ― для защит, не имеющих выдержку времени и не

отстроенных от высших гармоник,

БР

= 2…3 ― для защит, имеющих выдержку времени или отстроенных

от высших гармоник.

Коэффициент чувствительности защиты для воздушных ЛЭП рассчитывается по выражению

5,1

З,C

≥=

для кабельных ЛЭП должно выполняться соотношение

≥

1,25.

11. Дистанционные защиты ЛЭП. Определение места повреждения на ЛЭП.

Первая ступень дистанционной защиты

должна быть отстроена от КЗ в конце защищаемой

линии

, где ― коэффициент

отстройки;

= 0,8…0,9, Z

ОТС

А,I

З,С

Zk≤Z

ОТС

– сопротивление

линии W1,

УД1W1

Зона, защищаемая дистанционной защитой,

составляет 80…90% от всей длины линии W1.

ЛЭП, защищаемая дистанционной защитой

Время срабатывания защиты

=0.

С,З

Вторая ступень дистанционной защиты отстраивается от конца зоны действия I ступени защиты

предыдущей линии W2, исходя из этого условия сопротивление ее срабатывания соответствуют

выражению:

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

+≤

∗

Б,ТОК

Б,I

З,С

ОТСУД1W

ОТС

А,II

З,С

kZlk

или вторая ступень дистанционной защиты

отстраивается от КЗ за трансформатором Т1

приемной подстанции в точке К3:

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

+≤

∗∗

Т,ТОК

MIN,Т

ОТСУД1W

ОТС

А,II

З,С

kZlkZ

, где

и k

ТОК,Б ТОК,Т

― коэффициенты

токораспределения;

― коэффициент

отстройки, обычно

≈

ОТС

;

Отстройка II ступени дистанционной защиты и зона ее действия

ОТС

∗

ОТС

―

коэффициент учитывает возможность отрицательной погрешности органа сопротивления защит подстанции

Б,

<1; ― коэффициент учитывает погрешности измерения при K

(2)

∗

ОТС

∗∗

ОТС

за трансформатором с

соединением обмоток

Υ/Δ, часто принимается

∗

ОТС

= 1.

Время срабатывания защиты (аналогично токовым защитам) ― для всех вторых ступеней ДЗ

принимается

+ = 0,5 c ( ― ступень селективности).

З,С

5,1

,где Z

З,С

ОТС

≥≥

Чувствительность:

― сопротивление до места КЗ в точке К1.

Третья ступень дистанционной защиты отстраивается от наиболее тяжелого рабочего режима

MAX,РCЗПВ

MIN,Р

III

ОТС

А,III

З,С

Ikk

Z ≤

, где ― коэффициент отстройки, обычно

≈

; ― коэффициент возврата

реле сопротивления,

>1; U

III

ОТС

III

ОТС

Р,MIN

― минимальное напряжение, которое присутствует при самозапуске

нагрузки после отключения КЗ в точке К1.

Характеристики срабатывания дистанционной защиты

Определение места повреждения на ЛЭП

Работа устройств для определения расстояния до места КЗ основана на дистанционном принципе. Так как

при КЗ устройство запоминает сопротивление, то затем по простому алгоритму вычисляет расстояние до

места повреждения по формуле:

УД

КЗ

l =

12. Продольная и поперечная дифференциальная защиты ЛЭП. Продольная

высокочастотная дифференциально-фазная защита ЛЭП.

Принцип действия поперечной

защиты основан на вычитании

токов, протекаемых через

трансформаторы тока

одноименных фаз TA1 и TA2

при КЗ на линиях W1 или W2.

Защита включается на разность

одноименных фаз ЛЭП,

подключенных через разные

выключатели ― Q1 и Q2

Поперечная дифференциальная защита двухцепной ЛЭП

Ток срабатывания защиты

выбирается наибольший из двух условий:

- несрабатывания при наибольшем небалансе, протекающем по реле при максимальном внешнем КЗ:

РАСЧ,МАХ,НБОТСЗ,С

IkI

⋅

≥

- несрабатывания защиты при отключении одного из выключателей противоположного конца ЛЭП:

МАХ,РАБ

ОТС

З,С

I ⋅≥

Время срабатывания защиты

t =0.

С,З

З,C

MIN,2К

≥=

Чувствительность защиты оценивается по формуле

Продольная дифференциальная защита ЛЭП

с проводным каналом вычисляет разность токов

I и I

2,TA1 2,TA2

, протекаемых через

трансформаторы тока TA1 и TA2.

Ток срабатывания защиты отстравивается

от максимальных внешних КЗ в точке К1, а

также при качаниях, когда эти токи

больше

Продольная дифференциальная защита ЛЭП

РАСЧ,МАХ,НБОТСЗ,С

IkI ⋅≥

К,ВН,MAX

Время срабатывания защиты

t =0.

С,З

З,C

MIN,2К

≥=

,где I

Чувствительность защиты рассчитывается:

― минимальный ток КЗ в К2.

К2,MIN

Продольная дифференциально-фазная высокочастотная защита вместо проводного канала использует

высокочастотный канал,

осуществленный по проводам ЛЭП.

В режиме внешнего КЗ (точка

К2) ток протекает от источника G1 к

месту повреждения. За

положительное направление

принимается направление от шин в

линию, поэтому через ТА1 ток будет

иметь положительное направление, а

через ТА2 ― отрицательное. При

положительной полуволне тока

каждый полукомплект формирует

высокочастотный (ВЧ) сигнал, с

частотой модуляции 10―500 кГц.

Так как направления токов различны, положительные полуволны в один и тот же момент времени не

совпадают. Высокочастотный сигнал передается в ЛЭП через конденсатор связи С1 (С2). С

противоположной стороны сигнал поступает в приемник с незначительно уменьшенной амплитудой.

Приемник каждого полукомплекта принимает свой ВЧ - сигнал и сигнал от другого полукомплекта. Оба

сигнала складываются, и в результате присутствует непрерывный ВЧ - сигнал. Выходное реле в этом случае

не срабатывает.

Продольная дифференциально-фазная высокочастотная защита:

ДФЗ1 и ДФЗ2 ― первый и второй полукомплекты

дифференциально-фазной высокочастотной защиты; ЗФ1 и ЗФ2

― заградительные фильтры; С1 и С2 ― конденсаторы связи;

ПР/ПД1 и ПР/ПД2 ― приемник передатчик; TА1 и TА2 ―

трансформаторы тока.

При КЗ в зоне действия (точка К1), ток через ТА1 протекает от источника G1, через ТА2 от G2 к

месту повреждения. Направления токов через каждый полукомплект положительны, полуволны совпадают.

В каждом полукомплекте оба сигнала складываются, и в результате присутствует прерывающийся ВЧ -

сигнал. Выходное реле срабатывает и отключает ЛЭП.

13. Защита электрических сетей напряжением до 1000 В.

Защита автоматическими выключателями

Автоматические выключатели (АВ) обычно выбираются по

номинальному току электроустановки и подразделяются на классы

В (

I =(3…5)I ) С (I =(5…10)I ), D (I =(10…20)I )

C,О Н C,О Н C,О Н

Основная область применения автоматов - защита от перегрузки и

КЗ внутренней проводки и электродвигателей.

Чувствительность автоматов для защиты сетей с заземленным нулем

от однофазных КЗ с зависимой от тока характеристикой должна

быть не менее 3. Чувствительность автоматов, имеющих только

мгновенные расцепители, при однофазных КЗ должна быть не менее

1,1 с учетом максимального разброса по току срабатывания. Если

заводских данных по разбросу тока срабатывания нет, то

чувствительность, определенная по номинальным параметрам,

должна быть не менее 1,4 для автоматов с номинальным током до

100 А и не менее 1,25 для прочих. Для защиты сетей с

изолированной нейтралью по ПУЭ чувствительность автоматов

должна быть не ниже 1,25 при двухфазном КЗ.

Характеристики АВ

Защита предохранителями

Суть выбора предохранителя заключается в согласовании

характеристики предохранителя по селективности с другими

защитами.

Для проверки селективности заводские характеристики

перестраиваются в расчетные, как показано на рис. По заводской

характеристике при произвольном значении тока

, определяют

среднее время отключения

. Если требуется особо надежная

селективность, то значение

, увеличивают и уменьшают на 50% и

полученные значения времени откладывают на перпендикуляре,

восстановленном из точки

. Задаваясь другими значениями токов,

строят область, ограниченную двумя кривыми. В пределах этой

области лежат возможные значения полного времени отключения.

Характеристики предохранителей

Для обычных случаев, когда за основу принимается разброс

±25%, построение производят аналогично, используя для этого

значения

1,25t и 0,75t.

Для проверки селективности вставок предохранителей на

напряжение ниже 1 кВ можно пользоваться следующими

неравенствами:

1,5t

<0,5t или t >3t

б б м

; (1)

1,25t

< 0,75 t или t > 1,7t

б б м

, (2)

где t

и t

— время отключения тока КЗ вставкой с меньшим и

большим номинальными токами при токе трехфазного КЗ в месте

установки вставки с меньшим номинальным током. Выражение (1)

применимо при разбросе в 50%, выражение (2) — при разбросе 25

%. Необходимо подчеркнуть, что приведенные рассуждения и

выражения (1) и (2) действительны только для однотипных

предохранителей

Принцип выбора предохранителей

Устройство защитного отключения

УЗО предназначено для защиты людей от поражения

электрическим током. При прикосновении к поврежденным

проводам или неизолированным частям оборудования УЗО

моментально отключит питание в сети. Некоторые УЗО применяют

для защиты электропроводки от возгорания. Этот аппарат может

совмещаться с автоматическим выключателем, тогда он называется

дифференциальным автоматом. В однокомнатной квартире скорее

всего будет достаточно одного УЗО, рассчитанного на ток утечки в

30 мА. В 4-хкомнатной квартире, где установлено пятнадцать групп

розеток, лучше использовать 5 УЗО, а также по одному УЗО на всю

группу освещения, электроплиту и водонагреватель. Для контроля

всей электропроводки на входе в коттедж можно установить

дополнительно к расчетным одно общее УЗО с номинальным

отключающим током 300 мА.

Принцип действия УЗО

14. Токовые защиты шин. Дифференциальная защита шин.

Дифференциальная защита шин На

ответственных электрических станциях и

подстанциях используется дифзащита шин. При

внешнем КЗ в точке К2 токи вычитаются и по

реле защиты протекает ток небаланса, от

которого защита должна быть отстроена. При КЗ

в зоне действия в точке К1 через реле защиты

протекает ток КЗ и она должна надежно

срабатывать.

Дифференциальная защита шин

Максимальная токовая защита Наиболее распространенной для шин 6 ― 35 кВ является МТЗ (рис. 8.1).

Ток срабатывания защиты находится по условию отстройки от суммарного тока нагрузки всех питаемых

линий данной секции:

― после отключения КЗ за реактором отходящего присоединения с питанием соседней секции через

секционный выключатель:

)II(

ДОП,НАГРНАГР

НАГРОТС

1Q,III

З,С

+≥

, где k

ОТС

― коэффициент отстройки,

равный k

=1,2; k ― коэффициент нагрузки, принимаемый равным k =1,2; k

ОТС НАГР НАГР В

― коэффициент

возврата, равный k

=0,75…0,8; I ― суммарный ток нагрузки секции; I

НАГР НАГР,ДОП

― суммарный

дополнительный ток нагрузки присоединений смежной секции, подключаемых АВР при отключении этой

смежной секции;

― после присоединения соседней секции от АВР через секционный выключатель:

)

, где k

IkI(kI

ДОП,НАГРСЗПНАГРОТС

1Q,III

З,С

+≥

СЗП

― коэффициент самозапуска нагрузки соседней секции,

коэффициент может быть равным k

=2…4.

СЗП

Из первого и второго условия принимается с наибольшим током.

Коэффициент чувствительности максимальной токовой защиты определяется по

выражению

2,1

1Q,III

З,C

MIN,1К

≥=

Дуговая защита клапанного типа

Петля

Шторка

Шины

Концевой

выключатель

Изоляторы

При возникновении КЗ на сборных шинах комплектных

распределительных устройств (КРУ) с сопровождением дуги

появляется опасность быстрого ее распространения вдоль шин.

Ориентировочная скорость движения дуги [29] может быть

найдена по формуле

так, при I

ДД

BI73v ⋅⋅=

= 400 А и

B = 0,05 Т скорость составляет v

= 78 м/с.

Дуга, воздействуя на ячейки КРУ выжигает их металлические

перегородки, шины, другие токопроводящие части и напыляет на

поверхность изоляторов пары металлов, после чего оборудование

становится неремонтопригодное. Используются несколько видов

защит от дуговых коротких замыканий. Принцип действия

основан на расширении воздуха при горении дуги. В этой области

создается избыточное давление, от которого шторка отходит и

концевой выключатель замыкает контакты, подает сигнал на

отключение ввода.

Механическая дуговая защита шин

15. Виды повреждений и ненормальных режимов трансформаторов. Соотношения

токов при КЗ за трансформаторами.

Ненормальные режимы работы трансформатора: перегрузка; снижение уровня масла; повышение

напряжения.

Повреждения трансформатора относятся: «пожар» стали; однофазные замыкания; двойные однофазные

замыкания; витковое замыкание; однофазные КЗ; междуфазные КЗ.

Основные особенности в

соотношениях токов при КЗ за трансформаторами имеются в трансформаторах

со схемой соединения

Δ/Y и Y/Δ при двухфазных КЗ за трансформатором.

16. Токовые защиты силовых трансформаторов.

Токовая отсечка отстраивается

от максимального тока КЗ за

трансформатором.

Ток срабатывания защиты

определяется по выражению

г, где

MAX,3КОТСЗ,С

IkI ≥

ОТС

–

коэффициент отстройки,

Схема защищаемого трансформатора

= 1,2…1,3; I

ОТС К3,МАХ

– максимальный

ток КЗ в точке К3.

Время срабатывания защиты принимается равным нулю

З,С

З,C

MIN,1К

≥=

Коэффициент чувствительности токовой отсечки рассчитывается по выражению

где

К1,МIN

– минимальный ток КЗ в точке К1.

ТР,Н

CЗПОТС

З,С

I ⋅

⋅

≥

Максимальная токовая защита рассчитывается по выражению

ttt

НН,З,СВН,З,С

≥

Время срабатывания отстраивается от МТЗ низкой стороны трансформатора:

З,С

MIN,3К

≥=

Коэффициент чувствительности находится

ТР,Н

ОТС

З,С

I ⋅≥

,где kЗащита от перегрузки рассчитывается по формуле

ОТС

― коэффициент

отстройки,

k = 1,05.

ОТС

Время срабатывания защиты выбирается больше времени МТЗ.

17. Газовая защита трансформатора.

Применяется на всех масляных

трансформаторах мощностью 6,3 МВА и более.

Газовое реле 1 устанавливается между

основным баком трансформатора 2 и

расширительным 3. Чтобы у трансформатора

был небольшой уклон ― около 2%, под катки

устанавливают подкладку 4.

Газовое реле имеет два измерительных

органа в виде двух поплавков (возможны

исполнения газового реле с двумя чашечками

или лопатками). Поплавки изображены для

случая, когда имеется масло, и они находятся

во всплывшем состоянии. Большой поплавок 2

(чувствительный), срабатывает при небольших

скоростях газово-масляного потока и действует

на сигнал. Малый (грубый) поплавок 3,

срабатывает при больших скоростях газово-

масляного потока и действует на отключение.

Газовая защита срабатывает также при

понижении уровня масла в баке

трансформатора.

Схема установки газовой

защиты трансформатора

Принцип действия газовой защиты

основан на том, что при повреждениях внутри

корпуса трансформатора («пожар» стали,

витковые замыкания, междуфазные КЗ и

замыкания обмотки на корпус),

сопровождаемых дугой, трансформаторное

масло, при отсутствии воздуха, разлагается на

углерод и водород. Углерод в виде частиц

остается в масле, загрязняя его, а водород в

виде газово-масляных пузырей через газовое

реле перетекает в расширительный бак.

Скорость протекания газово-масляного потока

зависит от величины тока повреждения. Чем

больше ток, тем больше выделяется энергии,

тем больше выделяется объем газово-масляных

пузырей, тем быстрее этот поток. В газовом

реле создается турбулентный поток. Поплавки,

находящиеся в нормальном состоянии в

верхнем положении, начинают производить

колебательные движения, при перемещении

кратковременно замыкаются контакты.

Устройство газового реле

трансформатора

18. Дифференциальная токовая защита силовых трансформаторов.

Защита применяется на

трансформаторах с мощностью более 6,3

МВА. Принцип действия основан на

вычислении разности токов

1,TA1

и I

1,TA2

протекаемых через трансформаторы тока

TA1 и TA2 соответственно. При внешнем

КЗ в точке К1 токи протекают к месту

повреждения, а вторичные токи

трансформаторов тока в реле вычитаются,

и результирующий ток равен

Работа дифзащиты трансформатора

при внешнем КЗ в точке К1

НБ,

Реле в

этом случае не срабатывает.

При КЗ в зоне действия защиты, в точке К2

Ток, протекаемый в реле, больше тока его

срабатывания.

Ток срабатывания защиты. 1) отстройка

от тока

НБ,

небаланса, который возникает

при максимальном

внешнем

К1,МАХ

токе КЗ

в точке К1 ,где

Работа дифзащиты трансформатора

,НБОТСЗ,С

IkI ⋅≥

НБ,

―

суммарный ток небаланса,

. Каждая из составляющих тока небаланса находится по следующим формулам

при КЗ в зоне действия защиты в точке К2

3НБ2НБ1НБ,НБ

IIII ++=

где k, ,

MAX,1КРЕГ2НБ

IUI

⋅

MAX,1К3НБ

IfI

⋅

MAX,1КОДНA1НБ

IkkI ⋅⋅⋅=

⋅ ― коэффициент,

учитывающий влияние апериодической составляющей тока КЗ на быстодействующие защиты (без

выдержки времени), для защит с быстронасыщающимися трансформаторами

=1; k

ОДН

― коэффициент,

учитывающий однотипность трансформаторов тока, для разных ТТ

ОДН

=1;

― погрешность ТТ,

удовлетворяющая

= 0,1;

РЕГ

― половина регулировочного диапазона РПН трансформатора (каталожные

данные);

f ―⋅относительная погрешность защиты, вызванная разницей между расчетным (обычно

нецелым) числом витков реле и установленным (целым) числом витков.

,где I

2) отстройка от броска тока намагничивания

ТР,НОТСЗ,С

IkI

⋅

≥

Н,ТР

― номинальный ток

трансформатора.

Из расчетных двух условий выбирается наибольший ток срабатывания продольной дифференциальной

защиты.

Время срабатывания защиты принимается равным нулю

З,С

З,C

MIN,2К

≥=

где I

Коэффициент чувствительности дифференциальной защиты:

К2,МIN

― минимальный

ток КЗ в точке К2.

Особенности работы продольной

дифзащиты трансформатора. При включении

трансформатора на холостой ход или при

восстановлении питания после отключения КЗ на

смежном присоединении величина остаточной

намагниченности может быть в противофазе

поданному напряжению. В наихудшем случае (в

действительности он невозможен) магнитная

индукция в трансформаторе может достигнуть

2В

Форма броска тока намагничивания

НОМ

. Бросок тока в этом случае может составить

(5…8)

I , а величина тока КЗ (за трансформатором) ― (7…18)I .

Н,ТР Н,ТР

Естественно, что при такой индукции трансформатор войдет в глубокое насыщение и будет

размагничиваться от нескольких периодов до нескольких десятков периодов промышленной частоты. При

этом в трансформаторе будет протекать ток с большой апериодической составляющей с явно выраженными

характерными «острыми» максимумами.

Бросок тока намагничивания характеризуется следующими основными признаками: одна полуволна за

период (при КЗ – две); большая доля (до 60%) второй гармоники –

100 Гц; наличие апериодической

составляющей тока (до 55%); наличие бестоковой паузы большей ½Т , около 0,01 с.

При возникновении и определении этих четырех признаков дифференциальная защита должна

блокироваться, не должна действовать на отключение выключателя.

19. Виды повреждений и ненормальных режимов синхронных и асинхронных

двигателей.

Особенность защиты электродвигателей заключается в том, что во время работы протекают

электромеханические процессы. Электродвигатели критичны к небольшим перегрузкам из-за компактности

и малых габаритов. Вследствие постоянной вибрации изоляция ускоренно стареет, а при несинхронных

режимах у синхронных электродвигателей возможна поломка вала.

К ненормальным режимам работы относятся:

- перегрузка. В соответствии с МЭК

допустимое время

ДОП

перегрузки можно рассчитать

по формуле

, I, где

1*I

ДОП

−

ДВ,Н

ПР

*I =

ПР

― ток

перегрузки,

Н,ДВ

– номинальный ток двигателя, А ―

тепловая постоянная (для мощных машин А=250,

для остальных А=150);

Тепловая характеристика двигателя

- понижения напряжения. Для

неответственных потребителей допускается

снижение напряжения до

(0,65…0,75)Uном, а для

ответственных ― до

0,5Uном, а при дальнейшем

снижении надо отключать асинхронный двигатель

(так как при снижении напряжения увеличивается

ток);

― несимметрия возникает в результате неодинаковой фазной нагрузки сети, происходит перекос

питающего напряжения. При работе двигателя от несимметричного напряжения возникает обратная

последовательность, которая ведет к нагреву статора и ротора. Рекомендуют отключать двигатель при

≥

0,1I

Н,ДВ

. К ненормальному режиму причисляется обрыв фазы. Двигатель может быстро перегреться и

повредиться, если не отключить при возникновении такого режима (в этом случае

=0,5

⋅

К повреждениям относятся:

― междуфазные КЗ ― двух- (К

(2)

) и трехфазные (К

(3)

), сопровождаются сверхтоками, из-за чего

происходят необратимые процессы ― выгорание изоляции, оплавление обмоток, их деформации в лобовых

частях и т. д.;

― однофазное замыкание обмотки К

(З)

статора на землю или на корпус может происходить у

двигателей, работающих в сетях с изолированной нейтралью или заземленной через дугогасящий реактор

(для сетей с напряжениями 3, 6, 10 кВ). При таком повреждении к фазной изоляции прикладывается

линейное напряжение. Как известно, в процессе эксплуатации изоляция стареет, поэтому велика

вероятность электрического пробоя изоляции и возникновения двойного замыкания на землю. Из-за горения

дуги возможно также сваривание магнитопровода;

― однофазное КЗ К

(1)

в сети с заземленной нейтралью (с напряжениями 0,4 кВ или 0,66 кВ)

сопровождается сверхтоком, из-за чего происходит выгорание изоляции, расплавление обмоток и т. д;

― витковое замыкание в обмотке сопровождается местным нагревом короткозамкнутого витка с

дальнейшим повреждением изоляции и перерастанием в междуфазные КЗ;

― замыкание обмотки ротора на землю в общем случае не считается опасным, и двигатель в таком

режиме может работать сколь угодно долго, если не считать, что повышается вероятность двойного

замыкания на землю, которое необходимо отключать без выдержки времени;

― обрыв одной фазы двигателя сопровождается большими токами обратной последовательности,

возникновением двойной частоты ротора, нагревом магнитопровода и обмоток двигателя;

― исчезновение напряжения возбуждения у синхронных машин. Двигатель работает в

асинхронном режиме;

― асинхронный ход синхронной машины возможен при перегрузке и потере устойчивости. В этом

режиме ротор вращается медленнее поля статора, возникают пульсирующие токи, сравнимые с пусковыми и

токами КЗ;

― разрыв стержня ротора (для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором). Возникает

перерасход электрической энергии, при расширении повреждения и нарушении контактов всей обмотки –

останов ЭД;

― эксцентриситет ― смещение оси ротора относительно статора. Чаще всего это повреждение

возникает у высоковольтных двигателей, когда смещаются подшипники вала, и ротор может при вращении

в наихудшем случае задевать статор.