Электроснабжение (лр)

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ИЖЕВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»
«26» апреля 2022 г.
Д. А. Васильев, Л. А. Пантелеева
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ
Практикум для лабораторных работ для студентов,
обучающихся по направлениям подготовки бакалавриата
«Агроинженерия» и «Теплоэнергетика и теплотехника»
Текстовое электронное издание
Ижевск
ФГБОУ ВО Ижевская ГСХА
2022
УДК 621.31.031(076.5)
ББК 31.28я73
В 19
Практикум разработан в соответствии с рабочей программой дисциплины, рассмотрен и рекомендован к изданию редакционно-издательским
советом ФГБОУ ВО Ижевская ГСХА, протокол № 3 от 26.04.2022 г.
Рецензент:
Е. В. Дресвянникова – канд.тех.наук, доцент кафедры энергетики
и электротехнологии ФГБОУ ВО Ижевская ГСХА
Авторы:
Д. А. Васильев – старший преподаватель кафедры «Электротехника,
электрооборудование и электроснабжение» ФГБОУ ВО Ижевская ГСХА
Л. А. Пантелеева – ­­доцент кафедры «Электротехника,
электрооборудование и электроснабжение» ФГБОУ ВО Ижевская ГСХА
Васильев, Д. А.
В 19
Электроснабжение: практикум / Д. А. Васильев, Л. А. Пантелеева. – Ижевск: ФГБОУ ВО Ижевская ГСХА, 2022. – 60 с.
Практикум содержит теоретические сведения и методические указания к выполнению расчетной и экспериментальной частей лабораторных
работ. Приведены схемы стенда для исследования защит, программа и порядок выполнения работ и контрольные вопросы. Предназначены для студентов, обучающихся по направлениям подготовки бакалавриата «Агроинженерия» и «Теплоэнергетика и теплотехника».
УДК 621.31.031(076.5)
ББК 31.28я73
© ФГБОУ ВО Ижевская ГСХА, 2022
© Васильев Д. А., Пантелеева Л. А.,
2022
СОДЕРЖАНИЕ
Требованияк выполнению и оформлению лабораторных работ . . . . 4
Лабораторная работа № 1.
Исследование электромагнитных реле РТ-40 . . . . . . . . . . . . . . 7
Лабораторная работа № 2.
Исследование индукционного реле РТ-80 . . . . . . . . . . . . . . . 14
Лабораторная работа № 3.
Вторичные реле прямого действия РТМ, РТВ . . . . . . . . . . . . . 22
Лабораторная работа № 4.
Масляный (ВМП-10) и вакуумный (ВВ/TEL-10) выключатели . . . 29
Лабораторная работа № 5.
Основные схемы соединения трансформаторов тока и реле . . . . . 35
Лабораторная работа № 6.
Комплектная трансформаторная подстанция (КТП) 10/0,38 кВ . . . 49
Список рекомендуемой литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3
ТРЕБОВАНИЯК ВЫПОЛНЕНИЮ
И ОФОРМЛЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1. Подготовка к лабораторным работам.
Лабораторные работы в группах проводятся в соответствии с расписанием учебных занятий в академии и в течение определенного времени, поэтому для их выполнения студент должен руководствоваться
следующими положениями:
1) предварительно ознакомиться с графиком выполнения лабораторных работ;
2) изучить правила внутреннего распорядка и техники безопасности при выполнении лабораторных работ;
3) внимательно ознакомиться с описанием соответствующей лабораторной работы и установить, в чем состоит основная цель и задача этой работы;
4) по лекционному курсу и соответствующим источникам литературы изучить теоретическую часть, относящуюся к данной лабораторной работе;
5) до проведения лабораторной работы подготовить соответствующие схемы, миллиметровку для построения графиков, таблицы
наблюдений и расчетные формулы;
6) перед началом работы на стенде по результатам беседы с преподавателем, который определяет степень подготовленности к выполнению работы, студент получает допуск на выполнение работы;
7) неподготовленные студенты к выполнению лабораторной работы не допускаются.
2. Выполнение лабораторных работ.
Лабораторные работы проводятся на универсальных лабораторных стендах. Успешное выполнение лабораторных работ может быть
достигнуто в том случае, если экспериментатор отчетливо представляет себе цель эксперимента и ожидаемые результаты, поэтому важным
условием обстоятельно проводимых исследований является тщательная подготовка к лабораторной работе. При этом необходимо соблюдение следующих требований:
1. Перед сборкой электрической цепи студенты должны предварительно ознакомиться с электрическим оборудованием и его номинальными данными, а также с измерительными приборами, предназначенными для проведения соответствующей лабораторной работы.
Внимание! Поскольку лабораторные работы выполняются на универсальных лабораторных стендах, то все переключатели, не относя4
щиеся к исследуемой цепи, должны находиться в положении «выключено», а гнезда незадействованных блоков – свободны.
2. Сборку электрической цепи необходимо производить в точном соответствии с заданием. Целесообразно вначале соединить все
элементы цепи, включаемые последовательно, а затем – параллельно.
Электрические цепи, включаемые параллельно, рекомендуется соединять проводами другого цвета.
3. После окончания сборки электрическая цепь должна быть
предъявлена для проверки. Включать цепь под напряжением можно
только с разрешения преподавателя или лаборанта.
4. Запись показаний всех приборов в процессе выполнения лабораторной работы следует производить по возможности одновременно и быстро.
5. Результаты измерений заносятся студентом в заранее подготовленные таблицы.
6. После выполнения отдельного этапа лабораторной работы
результаты опыта вместе с простейшими контрольными расчетами
предъявляются для проверки преподавателю до разборки электрической цепи.
7. Разбирать электрическую цепь, а также переходить к сборке
новой можно только по разрешению преподавателя.
8. После окончания работы в лаборатории рабочее месте должно быть приведено в порядок.
9. В течение всего времени занятий в лаборатории студенты обязаны находиться на своих рабочих местах. Выходить из помещения лаборатории во время занятий можно только с разрешения преподавателя.
3. Оформление отчета по лабораторным работам.
Составление отчета о проведенных исследованиях является важнейшим этапом выполнения лабораторной работы. По каждой выполненной работе студенты составляют отчет, к которому предъявляются
следующие требования:
1. Отчет выполняется на листах чистой белой бумаги формата
А4 с одной стороны.
2. Отчет должен содержать: цель работы, краткие теоретические
сведения (по усмотрению студента), порядок выполнения работы с результатами экспериментов и расчетов, а также графики и векторные диаграммы, построенные по результатам экспериментов.
3. Графики и векторные диаграммы должны быть построены
вручную на миллиметровой бумаге либо распечатаны на принтере с использованием каких-либо CAE- или CAD-приложений на ПК.
5
4. В отчет не следует перерисовывать всю схему лабораторной
установки, а достаточно отобразить лишь те элементы, которые используются в работе.
4. Защита лабораторной работы.
К защите лабораторной работы допускаются только те студенты,
которые подготовили отчет в соответствии с приведенными выше требованиями. Защита лабораторной работы осуществляется на следующем по расписанию занятии.
После защиты студенты сдают отчеты преподавателю.
6
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1.
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ РЕЛЕ РТ-40
Цель работы: Изучение конструкции, схемы внутренних соединений и параметров реле максимального тока РТ-40.
Задание:
1) ознакомиться с конструкцией реле РТ-40, зарисовать схему
внутренних соединений реле;
2) проверить шкалу токов срабатывания и определить коэффициент возврата реле РТ-40;
3) составить схему МТЗ с реле РТ-40.
Общие сведения
Реле характеризуется следующими основными параметрами:
1) параметр срабатывание реле – пороговое (граничное) значение воздействующей величины, при котором реле срабатывает (замыкает свои разомкнутые контакты, действует непосредственно на привод).
Например, для максимальных реле тока (РТ-40) за ток срабатывания
принимается наименьшее значение тока, при котором реле срабатывает,
для минимального реле (РН-50) – наибольшее значение. Заданное пороговое значение воздействующей величины, при котором реле должно
сработать, называется уставкой, а положение указателя на шкале реле,
соответствующее этому значению, называется уставкой по шкале;
2) параметр возврата реле – граничное значение воздействующей
величины, при которой происходит возврат реле в начальное состояние.
Для максимальных реле параметр возврата соответствует максимальному значению воздействующей величины, при котором реле возвращается в начальное состояние, а для минимальных – минимальному значению;
3) коэффициент возврата реле КВ – отношение параметра возврата к параметру срабатывания. Для максимальных реле КВ < 1, для минимальных КВ >1;
4) погрешность срабатывания реле – отклонение параметра срабатывания реле от уставки, выраженное в процентах, например,
δср = Iср. - Iу × 100,
Iу
где Iср. – ток срабатывания реле, А;
Iу – уставка тока срабатывания, А.
7
По принципу действия реле защиты делятся на электромагнитные, индивидуальные, магнитоэлектрические, поляризованные, полупроводниковые и т.д.
Принцип действия электромагнитных реле основан на взаимодействии магнитного поля обтекаемой током катушки с ферромагнитным якорем. Конструкция реле типа РТ-40 показана на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 – Конструкция реле максимального тока РТ-40:
а – конструкция реле, б – изоляционная колодка с неподвижными контактами,
в – регулировочный узел, г – контактный узел
Реле состоит из следующих основных элементов: П – образного стального сердечника 1 с установленными на нем катушками тока
2, подвижной системы, состоящей из якоря 3, подвижного контакта 5
и гасителя колебаний (вибрации) 22, алюминиевой стойки 23, упоров левого 6 и правого, изоляционной колодки 9 с расположенными
на ней двумя парами неподвижных контактов (рис. 1.1 б) 7 и 8, регулировочного узла (рис. 1.1 в), состоящего из пружинодержателя 10, фасонного винта 11 с насаженной на него разрезной шестигранной втулкой 12, противодействующей спиральной пружины 14 и пружинящей
шайбы 18, шкалы уставок 13 и указателя уставки 14, контактного узла
8
(рис. 1.1 г), состоящий из неподвижного пружинящего контакта 19,
на одном из концов которого приварена серебряная полоска, переднего
упора 20 и заднего гибкого упора 21.
Реле тока РТ40 смонтировано в корпусе, состоящем из пластмассового цоколя и кожуха из прозрачного материала. Для снижения потерь в стали, возникающих из-за вихревых токов, сердечник набирается из пластин электротехнической стали, изолированных друг от друга.
Когда электромагнитная сила реле превышает механическую
силу пружины, якорь притягивается к электромагниту. При этом подвижный контактный мост замыкает одну пару неподвижных контактов
и размыкает вторую пару.
Реле предназначено для крепления в вертикальной плоскости, отклонение от вертикального положения из-за неуравновешенности подвижной системы реле приводит к дополнительной погрешности.
С осью якоря связан гаситель вибрации 22 (гаситель колебаний)
в виде тороида, заполненного кварцевым песком. При любом ускорении якоря и связанной с ним подвижной системы часть кинетической
энергии тратится на преодоление сил трения между песчинками. С помощью гасителя вибрации уменьшаются вибрации как всей подвижной системы, так и контактов при их включении.
Ток срабатывания регулируется за счет изменения натяга спиральной противодействующей пружины 4, которая прикреплена к якорю
с помощью хвостовика 16. Натяг пружины фиксируется указателем 14.
Обмотка реле 2 разбита на две секции, которые при необходимости могут быть соединены последовательно или параллельно.
Уставка срабатывания реле серии РТ40 плавно регулируется натяжением пружины и ступенчато – переключением катушек обмотки
с последовательной схемы на параллельную.
Схема внутренних соединений реле РТ-40 показана на рисунке 1.2.
Рисунок 1.2 – Схемы внутренних соединений реле типа РТ-40:
а – последовательное соединение обмоток реле;
б – параллельное соединение обмоток реле
9
При переключении последовательного соединения секций обмоток на параллельное ток срабатывания увеличивается в два раза. Шкала уставок отградуирована для последовательного соединения секций
катушек.
Реле выпускаются на токи от 0,1 до 200 А. Пределы уставок токов
срабатывания реле при последовательном соединении катушек составляют 0,1–100 А, при параллельном соединении – 0,2–200 А.
Время срабатывания не более 0,1 с при токе 1,2Iсраб и не более
0,03 с при 3Iсраб. Время возврата – не более 0,035 с. Масса реле не более
3,5 кг. Потребляемая мощность зависит от исполнения реле.
Контакты реле предназначены для коммутации в цепи постоянного тока мощностью 60 Вт, в цепи переменного тока нагрузки мощностью 300 ВА при напряжении от 24 до 250 В и токе до 2 А.
В тех случаях, когда через реле может длительно протекать ток,
многократно превышающий уставку срабатывания, применяют реле
РТ40/1Д, в котором обмотка реле включается в контролируемую цепь
через промежуточный трансформатор и выпрямительный мост, смонтированные в общем корпусе. При опасных по термической стойкости
токах сердечник трансформатора насыщается. Вследствие этого ток
в обмотке реле остается неизменным, хотя в первичной обмотке трансформатора ток может продолжать расти.
В качестве органа, реагирующего на повышение тока в контролируемой цепи, сверхдопустимой величины при отстройке от внешних
гармоник тока применяют реле РТ40Ф. В практике отклонение формы кривой переменного тока от синусоидальной может происходить
как из-за искажения формы кривой э.д.с. генераторов, так и из-за наличия в цепях переменного тока нелинейных элементов. В реле РТ40Ф
содержится специальный фильтр, не пропускающий в обмотку реле ток
третьей и кратных ей гармоник. Фильтр подключен к вторичной обмотке промежуточного трансформатора.
На базе реле серии РТ40 выпускаются реле напряжения серии
РН50. Конструктивно реле напряжения серии РН50 отличается от реле
тока РТ40 тем, что в их конструкции отсутствует гаситель вибрации
и другая схема включения обмоток.
Сечение витков обмотки реле напряжения РН50 меньше, чем
у РТ40, т.к. реле РН50 включается параллельно контролируемой цепи
и постоянно находится под напряжением, а реле тока – последовательно. Число витков одной катушки реле тока находится в пределах от единиц до сотен, а реле напряжения – от тысяч до нескольких
тысяч.
10
Указания к выполнению работы
Проверка шкалы токов срабатывания и определение коэффициента возврата РТ-40:
Собрать схему исследования реле РТ-40 (рис. 1.3) с использованием измерительных комплектов К513-К514, подключив выводы обмоток реле к клеммам «I>50 А» комплекта К514, а замыкающий контакт
реле – к клеммам «контакты реле» комплекта К513.
Рисунок 1.3 – Схема исследования реле РТ-40
Установить минимальный ток уставки по шкале реле при последовательном соединении обмоток.
Включить питание измерительных комплектов К513-К514.Ручкой регулятора напряжения плавно увеличить ток в реле до тех пор,
пока оно не замкнет своих контактов, т.е. пока не загорится лампочка
HLG�������������������������������������������������������������
(рис. 1.3). Минимальный ток, замеренный амперметром, при котором реле срабатывает, называется током срабатывания.
Плавно уменьшая ток определить ток возврата (момент размыкания контактов и погасания лампочки �����������������������������
HLG��������������������������
). Максимальный ток, замеренный амперметром, при котором реле возвращается в исходное состояние, называется током возврата.
Выполнить измерения по пунктам «3» и «4» не менее трех раз, результаты измерений занести в таблицу 1.1.
11
По результатам измерений определить коэффициент возврата
реле для минимального тока уставки.
Повторить измерения по пунктам «3», «4» и «5» для среднего и максимального токов уставки реле при последовательном соединении обмоток;то же проделать для минимального, среднего и максимального тока уставкиреле при параллельном соединении обмоток.
Вычислите коэффициент возврата Кв электромагнитного реле
тока по формуле:
Kв = Iв. ,
Iср.
результаты измерений и расчетов занесите в таблицу 1.1. Коэффициент возврата Кв реле РТ-40 должен быть не ниже 0,85 на первой
уставке и не ниже 0,8 на остальных (за исключением реле РТ-40/50
и РТ-40/100, у которых коэффициент возврата должен быть не ниже 0,7
на всех уставках).
Определить значение погрешности δср тока срабатывания реле относительно заданной уставки по формуле:
δср = Iср. - Iу × 100,
Iу
Результаты измерений и расчетов занесите в таблицу 1.1. Погрешность δср тока срабатывания реле РТ-40 по отношению к уставке
не должна превышать ±5 %, а разброс тока срабатывания не более 4 %
на любой уставке.
Таблица 1.1 – Результаты измерения параметров реле РТ-40
Ток срабатывания, А
Ток возврата, А
Ток
КоэффициПараИзмеряеПарауставки Измеряеент
мое
метр срамое
метр
реле, А
возврата
значение
батыв.
значение возврата
Последовательное соединение обмоток реле
12
Погрешности срабатывания
Окончание таблицы 1.1
Ток
уставки
реле, А
Ток срабатывания, А
Ток возврата, А
КоэффициИзмеряеПараИзмеряеПараент
мое
метр срамое
метр
возврата
значение
батыв.
значение возврата
Погрешности срабатывания
Параллельное соединение обмоток реле
Оформление отчета
1. Записать номер и название лабораторной работы.
2. Записать цель работы и задание к работе.
3. Привести эскиз реле РТ-40 с указанием основных элементов
конструкции.
4. Нарисовать схему внутренних соединений реле РТ-40.
5. Привести схему исследования реле РТ-40, результаты измерений свести в таблицу 1.1.
6. Нарисовать схему максимальной токовой защиты с реле РТ-40.
7. Сделать выводы по проделанной работе.
Контрольные вопросы
1. Что называется током срабатывания, током возврата и коэффициентом возврата реле РТ-40?
2. Как регулируются токи срабатывания реле РТ-40?
3. Объяснить принцип действия электромагнитных реле времени.
4. Объяснить принцип действия реле РТ-40, способы устранения вибрации контактов.
5. Объяснить, как работает максимальная токовая защита с реле
РТ-40.
13
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.
ИССЛЕДОВАНИЕ ИНДУКЦИОННОГО РЕЛЕ РТ-80
Цель работы: Ознакомление с конструкцией, назначением и способами регулирования характеристик срабатывания индукционного
реле типа РТ-80.
Задание:
1) ознакомиться с конструкцией индукционного реле, зарисовать схему внутренних соединений реле;
2) проверить шкалу токов срабатывания индукционного элемента реле типа РТ-80;
3) снять времятоковые характеристики индукционного реле
при заданной уставке выдержки времени и неизменной уставке тока;
4) составить схему МТЗ с использованием реле типа РТ-80.
Общие сведения
Индукционное реле серии РТ-80, РТ-90 (ИТ-80) состоит
из электромагнитного, индукционного и указательного (сигнализирующего о срабатывании реле) элементов (рис. 2.1). Электромагнитный
элемент служит для создания мгновенной токовой отсечки, а индукционный с вращающимся диском – для максимальной токовой защиты
с зависимой выдержкой времени.
Реле имеет общий магнитопровод с обмоткой как для электромагнитного, так и для индукционного элементов. Индукционный элемент
содержит алюминиевый диск 9, ось которого укреплена в поворачивающейся на полуосях рамке 13. В нормальном положении рамка оттянута назад пружиной 6, и зубчатый сектор 11 не сцеплен с червяком 12,
закрепленным на оси диска.
Диск охвачен с одной стороны постоянным магнитом 10, с другой – электромагнитом 1, полюса которого частично охвачены короткозамкнутыми витками 2. Благодаря короткозамкнутым виткам поток,
создаваемый протекающим по обмотке током, расщепляется на два
магнитных потока, пересекающих диск. Эти потоки, сдвинутые в пространстве и во времени, индуктируют в диске ЭДС, которые, в свою
очередь, вызывают в диске вихревые токи. От взаимодействия потоков
с вихревыми потоками возникает момент вращения, под действием которого диск приходит во вращение уже при токе, равном 20–30 % тока
срабатывания. На одной оси с диском укреплен червяк 12, который также вращается. Однако червяк не входит в зацепление с зубчатым секто14
ром 11, так как рамка 13 оттянута противодействующей вращению пружиной 6 в крайнее положение.
Рисунок 2.1 – Устройство реле РТ-80
Когда ток в обмотке реле достигает величины тока срабатывания,
силы, действующие на диск, преодолевают сопротивление пружины,
и рамка поворачивается, вводя червяк в зацепление с зубчатым сектором. Наименьший ток, при котором происходит зацепление червяка 12
с зубчатым сектором 11, называется током срабатывания индукционного
элемента реле.Сектор 11 начинает подниматься и через некоторое время
поворачивает коромысло 15, которое переключает контакты 17. Стальная скоба 5 при повороте рамки притягивается к магнитопроводу и усиливает зацепление червяка 12 с сектором 11.Выдержка времени реле
15
зависит от скорости вращения диска и от начального положения зубчатого сектора. Чем ниже опущен сектор, тем больше выдержка времени
реле. Чем больше величина тока в обмотке реле, тем быстрее вращается диск, и выдержка уменьшается. Следовательно, индукционный элемент создает выдержку времени, зависимую то тока. При токах, больших 6–8 кратного значения тока срабатывания, магнитопровод насыщается, и выдержка времени становится неизменной (независимая часть
характеристики).Начальное положение зубчатого сектора регулируется
перемещением движка 14 вдоль шкалы уставок выдержки времени. Выдержка времени реле в независимой части (при десятикратном токе срабатывания) может устанавливаться от 0,5 до 4 с (или в других пределах
в зависимости от назначения реле).
Ток срабатывания индукционного элемента регулируется изменением числа витков обмотки. Если к реле подвести сразу большой
ток, достаточный для притяжения якоря 19 электромагнитного элемента к магнитопроводу, то реле будет срабатывать без выдержки времени (срабатывает отсечка).Особенностью реле является описанное сцепление червяка с зубчатым сектором, благодаря чему реле имеет небольшое время инерционного выбега, так как после исчезновения тока
в реле червяк быстро расцепляется с зубчатым сектором и вращение
диска по инерции не может привести к замыканию контактов реле.
Сочетанием работы индукционного элемента с электромагнитным
в момент замыкания контактов обуславливается большой избыточный
момент и хорошее нажатие контактов за счет уменьшения воздушного зазора. Реле типа РТ-85, РТ86 выполняется с мощными контактами,
позволяющими размыкать токи до 150 А.
Реле имеет три регулируемые уставки. Уставку тока срабатывания индукционного элемента (IУ) регулируют изменением числа витков катушки электромагнита, переставляя штепсель на специальной
штепсельной колодке. В целях предотвращения размыкания вторичной цепи трансформатора тока, к которому подключается обмотка
реле, переключение на новую уставку производится в следующем порядке: при помощи дополнительного штепселя устанавливается требуемая новая уставка и лишь затем штепсель с прежней уставки перемещается на запасное холостое гнездо колодки. При изменении IУ
изменяется также ток срабатывания электромагнитного элемента – отсечки (IС.ОТС).
Уставка кратности отсечки, нанесенная на регулировочном винте,
изменяющем величину зазора между якорем и электромагнитом, регулируется в пределах от 2 до 8:
16
КОТС = IС.ОТС .
IУ
Уставка выдержки времени tУ , отсчитываемая по независимой
части характеристики реле; наносится на шкале времени и регулируется винтом, изменяющим величину перемещения зубчатого сектора
с рычагом, вызывающим замыкание (или размыкание) контактов реле.
Потребление реле при срабатывании индукционного элемента и минимальной уставке тока составляет 10–15 ВА. Коэффициент возврата реле (или элемента с выдержкой времени) не менее 0,8. Реле серии
РТ-80 выпускаются в нескольких исполнениях на различные пределы
уставок ток (2–5 А через 0,5 А; 4–10 А через 1 А), уставок выдержки
времени (0,5–4; 1–4; 2–16; 4–16 сек.) с различным выполнением контактов. Например, реле типа РТ-85, РТ-86 имеют размыкающие и замыкающие контакты с общей точкой, так называемый переключающий контакт без размыкания цепи. При срабатывании реле вначале замыкается один контакт, затем размыкается другой, чем обеспечивает
подключение отключающего электромагнита без разрыва цепи в схемах на оперативном переменном токе. Эти контакты способны шунтировать и дешунтировать цепь с сопротивлением до 4,5 Ом при токе
до 150 А. В реле РТ-84, РТ-83 и РТ-86 имеются кроме основных также сигнальные контакты. Благодаря своей универсальности реле серии
РТ-80 (включающие в себя мгновенное токовое реле, реле с выдержкой времени, указательный флажок) не требуют промежуточных реле
для усиления контактов, поэтому они широко используются в схемах
защит систем сельского электроснабжения.
Указания к выполнению работы
1. Изучить принцип действия и устройство реле РТ-80 (рис. 2.1),
обратив внимание на магнитную систему, короткозамкнутые витки,
диск, подвижную рамку, оттягивающую пружину, постоянный магнит,
червяк на оси диска, зубчатый сегмент, рычаг якоря, якорь электромагнита мгновенного действия, контакты реле, винт регулировки выдержки времени; устройство регулировки тока срабатывания, винт регулировки отсечки, ограничитель возврата рамки.
Начертить схему внутренних соединений реле и записать основные технические данные: пределы тока, уставок выдержек времени, типы контактов и их нагрузочную способность, потребляемую
мощность.
17
2. Проверка шкалы токов срабатывания и определение коэффициента возврата РТ-80:
2.1) собрать схему исследования реле РТ-80 (рис. 2.2) с использованием измерительных комплектов К513-К514, подключив выводы обмоток реле к клеммам «I>50 А» комплекта К514, а замыкающий
контакт реле – к клеммам «контакты реле» комплекта К513;
Рисунок 2.2 – Схема исследования реле РТ-80
2.2) установить минимальный ток уставки по шкале реле;
2.3) включить питание измерительных комплектов К513-К514.
Ручкой регулятора напряжения плавно увеличить ток в реле, определяется начальное значениетока IИО, при котором начинает вращаться
диск:
IИО = (0,2 ÷ 0,3) IСР,
затем при плавном увеличениитока в обмотке реле, пока подвижная
рамка с вращающимся индукционным элементом и зубчатым сектором
не войдет в зацепление с червяком;в момент сцепления червячной передачи определяется ток срабатывания IСР;
2.4) плавно уменьшая ток, определить ток возврата (момент размыкания зубчатого сектора и червяка);
2.5) выполнить измерения по пунктам «2.3» и «2.4» не менее трех
раз, результаты измерений занести в таблицу 2.1. По результатам изме18
рений определить ток срабатывания, ток возврата и коэффициент возврата реле для минимального тока уставки;
Таблица 2.1 – Результаты проверки шкалы токов срабатывания
индукционного элемента реле РТ-80
Начальное значеТок срабатываТок возврата
Ток
ние тока индукци- ния индукциониндукционного
уставки
онного элемента, А ного элемента, А
элемента, А
индукИзмеПараИзмеПарационноИзмеря- Среднее
ряемое
метр
ряемое
метр
го элемен- емое зна- значезначесрабазначе- возврата, А
чение
ние
ние
тыв.
ние
та
Коэффициент
возврата
реле
2.6) повторить измерения по пунктам «2.3», «2.4» и «2.5» для двух
других заданных токов уставки реле; влияние отсечек исключить
(КОТС = 8);уставку выдержки времени принять максимальной;
2.7) выполнить расчет тока срабатывания и тока возврата реле.
Ток срабатывания реле – наименьший ток, при котором происходит поворот рамки и сцепление зубчатого сегмента с червяком на оси диска.
Ток возврата реле – наибольший ток, при котором происходит расцепление зубчатого сегмента с червяком.
3. Снять времятоковые характеристики реле – зависимость времени срабатывания от токов в обмотке реле при заданной уставке выдержки времени и неизменной уставке тока:
3.1) в схему исследования ввести электросекундомер (рис. 2.3)
и установить заданные преподавателем значения уставки тока срабатывания реле и уставки выдержки времени;
3.2) включить питание измерительных комплектов К513-К514;
ручкой регулятора напряжения плавно увеличить ток в реле до тех пор,
пока подвижная рамка с вращающимся индукционным элементом и зубчатым сектором не войдет в зацепление с червяком; указанное значение
тока, при котором реле сразу срабатывает, округляется до ближайшего
большего целого значения и принимается за начальное значение тока;
19
Рисунок 2.3 – Схема для снятия времятоковой характеристики
реле РТ-80
3.3) при начальном значении тока реле включается толчком и электросекундомером измеряется время, через которое контакты реле замкнутся; измерения необходимо повторить 3 раза; по результатам трех
измерений определяется среднее значение выдержки времени для начального значения тока реле;
3.4) значение тока реле ручкой регулятора последовательно увеличивается на 0,5 А и для каждого значения тока повторяются измерения
по пункту «3.3»; всего необходимо взять 8–10 различных значений тока
реле; результаты измерений и расчетов необходимо занести в таблицу 2.2;
Таблица 2.2 –Результаты экспериментального определения времятоковой
характеристики индукционного реле типа РТ-80 при уставке по току ___А
и уставке выдержки времени ____ с
Время срабатывания индукционного элемента, с
Ток реле,
А
1 измерение
2 измерение
3 измерение
Среднее значение
20
3.5) по данным таблицы 2.2 построить времятоковую характеристику реле при заданных уставках по току и времени согласно формулам:
( )
tС.Р = f (IР); tС.Р = f IР ;
IУ
3.6) проанализировать результаты опыта, объяснить степень совпадения полученной кривой с характеристикой, приведенной на этикетке реле.
4. Используя учебную литературу, составить схемы максимальной токовой защиты с использованием реле типа РТ-80.
Оформление отчета
1. Записать номер и название лабораторной работы.
2. Записать цель работы и задание к работе.
3. Привести эскиз реле РТ-80 с указанием основных элементов
конструкции.
4. Нарисовать схему внутренних соединений реле РТ-80.
5. Привести схему исследования реле РТ-80, результаты проверки шкалы токов срабатывания индукционного элемента реле РТ-80 свести в таблицу 2.1.
6. Привести схему определения времятоковой характеристики
реле РТ-80, результаты измерений и расчетов свести в таблицу 2.2.
7. Построить опытную времятоковую характеристику реле
РТ-80 для заданной уставки по току и уставки выдержки времени.
8. Нарисовать схемы максимальной токовой защиты с реле РТ-80.
9. Сделать выводы по проделанной работе.
Контрольные вопросы
1. Объяснить принцип действия реле РТ-80.
2. Чем обеспечивается тормозной и вращающий моменты реле
РТ-80?
3. Почему поворачивается рамка РТ-80?
4. По какой части времятоковой характеристики отсчитывают
уставку времени реле РТ-80?
5. Что называется током срабатывания РТ-80? Как регулируется
ток отсечки реле РТ-80?
21
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3.
ВТОРИЧНЫЕ РЕЛЕ ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ РТМ, РТВ
Цель работы: Изучение конструкции токовых реле прямого действия и исследование их характеристик.
Задание:
1) изучить устройство реле тока РТМ и РТВ;
2) изучить характер зависимой и независимой части времятоковой характеристики реле;
3) составить схему МТЗ с реле РТВ и РТМ.
Общие сведения
В сельских распределительных сетях 6–10 кВ в целях удешевления при выполнении максимальных защит широко применяются реле
прямого действия.
Рисунок 3.1 – Устройство реле РТВ
22
Промышленностью выпускаются реле прямого действия – мгновенные типа РТМ и с ограниченно зависимой характеристикой времени действия типа РТВ. Эти реле встраиваются в грузовые и пружинные приводы выключателя. Реле максимального тока с механической
выдержкой времени – РТВ, выполняется на электромагнитной системе
соленоидного типа. Работа реле поясняется на рисунке3.1.
При появлении в катушке реле (РТВ) тока, равного току срабатывания, якорь реле притягивается к неподвижному полюсу. Усилие
через пружину передается на ударник, который стремится подняться
вверх. Однако движение ударника тормозится часовым механизмом,
с которым он связан при помощи тяги. Скорость движения определяется силой тока в реле, что обуславливает зависимую часть характеристики (рис. 3.2).
Рисунок 3.2 – Характеристики времени срабатывания реле РТВ-IV,V,VI:
1 – уставка 1 с; 2 – уставка 2 с; 3 – уставка 3 с; 4 – уставка 4 с
По истечении выдержки времени ударник освобождается и,
ударяя по рычагу отключающего валика, освобождает механизм выключателя.
Начиная с токов, примерно трехкратных току срабатывания, развивается усилие, достаточное для сжатия пружины, благодаря чему
сердечник втягивается мгновенно. В этом случае скорость движения
ударника определяется свойствами пружины и тормозным действием
механизма и не зависит от силы тока в реле, что обеспечивает независимую часть характеристики. Уставку тока срабатывания (IУ) регулируют изменением числа витков обмотки реле при помощи штепсельного
или поворотного переключателя. Уставку выдержки времени регулируют при помощи установочного винта на часовом механизме (при этом
23
меняется угол поворота часового механизма). Уставки выдержки времени даются для независимой части характеристики и могут регулироваться от 0 до 4 с.
К недостаткам реле РТВ относится:
а) большое потребление мощности (20…50 ВА), что приводит
к сильной загрузке трансформаторов тока;
б) значительные погрешности по току (±10 %) и выдержкам времени (±0,3–0,5 с в независимой части).
Коэффициент возврата (КВ) реле РТВ зависит от времени действия реле. В расчетах учитывается КВ в конце сцепления с часовым механизмом: 0,5 при максимальной уставке выдержки времени;
0,7…0,8 при минимальной.
Реле РТВ в вариантах исполнения отличаются пределами уставок
и имеют три модификации: РТВ-I и РТВ-IV с уставками 5; 6; 7,5; 10 А;
реле РТВ-II и РТВ-V – 10; 12,5; 15; 17,5 А; реле РТВ-III и РТВ-VI – 20;
25; 30; 35 А.
Временные характеристики реле РТВ-I, РТВ-IIи РТВ-III имеют
независимую часть при кратности тока в реле 1,6–1,8 и более.
Реле максимального тока мгновенного действия РТМ не имеет
часового механизма и отличается от РТВ широкой шкалой уставок токов срабатывания (до 150 А). В реле РТМ регулирование токов срабатывания ступенчатое (производится путем изменения числа витков обмотки). Катушка реле располагается в корпусе привода выключателя.
Внутри катушки перемещается сердечник с ударником, направляемым
латунной гильзой. При протекании тока по обмотке реле определенной
величины сердечник втягивается электромагнитным полем внутрь катушки. Жестко связанный с сердечником ударник бьет по отключающему рычагу привода и выключатель отключается. Прилипание сердечника к полюсу устраняется латунной шайбой.
К недостаткам реле типа РТМ следует отнести большую потребляемую мощность (от 16 до 450 ВА в функции от уставки тока срабатывания) и большую погрешность (±10 %) в токе срабатывания.
Имеются конструкции реле мгновенного действия, у которых ток
срабатывания регулируется плавно изменением начального расстояния
от сердечника до неподвижного полюса.
Благодаря простоте схем защит с реле (РТМ и РТВ) прямого действия эти реле находят применение для защит в системах сельского
электроснабжения.
Кроме указанных выше, применяют реле минимального напряжения мгновенного действия РНМ и с выдержкой времени РНВ.
24
Указания к выполнению работы
1. Проверка шкалы токов срабатывания и определение коэффициента возврата реле РТМ.
1.1) собрать схему исследования реле РТМ (рис. 3.3) с использованием измерительных комплектов К513-К514, подключив выводы обмотки реле к клеммам «�����������������������������������������
I����������������������������������������
>50 А» комплекта К514, а замыкающий контакт реле – к клеммам «контакты реле» комплекта К513;
Рисунок 3.3 – Схема исследования реле РТМ
1.2) установить минимальный ток уставки по шкале реле;
1.3) включить питание измерительных комплектов К513-К514.
Ручкой регулятора напряжения плавно увеличить ток в реле до тех пор,
пока оно не замкнет своих контактов, т.е. пока не загорится лампочка
HLG�������������������������������������������������������������
(рис. 3.3). Минимальный ток, замеренный амперметром, при котором реле срабатывает, называется током срабатывания;
1.4) плавно уменьшая ток, определить ток возврата (момент размыкания контактов и погасания лампочки HLG). Максимальный ток,
замеренный амперметром, при котором реле возвращается в исходное
состояние, называется током возврата;
1.5) выполнить измерения по пунктам «в» и «г» не менее трех
раз, результаты измерений занести в таблицу 3.1. По результатам измерений определить коэффициент возврата реле для минимального тока
уставки;
25
1.6) повторить измерения по пунктам «1.3», «1.4» и «1.5» для среднего и максимального токов уставки реле.
2. Снятие времятоковой характеристики реле РТВ – зависимости времени срабатывания от токов в обмотке реле при заданной уставке выдержки времени и неизменной уставке тока:
2.1) в схему исследования ввести электросекундомер (рис. 3.4)
и установить заданные преподавателем значения уставки тока срабатывания реле РТВ и уставки выдержки времени;
Рисунок 3.4 – Схема для снятия времятоковой характеристики реле РТВ
2.2) включить питание измерительных комплектов К513-К514;
ручкой регулятора напряжения плавно увеличить ток в реле до тех пор,
пока не начнет работать часовой механизм реле; указанное значение
тока, при котором реле сразу срабатывает, округляется до ближайшего
большего целого значения и принимается за начальное значение тока;
2.3) при начальном значении тока реле включается толчком и электросекундомером измеряется время, через которое контакты реле замкнутся; измерения необходимо повторить 3 раза; по результатам трех
измерений определяется среднее значение выдержки времени для начального значения тока реле;
2.4) значение тока реле ручкой регулятора последовательно увеличивается на 1 А и для каждого значения тока повторяются измерения по пункту «в»; всего необходимо взять 8–10 различных значений
тока реле; результаты измерений и расчетов необходимо занести в таблицу 3.2;
26
2.5) по данным таблицы 2 построить времятоковую характеристику реле при заданных уставках по току и времени согласно формулам:
( )
tС.Р = f (IР); tС.Р = f IР ;
IУ
2.6) проанализировать результаты опыта, объяснить степень совпадения полученной кривой с характеристикой, приведенной в справочных материалах.
Таблица 3.1 – Результаты измерения параметров реле РТМ
Ток срабатывания, А
Ток возврата, А
Ток
уставки Измеряемое Параметр Измеряемое Параметр
реле, А
значение
срабатыв.
значение
возврата
Коэффициент
возврата
Таблица 3.2 – Результаты экспериментального определения
времятоковой характеристики реле РТВ при уставке по току ____ А
и уставке выдержки времени ____ с
Время срабатывания индукционного элемента, с
Ток реле,
А
1 измерение
2 измерение
3 измерение
Среднее значение
27
Оформление отчета
1. Записать номер и название лабораторной работы.
2. Записать цель работы и задание к работе.
3. Привести эскиз реле РТВ с указанием основных элементов
конструкции.
4. Привести схему исследования реле РТМ, результаты измерений свести в таблицу 3.1.
5. Привести схему исследования реле РТВ, результаты измерений свести в таблицу 3.2.
6. Построить опытную времятоковую характеристику реле РТВ
для заданной уставки по току и уставки выдержки времени.
7. Нарисовать схему максимальной токовой защиты с использованием реле типа РТВ и РТМ.
8. Сделать выводы по проделанной работе.
Контрольные вопросы
1. Перечислить типы реле прямого действия, встраиваемые непосредственно в приводы к выключателям.
2. Что называется вторичными реле прямого действия?
3. Назовите источники переменного оперативного тока.
4. Каковы преимущества и недостатки защиты, выполненной
с использованием встроенных реле прямого действия?
5. Чем обеспечивается плавное и ступенчатое регулирование
тока срабатывания реле РТВ и РТМ?
6. Почему реле РТВ имеет ограниченно-зависимую характеристику времени срабатывания? Поясните принцип действия и особенности механической части реле РТВ при малых и больших кратностях
тока срабатывания.
7. С какой выдержкой времени сработает реле РТВ, если его
уставка по току – 7 А; по времени – 3 с, а по обмотке реле протекает
ток, равный 10 А, 14 А, 30 А?
28
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4.
МАСЛЯНЫЙ (ВМП-10) И ВАКУУМНЫЙ (ВВ/TEL-10)
ВЫКЛЮЧАТЕЛИ
Цель работы: изучение конструкции высоковольтных выключателей, приводов и схем управления выключателями.
Задание:
1) ознакомиться с конструкцией масляного и вакуумного выключателей;
2) изучить устройство и принцип работы привода масляного
и вакуумного выключателей;
3) изучить работу схемы управления выключателем.
Общие сведения
Выключатели типа ВМГ-10 относятся к типу маломасляных
и представляют собой трехполюсный коммутационный аппарат, предназначенный для работы в закрытых установках переменного тока частотой 50 Гц с напряжением до 10 кВ включительно.
Выключатели имеют два варианта исполнения по номинальному току:
–– ВМГ-10-630-20 на 630 А;
–– ВМГ-10-1000-20 на 1000 А.
Выключатели управляются электромагнитными приводами
постоянного тока типа ПЭ-11 или пружинными приводами типа
ПП-67. выключатели рассчитаны для работы в установках, когда высота над уровнем моря не более 1000 м; температура окружающего воздуха находится в пределах от -25 ℃ до + 40 ℃; среднемесячная относительная влажность воздуха не более 80 % при температуре – 20 ℃.
Технические данные выключателя:
–– Номинальное напряжение – 10 кВ.
–– Наиболее рабочее напряжение – 12 кВ.
–– Номинальный ток 630/1000 А.
–– Номинальный ток отключения – 20 кА.
–– Сквозной предельный ток – амплитудное значение –
52 кА.
–– Ток термической устойчивости для вменения 4 с – 20 кА.
–– Масса масла – 4,5 кг.
–– Минимальная бестоковая пауза при АПВ – 0,5 с.
29
Описание установки
Конструкция выключателя.Три полюса выключателя смонтированы на общей сварной раме (рис. 4.1), являющейся основанием выключателя. На лицевой стороне рамы установлено шесть фарфоровых
опорных изоляторов, на каждую пару которых подвешивается полюс
выключателя.
Основной частью полюса выключателя является цилиндр
(рис. 4.1). Для выключателей на номинальный ток 1000 А цилиндры
сделаны из латуни. Цилиндры выключателей на номинальный ток
630 А выполнены из стали и имеют продольный немагнитный шов.
К каждому цилиндру приварен кожух с маслоналивнойпробкой и маслоуказателем. Кожух служит расширительным дополнительным объектом, внутри которого расположен маслоотделитель центробежного типа. Газы, образующиеся при отключении выключателя, выходят
из полюса через специальные жалюзи, расположенные в кожухе выключателя. Внутри полюса расположены изоляционные цилиндры,
между которыми устанавливается дугогасительная камера.
Контактный стержень от цилиндра, электрически связанного с неподвижным розеточным контактом, изолирован при помощи проходного изолятора, укрепленного в верхней части цилиндра.
Рисунок 4.1 – Конструкция масляного выключателя ВМП-10
Дугогасительная камера поперечного масляного дутья (рис. 4.2)
состоит из пакетов изоляционных пластин, стянутых тремя изолированными шпильками. В нижней части камеры расположены один над другим поперечные дутьевые каналы, а в верхней – масляные «карманы».
30
Поперечные дутьевые каналы имеют выходы, направленные кверху.В
нижней части цилиндр закрывается съемной крышкой (рис. 4.1), на которой расположен неподвижный розеточный контакт.Верхние концы
розеточного контакта облицованы дугостойкой металлокерамикой.
В крышку ввинчена маслоспускная пробка с уплотняющей шайбой.
Подвижный контактный стержень снабжен колодкой, к торцу которой
крепятся гибкие связи. В верхней части стержня крепится наконечник,
который через рычаг соединен с валом выключателя.Ко второму концу
рычагов присоединены отключающие пружины, а к среднему из них –
буферная пружина. Для смягчения ударов на раме установлен масляный буфер. На вал выключателя движение передается через систему
рычагов от привода выключателя ПП-67.
Рисунок 4.2 – Разрез полюса
выключателя ВМП-10
Рисунок 4.3 – Разрез полюса
выключателя BB/TEL-10
31
Электромагнитные приводы работают на оперативном постоянном токе и служат для дистанционного управления высоковольтными
выключателями.
Конструкция привода ПЭ-11. Привод электромагнитный ПЭ-11
предназначен для управления выключателем, т.е. для включения, отключения, удержания его во включенном и отключенном состоянии.
Привод ПЭ-11 имеет более простое устройство, чем ПС-10, изготовляется для внутренней и наружной установки. Включающий электромагнит расположен в верхней части привода и состоит из катушки,
к которой подводится ток через токопровод, и подвижного сердечника со штоком.
Отключающий электромагнит имеет стержень, на который можно подействовать рычагом – кнопкой ручного отключения, с которой
связаны сигнальные контакты. Они служат для размножения контактов, используемых в цепях сигнализации, релейной защиты и автоматики.
Блок-контакты связаны с валом выключателя, аварийные БКА переключаются при аварийном отключении выключателя. Для ручного
включения используется специальная рукоятка.
Схема управленияи сигнализации. На рисунке 4.4 дана схема
управления и сигнализации. Схема питается от мощной выпрямительной установки.При нажатии кнопки «�����������������������������
SC���������������������������
1» подается питание на промежуточный контактор KQQ, установленный в шкафу привода в цепи,
включающий катушку ����������������������������������������
KQC�������������������������������������
. Контактор �������������������������
KQQ����������������������
срабатывает и замыкает цепь катушки KQC. ВыключательQ включается, блок-контакты
переключаются. При этом размыкающие блок-контакты ����������
KQ��������
1 разрывают цепь катушки KQQ, контактор отключается и разрывается цепь
катушки KQC, гаснет зеленая лампа HLG.
Замыкающие блок-контакты KQ2 замыкаются и загорается
красная лампа �����������������������������������������������
HLR��������������������������������������������
. Отключение производится кнопкой «���������
SC�������
2». Подается питание на электромагнит отключения KQT�����������������
��������������������
, выключатель отключается, блокировочные контакты KQ��������������������������
����������������������������
2 снова переключаются: замыкающие размыкаются, разрывают цепь катушки KQT – лампа HLR
гаснет; размыкающие замыкаются, подготавливая цепь включения, –
загорается лампа ���������������������������������������������
HLG������������������������������������������
. Блок–контакты ��������������������������
KQ������������������������
2, включенные в цепь катушки KQT�����������������������������������������������������
��������������������������������������������������������
, автоматически разрывают цепь катушки после завершения операции, чем обеспечивается кратковременный импульс тока.
При коротком замыкании в силовой цепи срабатывает реле, которое
своими контактами замыкает цепь катушки KQT�������������������
����������������������
, выключатель Q����
�����
выключается.
32
Рисунок 4.4 – Упрощенная схема управления выключателем ВМП-10
Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с паспортными данными выключателя ВМГ-10.
2. Ознакомиться с конструкцией выключателей ВМГ-10, ВМП10 и ВВ/TEL-10.
3. Ознакомиться с дугогасительной камерой выключателя ВМП10 и принципом ее действия.
4. Ознакомиться с приводом ПЭ-11.
5. Произвести автоматическое и ручное включение и отключение выключателя ВМГ-10.
Оформление отчета
1. Записать номер и название лабораторной работы.
2. Записать цель работы и задание к работе.
3. Привести конструкцию масляного выключателя ВМП-10
с указанием его основных составных элементов.
4. Привести разрез полюса выключателя ВМП-10 с указанием его основных составных элементов. Привести разрез полюса ВВ/
TEL-10.
33
5. Привести упрощенную схему управления выключателем
ВМП-10.
6. Привести конструкцию пружинного привода ПП-67К и указать его основные составные элементы.
7. Сделать выводы по работе.
Контрольные вопросы
1. Типы выключателей и их назначение.
2. Принцип работы выключателя.
3. Из каких основных узлов состоит масляный малообъемный
выключатель?
4. Каково назначение воздушной подушки в выключателе ВМП?
5. Как устроен розеточный контакт выключателя?
6. Чем отличаются цилиндры полюсов выключателей ВМГ-10,
ВМП-10 и ВВ/TEL-10?
7. Что такое номинальная мощность и ток отключения?
8. Принцип работы дугогасительной камеры ВМП-10.
9.Основные достоинства вакуумных выключателей ВВ/TEL-10
перед масляными ВМГ-10, ВМП-10.
34
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5. ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ
СОЕДИНЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА И РЕЛЕ
Цель работы:исследование токораспределения во вторичных цепях трансформаторов тока при различных схемах их соединений, применяемых в токовых защитах.
Задание:
1) ознакомиться с конструкцией и маркировкой трансформаторов тока, изучить их назначение в высоковольтных и низковольтных
установках;
2) изучить соединение трансформаторов тока по схемам полной
звезды, неполной звезды, включения реле на разность токов двух фаз
и на сумму токов трех фаз;
3) измерить токи в первичных цепях и в цепях защит при различных видах коротких замыканий (КЗ);
4) проанализировать полученные данные с использованием диаграмм, построенных для указанных видов КЗ.
Общие сведения
Поведение и работа реле в каждый из этих схем зависитот характера распределения токов в ее вторичных условиях. Если в каком-либо
элементе схемы (проводе или обмотке реле) вторичные токи разных
фаз складываются или вычитаются, торезультат сложения или вычитания соответствующих векторов фазных токов с учетом их сдвигов
по фазе. Для каждой схемы соединений можно определить отношение
тока в реле iка ко вторичному току в фазе I2. Это отношение называется
коэффициентом схемы:
Kсх = iка ,
I2
где iка – ток, протекающий в обмотке реле;
I2 – ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока.
Коэффициент схемы учитывается при расчете уставок и оценке
чувствительности защиты.
Схема соединения вторичных обмоток ТТ и обмоток реле в полную звезду. Трансформаторы тока устанавливаются во всех фазах. Вторичные обмотки трансформаторов тока и измерительные органы соединяются в звезду и их нулевые точки связываются одним проводом,
35
называемым нулевым (рис. 5.1). В нулевую точку объединяются одноименные зажимы обмоток трансформаторов тока.
При трехфазном КЗ и нормальном режиме в измерительных органах ИОА, ИОВ и ИОС проходят токи фаз
_IИОА = _I2А = _I А , _IИОВ = _I2В = _I В , _IИОС = _I2С = _I С ,
nТ nТ nТ
а в нулевом проводе и измерительном органе ИОН– их геометрическая
сумма
IНП = I2А + I2В + I2С,
которая при симметричных режимах равна нулю.
Нулевой провод схемы полной звезды является фильтром токов
нулевой последовательности и ток _I НП определяется последним соотношением. Токи прямой и обратной последовательностей в нулевом проводе
не проходят, т.к. векторы каждой из этих систем дают в сумме нуль. Токи
же нулевой последовательности совпадают по фазе, и поэтому в нулевом
проводе проходит утроенное значение этого тока IНП = 3I0. При нарушении
(обрыве) вторичной цепи одного из трансформаторов тока в нулевом проводе возникает ток, равный току фазы, что можетпривести к непредусмотренному действию реле, установленного в нулевом проводе.
Рисунок 5.1 – Схема соединения трансформаторов тока и измерительных органов
в полную звезду
36
При двухфазных КЗIK(2) ток проходит только в двух поврежденных
фазах и, соответственно, в ИО, подключенных к трансформаторам тока
поврежденных фаз, а ток в неповрежденной фазе отсутствует. Согласно закону Кирхгофа, сумма токов в узле равна нулю, следовательно,
_I B + _I C = 0, отсюда _I B = - _I C. С учетом этого на векторной диаграмме
токи _I B и _I С будут сдвинутыми по фазе на 180°.
Ток в нулевом проводе схемы и измерительном органе ИОН равен
сумме токов двух поврежденных фаз ( _I 2B) и _I 2С), но так как последние
равны и противоположны по фазе, то ток в нулевом проводе также отсутствует. Поэтому измерительный орган ИОН, включенный в нулевой
провод, не будет реагировать на междуфазные КЗ и нагрузку, в чем состоит важная особенность схемы полной звезды.
При однофазных КЗ на землю первичный ток КЗ проходит только по одной поврежденной фазе. Соответствующий ему вторичный ток
_I2Ф проходит также только через один соответствующий фазный ИО
и замыкается по нулевому проводу и ИОН.
По вторичным обмоткам ТТ и измерительным органам ИО протекают одинаковые токи I2Ф = IИО, поэтому коэффициент схемы при любых видах КЗ в линии, в начале которой установлены ТТ, равен
Kсх(m) = IИО = 1.
I2Ф
В таблице5.1 представлена сводная информация о токах в фазах сети при различных видах КЗ в защищаемой линии и относительных токах, протекающих по измерительным органам при различных
схемах соединений ТТ и ИО. Приведенные относительные токи в измерительных органах (отнесенные к вторичным фазным токам (IK(m)⁄nТ)
являются коэффициентами схемы Kсх(m) соединений ТТ и ИО: Kсх(3) –
при трехфазных КЗ в защищаемой линии; Kсх(2) – при двухфазных КЗ;
Kсх(1) – при однофазных КЗ на землю.
Таблица 5.1 – Сводная информация о токах в фазах сети при различных видах КЗ
(
(
(
K 3)
K 2)
K 2)
сх
сх
сх
1
2
3
Токи
в фазах
сети
А
Вид короткого замыкания, поврежденные фазы
Трехфазное КЗ Двухфазные КЗ Однофазные КЗ на землю
АВС
АВ ВС СА
А
В
С
(3)
( 2)
( 2)
( 1)
IK
IK
IK
IK
0
0
В
IK(3)
IK(2)
IK(2)
0
0
IK(1)
0
С
IK(3)
0
IK(2)
IK(2)
0
0
IK(1)
37
Окончание таблицы 5.1
(
K 3)
сх
(
K 2)
сх
(
K 2)
сх
Вид короткого замыкания, поврежденные фазы
Трехфазное КЗ Двухфазные КЗ Однофазные КЗ на землю
АВС
АВ ВС СА
А
В
С
Схема соединения ТТ и ИО в полную звезду
4
ИОА
1
1
0
1
1
0
0
5
ИОВ
1
1
1
0
0
1
0
Токи
в ИО* ИОС
6
1
0
1
1
0
0
1
7
ИОН
0
0
0
0
1
1
1
Схема соединения ТТ и ИО в неполную звезду
8
ИОА
1
1
0
1
1
0
0
Токи
9
ИОС
1
0
1
1
0
0
1
в ИО*
10
ИОН
1
1
1
0
1
0
1
Схема соединения ТТ в полный треугольник, а ИО – в полную звезду
11
ИОА
√3
2
1
1
1
1
0
Токи
12
ИОВ
√3
1
2
1
0
1
1
в ИО*
13
ИОС
√3
1
1
2
1
0
1
Схема соединения ТТ в неполный треугольник с одним ИО
Токи
14
ИО
√3
1
1
2
1
0
1
в ИО*
* Примечание: в строках «Токи ИО» значения токов даны в относительных единицах,
приведенных к соответствующим токам: для трехфазного КЗ – к току IK( 3)/nТ;
для двухфазного КЗ – к току IK( 2)/nТ; для однофазного КЗ – к току IK( 1)/nТ.
В рассмотренной схеме соединения трансформаторов тока и измерительных органов в полную звезду измерительные органы ИОА,
ИОВ и ИОС, установленные в фазах, реагируют на все виды КЗ, а измерительный орган ИОН в нулевом проводе – только при КЗ на землю.
Схема соединения в полную звезду применяется в защитах, действующих при всех видах КЗ. Дополнительно следует отметить, что данная
схема соединения ТТ и ИО наиболее широко применяется в микропроцессорных устройствах релейной защиты.
Схема соединения трансформаторов тока и измерительных органов в неполную звезду.Трансформаторы тока и измерительные органы
устанавливаются только в двух фазах и соединяются так же, как и в схеме звезды (рис. 5.2). В измерительных органах ИОА и ИОС при симметричном режиме работы сети проходят токи соответствующих фаз
_IИОА = _I2А = _I А , _IИОС = _I2С = _I С ,
nТ nТ
38
а в нулевом проводе и ИОН ток равен их геометрической сумме
_I НП = _I 2А + _I 2С = - _I 2В
и току фазы В (по величине со знаком минус), отсутствующей во вторичной цепи.
Рисунок 5.2 – Схема соединения трансформаторов тока и измерительных органов
в неполную звезду
При трехфазном КЗ и нормальном режиме токи _I 2А и _I 2С проходят по обоим ИОА и ИОС, а ток _I НП – в нулевом проводе и ИОН.
В случае двухфазного КЗ токи _I 2А и _I 2С появляются в одном
или двух ИОА и ИОС в зависимости от того, какие фазы повреждены. Ток
в нулевом проводе _I НП и ИОН при двухфазном КЗ между фазами С и А,
в которых установлены трансформаторы тока, с учетом, что _I 2А = _I 2с,
равен нулю. При замыканиях между фазами АВ и ВС он соответственно равен _I 2А = _I НП и _I 2С = _I НП.
В случае однофазного КЗ на землю фаз А или С сети, в которых
установлены трансформаторы тока, в ИОА или ИОС, нулевом проводе
и ИОН проходит ток КЗ. При замыкании на землю фазы В, в которой
трансформатор тока не установлен, токи в схеме защиты не появляются и такое КЗ не может быть выявлено.
Следовательно, схема неполной звезды реагирует не на все случаи однофазного КЗ на землю и поэтому применяется только для защит, действующих при междуфазных повреждениях.
Схема соединения трансформаторов тока в полный треугольник,
а измерительных органов – в полную звезду. Вторичные обмотки транс39
форматоров тока соединены последовательно разноименными выводами (рис. 5.3) и образуют полный треугольник, а измерительные органы
ИОА, ИОB и ИОC соединены в полную звезду и подключаются к вершинам этого треугольника.
Рисунок 5.3 – Схема соединения трансформаторов тока в полный треугольник,
а исполнительных органов – в полную звезду
Из токораспределения (рис. 5.3) видно, что при симметричном
режиме работы сети по каждому ИО проходит ток, равный геометрической разности токов двух фаз
_IИОА = _I 2А - _I 2В , _IИОВ = _I 2В - _I 2С, _IИОС = _I 2С - _I 2А ,
На основании этих выражений находятся токи, проходящие в измерительных органах при разных видах КЗ.
При трехфазном КЗ и симметричной нагрузке в каждом ИО, например, для фазы А проходит линейный ток _I ИОА = _I 2Л в √3 раз больше фазного тока _I2А = _I 2Ф и сдвинут относительно него по фазе на 30°.
Аналогично для двух других фаз В и С. Поэтому коэффициент схемы
для трехфазного КЗ (m = 3) равен
Kсх(3) = IИО = √3I2Ф = √3.
I2Ф
I2Ф
При двухфазном КЗ, например, между фазами В и С, имеем слеНН
НН
дующие первичные токи _I K(2)НН = _I СЛ
= - _I ВЛ
. Следовательно, токи
в измерительных органах будут
40
_I ИОА = _I 2А - _I 2В = _I 2Ф, _I ИОВ = _I 2В - _I 2С = _I 2Ф,
_I ИОС = _I 2С - _I 2А = 2 _I 2Ф,
Видим, что ток в ИОС в два раза превышает вторичный ток ТТ
фазы С, а в двух других ИО протекаемые по ним токи равны вторичным
токам ТТ. Следовательно, коэффициенты схемы для ТТ и ИО по фазам
при двухфазном КЗ между фазами В и С будут равны
Kсх(2)А = IИО = 1, Kсх(2)В = 1, Kсх(2)С = 2.
I2Ф
Подобные токи протекают при двухфазных КЗ между фазами АВ
и СА.
При однофазных КЗ на землю первичный ток КЗ проходит только по одной поврежденной фазе. При КЗ фазы А на землю соответствующий ему вторичный ток I2А проходит через ИОА и возвращается
через ИОС. При замыкании фазы В имеем протекания вторичного тока
по ИОВ и ИОА, при замыкании фазы С – по ИОС и ИОВ. Следовательно,
коэффициенты схемы при однофазном КЗ на землю фазы А (ш = 1) будут равны
Kсх(1)А = IИО = 1, Kсх(1)В = 0, Kсх(1)С = 1.
I2Ф
Описанная выше схема применяется в основном для дифференциальных защит силовых трансформаторов напряжением 35-110-220/610 кВ.
Схема с двумя трансформаторами тока и одним измерительным органом, включенным на разность токов двух фаз. Трансформаторы тока устанавливаются в двух фазах (например, А и С на рис. 5.4).
Их вторичные обмотки соединяются разноименными зажимами, к которым (параллельно вторичным обмоткам) подключается измерительный орган ИО. Такую схему иногда называют «схемой восьмерки».
Из токораспределения, показанного на рисунке 5.4, для случая,
когда по первичным цепям проходят положительные токи _I А , _I B , _I C ,
а по вторичным токи _I 2А и _I 2B , _I 2C находим, что ток IИО в ИО равен геометрической разности токов двух фаз _I 2А и _I 2С, т.е.
IИО = _I 2А - _I 2C.
41
Рисунок 5.4 – Схема соединения трансформаторов тока в неполный треугольник
с одним из исполнительных органов
При трехфазном КЗ и симметричной нагрузке ток _I ИО в √3 раза
больше фазных токов _I 2А и _I 2С, т.е. _I ИО = √3I2Ф. С учетом этого коэффициент схемы
Kсх(3) = IИО = √3I2Ф = √3.
I2Ф
I2Ф
При двухфазном КЗ на фазах А и С в ИО поступает два тока _I 2А
и _I 2С. С учетом векторной диаграммы и _I С = - _I А = _I Ф и _I 2С = - _I 2А =
= _I 2Ф получаем _I ИО = 2 _I 2Ф. При КЗ между А и В или В и С в ИО поступает ток только одной фазы Ьа или Ь с, поскольку на фазе В нет
трансформатора тока. При замыканиях между фазами АВ и ВС он соответственно равен _I ИО = _I 2А и _I ИО = -2I_2С. Отсюда получим _I ИО = -2I_2Ф.
Следовательно, коэффициенты схем при двухфазном КЗ для разного
сочетания поврежденных фаз будут
Kсх(2)АС = 2, Kсх(2)АB = 1, Kсх(2)BС = 1.
В случае однофазного КЗ на землю фаз А или С сети, в которых
установлены трансформаторы тока, во вторичной обмотке трансформатора тока и измерительном органе проходит ток _I ИО = -2I_ 2Ф. При замыкании на землю фазы В, в которой трансформатор тока не установлен,
токи в схеме защиты не появляются, т.е. _I ИО = 0 и защита такое КЗ чувствовать не будет.
Коэффициент схемы при однофазном КЗ на землю
Kсх(1)A = 1, Kсх(1)A = 0, Kсх(1)С = 1.
42
Схема применяется только для защиты от многофазных повреждений в питающей линии, например, для защиты электродвигателей
напряжением 6–10 кВ.
Трехтрансформаторный фильтр токов нулевой последовательности. Если вторичные обмотки ТТ, установленные в трех фазах, соединить параллельно одноименными выводами, а к точкам соединения
подключить ИО (илиреле КА, то получим, что мгновенное значение
тока в ИО будет равно сумме вторичных токов
_I ИО = _I 2А + _I 2B + _I 2C,
которая при нормальном режиме работы равна нулю (рис. 5.5).
Рисунок 5.5 – Трансформаторный фильтр нулевой последовательности
Для реальных ТТ с учетом их токов намагничивания и коэффициентов трансформации по ИО будет протекать некоторый небольшой
ток небаланса Iнб. При однофазном или двухфазном замыкании на землю появляются токи нулевой последовательности, которые служат в качестве информации для релейной защиты. Рассмотренная схема соединения ТТ называетсятрехтрансформаторным первичным фильтром
токов нулевой последовательностии используется:
–– в электрических сетях напряжением 6-10-35 кВ с изолированными нейтралями или нейтралями, заземленными через дугогасящие
реакторы или высокоомные резисторы, для выявления однофазных замыканий на землю в воздушных линиях электропередачи;
–– в электрических сетях напряжением 110 кВ и выше с эффективно заземленными или глухо заземленными нейтралями в защитах
от КЗ на землю.
43
Описание установки
На стенде представлены 3 фазы и нулевой провод, токи
в которых замеряются амперметрами. Собирая нужную схему из ТА
и амперметров, используемых в качестве реле,можноисследовать токораспределение во вторичныхцепях ТА и реле при различных видах
коротких замыканий. Короткое замыкание устанавливают закорачиванием зажимов на конце линии за нагрузочными сопротивлениями. Питание на стенд подается от силового трансформатора через универсальный пакетный переключатель и замыкающие контакторы.
Рисунок 5.6 –Модель схемы соединения трансформаторов тока
и измерительных органов в полную звезду
Рисунок 5.7 –Модель схемы соединения трансформаторов тока и измерительных
органов в неполную звезду
44
Рисунок 5.8 –Модель схемы соединения трансформаторов тока в полный
треугольник, а исполнительных органов – в полную звезду
Рисунок 5.9 – Схема соединения трансформаторов тока в неполный треугольник
с одним из исполнительных органов
Рисунок 5.10 –Модель схемы трансформаторного фильтра нулевой
последовательности
45
Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с аппаратурой, установленной на стенде. Записать технические данные трансформаторов тока. Убедиться в правильном обозначении полярности их обмоток.
2. Собрать поочередно все схемы, представленные на рисунках
5.5–5.10. Для каждой схемы, имитируя различные виды КЗ, произвести
запись показаний всех приборов в таблицу 5.1. КЗ для всех схем производить за нагрузочным сопротивлением.
3. С помощью векторных диаграмм, построенных для видов
КЗи заданных преподавателем, проверить правильность полученных
результатов. На диаграмме выделить векторы токов, проходящих по обмотке реле.
4. По данным показаний приборов для каждой схемы (или
для схемы указанной преподавателем) определить коэффициент схемы,
соответствующий определенному виду КЗ.
5. Оценить чувствительность токовой защиты при различных
схемах ее выполнения и различных видах КЗ.
Таблица 5.2 – Результаты измерения токораспределения
для разных схем соединения трансформаторов тока и реле
Показание приборов
Обозн.
В первичных цепях
Во вторичных цепях
Вид КЗ
КЗ
IA
IB
IC
IN
Ia
Ib
Ic
I0
Схема 1 – Соединения трансформаторов тока
и измерительных органов в полную звезду
Трехфазное
ABC
Трехфаз. на землю
ABCO
AB
Двухфазное
BC
AC
ABO
Двухфазное на землю
ACO
Однофаз. на землю
AO
Схема 2 – Соединения трансформаторов тока и измерительных органов
в неполную звезду
Трехфазное
ABC
Трехфаз. на землю
ABCO
AB
Двухфазное
BC
AC
46
Окончание таблицы 5.2
Вид КЗ
Обозн.
КЗ
Показание приборов
В первичных цепях
Во вторичных цепях
IA
IB
IC
IN
Ia
Ib
Ic
I0
ABO
ACO
Однофаз. на землю
AO
Схема 3 – Соединения трансформаторов тока в полный треугольник,
а исполнительных органов – в полную звезду
Трехфазное
ABC
Двухфазное на землю
Трехфаз. на землю
ABCO
AB
Двухфазное
BC
AC
Двухфазное на землю
ABO
ACO
Однофаз. на землю
AO
Схема 4 – Включение трансформаторов тока в неполный треугольник
с одним исполнительных органов
Трехфазное
ABC
Трехфаз. на землю
ABCO
AB
Двухфазное
BC
AC
ABO
Двухфазное на землю
ACO
Однофаз. на землю
AO
Схема 5 – Трансформаторного фильтра нулевой последовательности
Трехфазное
ABC
Трехфаз. на землю
ABCO
AB
Двухфазное
BC
AC
ABO
Двухфазное на землю
ACO
Однофаз. на землю
AO
Оформление отчета
1. Записать номер и название лабораторной работы.
2. Записать цель работы и задание к работе.
47
3. Привести модели изучаемых схем соединения вторичных обмоток трансформаторов тока и реле.
4. Привести результаты измерения токораспределения для разных схем соединения вторичных обмоток трансформаторов тока и реле.
5. Привести расчет коэффициента схемы для заданного варианта схемы и вида КЗ.
6. По результатам измерений построить векторные диаграммы
токов в первичных и во вторичных цепях для заданного преподавателем варианта схемы и вида КЗ.
7. Сделать выводы по работе.
Контрольные вопросы
1. Назначение нулевого провода в схеме полной звезды.
2. Почему схема порисунке5.10 называется «фильтром токов нулевой последовательности»? Каково в этой схеме назначение нулевого
провода?
3. Чему равен ток в нулевом проводе полной звезды в нормальном режиме, если: а) перепутаны концы U1 и U2 одного из трансформаторов тока;б) имеется обрыв вторичной цепи ТА одной фазы?
4. Для какой из исследуемых схем коэффициент схемы не равен
единице?
5. При каких повреждениях отказывает защита, выполненная
по схеме неполной звезды и на разность токов двух фаз?
6. Какие схемы соединения ТА и реле применяются для защиты
электроустановок в сетях с изолированной нейтралью?
7. Сравните чувствительность защиты по схеме включения реле
на разность токов двух фаз при трехфазном и различных двухфазных КЗ.
48
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6.
КОМПЛЕКТНАЯ ТРАНСФОРМАТОРНАЯ
ПОДСТАНЦИЯ (КТП) 10/0,38 КВ
Цель работы: изучить конструкцию и особенности работы комплектной трансформаторной подстанции напряжением 10/0,38 кВ,
мощностью 25–160 кВА.
Задание:
1) ознакомиться с устройством КТП 10/0,38 кВ;
2) изучить принципиальную схему электрических соединений
КТП 10/0,38 кВ;
3) изучить особенности работы используемых в схеме КТП защит.
Общие сведения
Различают следующие типы трансформаторных подстанций напряжением 6–10/0,4 кВ по их положению в сети высшего напряжения
(рис. 6.1): тупиковые (концевые); ответвительные (присоединенные
на ответвлениях); проходные; узловые. В системе сельского электроснабжения в основном используют: тупиковые, которые присоединяют
к концу линии; ответвительные – к одной или двум проходящим линиям соответственно одним или двумя глухими ответвлениями; проходные, включаемые в рассечку линии, т. е. присоединяемые путем захода
одной или двух линий с одно-или двухсторонним питанием.
Рисунок 6.1 – Типы подстанций:
а – тупиковая; б – ответвительная; в – проходная; г – узловая
Узловые подстанции (узлом называют точку сети, в которой сходится не менее трёх линий) получают питание по двум и более линиям. К сборным шинам высшего напряжения линий присоединена еще
одна или несколько линий, питающих подстанции того же напряжения.
В системе сельского электроснабжения такие подстанции применяют
редко. Ответвительные и проходные подстанции иногда называют промежуточными. Проходные и узловые, через шины которых происходят
перетоки (транзит) мощности, называют также транзитными.
49
Часть подстанции, предназначенной непосредственно для приёма и распределения электроэнергии и содержащей коммутационные
аппараты, сборные и соединительные шины, устройства защиты, автоматики и измерительные приборы, а также другую вспомогательную аппаратуру, называют распределительным устройством (РУ). Если
всё или основное оборудование РУ расположено на открытом воздухе,
то его называют открытым (ОРУ), а при расположении оборудования
в здании – закрытым распределительным устройством (ЗРУ). Для электроснабжения сельского хозяйства широко используют комплектные
трансформаторные подстанции (КТП) и комплектные распределительные устройства (КРУ), особенно для наружной установки (КРУН), поставляемые в собранном на заводе или полностью подготовленном
для сборки виде. КРУ состоят обычно из закрытых шкафов или блоков со встроенными в них аппаратами, устройствами защиты и автоматики. Благодаря КТП и КРУ сокращаются объёмы и сроки проектирования и строительно-монтажных работ, экономятся трудовые ресурсы,
увеличивается надёжность работы и безопасность обслуживания. Используют также столбовые (мачтовые) трансформаторные подстанции
на напряжение 6–10/0,4 кВ – открытые ТП, все оборудование которых
установлено на конструкциях или на опорах ВЛ на высоте, не требующей ограждения подстанции.
Для сельских трансформаторных подстанций стремятся использовать простейшие схемы. Основные схемы первичных соединений РУ
напряжением 10 кВ КТП приведены на рисунке 6.2.
КТП тупикового типа с одним трансформатором (рис. 6.2 а) применяют для электроснабжения сельскохозяйственных потребителей,
разъединитель устанавливают на концевой опоре линии напряжением
10 кВ, а предохранители напряжением 10 кВ – в КТП. Вместо разъединителя в цепи трансформатора при соответствующем обосновании может быть использован выключатель нагрузки. Для защиты трансформатора от грозовых перенапряжений перед ним устанавливают вентильные разрядники типа РВО-10 кВ.
Схема на рисунке 6.2 б также с одним трансформатором и шинами с выключателями нагрузки предназначена для сетей напряжением 10 кВ не только с односторонним, но и с двухсторонним питанием,
когда по условиям надёжности допускаются ручные послеаварийные
переключения. Трансформатор присоединяют к шинам через разъединитель и предохранители. При включенных выключателях нагрузки
может осуществляться питание от одного источника с транзитом мощности через шины подстанции. В этой схеме допускается один из вы50
ключателей нагрузки заменить на разъединитель с выполнением соответствующих блокировок.
Рисунок 6.2 – Основные схемы РУ напряжением 10 кВ ТП
На рисунке 6.2, в однотрансформаторная подстанция совмещена с пунктом автоматического секционирования или пунктом АВР линии напряжением 10 кВ. Схему применяют в сетях напряжением 10 кВ
с одно- и двухсторонним питанием, в которых по условиям надёжности электроснабжения требуется автоматическое и ручное секционирование линий напряжением 10 кВ.
На рисунке 6.2 г показана схема с двумя трансформаторами и сборными шинами напряжением 10 кВ, секционированными разъединителями или силовым выключателем. Её применяют в основном в сетях
напряжением 10 кВ с двухсторонним питанием, где допускается ручное
секционирование линий напряжением 10 кВ. Основной режим работы
подстанции –питание каждого трансформатора от независимого источника по линии напряжением 10 кВ (секционный выключатель отключен). При включенном секционном выключателе можно осуществить
питание от одного источника с транзитом мощности через шины ТП.
На такой схеме (схема мостика с одним выключателем) двухтрансфор51
маторная подстанция совмещена с пунктом автоматического секционирования или пунктом АВР линии напряжением 10 кВ.
Первичную и вторичную обмотку применяемых силовых трансформаторов соединяют по схеме «звезда-звезда с нулём» с выведенной нулевой точкой. В последнее время всё шире для питания крупных потребителей начинают применять схему соединения обмоток
«треугольник-звезда с нулём».
Наибольшее число подстанций тупикового типа выполняют в видекомплектных устройств. КТП с трансформаторами мощностью 25–
250 кВ·Апоказана на рисунке 6.3. Она выполнена в виде блока и состоит из вводного устройства высшего напряжения (10 кВ) и РУ (0,4 кВ),
которые закрываются одностворчатыми, снабженными замками дверьми, и силового трансформатора.
Рисунок 6.3 – КТП напряжением 10/0,4 кВ мощностью 25–250 кВ·А:
1 – шкаф высоковольтного ввода 10 кВ; 2 – трансформатор;
3 – шкаф РУ напряжением 0,4 кВ; 4 – вентильный разрядник;
5 – траверса для подхода ВЛ-380 В; 6 – плавкий предохранитель 6–10 кВ;
7 – проходной изолятор 10 кВ; 15 – лестница с площадкой
Мачтовые подстанции с трансформаторами мощностью 25–100
кВ·А монтируют на П-образной опоре, а мощностью 160–250 кВ·А –
на АП-образной опоре. Подстанции в большинстве случаев выполня52
ют тупиковыми. На рисунке6.4 а показана мачтовая ТП напряжением
10/0,4 кВ. Все оборудование размещено на П-образной опоре. Трансформатор 3 установлен на огражденной площадке 4 на высоте 3–3,5 м.
Напряжение к трансформатору подается через линейный разъединительный пункт, которыйвключает в себя разъединитель с приводом,
установленным на концевой опоре (рис. 6.4 б).
Рисунок 6.4 – Схемы:
а – мачтовая ТП напряжением 10/0,4 кВ:
1 – разрядник; 2 – предохранитель; 3 – трансформатор;
4 – площадка для обслуживания; 5 – шкаф РУ напряжением 0,4 кВ;
6 – выводы линии напряжением 0,4 кВ; 7 – лестница;
б – разъединительный пункт на напряжение 10 кВ:
1 – опора; 2 – разъединитель; 3 – привод разъединителя
Для электроснабжения мощных производственных потребителей применяют серию КТП напряжением 10/0,4 кВс одним или двумя
трансформаторами проходного типа КТПП и тупикового типа КТПТ
мощностью 250–630 и 2х(250–630) кВ·А с воздушными вводами наружной установки. Конструктивно однотрансформаторные КТПП
и КТПТ выполняют в виде одного блока, в котором в соответствующих отсеках размещены РУ напряжением 10 и 0,4 кВ, а также силовой
трансформатор. Оболочка блока (шкаф) изготовлена из листовой стали
и имеет двери для обслуживания РУ (рис. 6.5). Для безопасного обслуживания предусмотрены блокировки. Двухтрансформаторная КТП состоит из двух соединённых трансформаторных блоков.
53
Рисунок 6.5 – Комплектная трансформаторная подстанция КТПП-В-400/10У1:
1 – проходные изоляторы напряжением 10 кВ;
2 – кронштейн для выводовнапряжением 0,38 кВ
Принципиальная электрическая схема комплектной трансформаторной подстанции 10/0,38 кВ мощностью 25...160 кВ-А приведена
на рисунке 6.6.
Распределительное устройство (РУ) 10 кВ состоит из разъединителя QS с заземляющими ножами, устанавливаемого на ближайшей опоре линии 10 кВ, вентильных разрядников FV1...FV3 для защиты оборудования от атмосферных и коммутационных перенапряжений
на стороне 10 кВ и предохранителей F1...F3, установленных в водном
устройстве высшего напряжения, обеспечивающих защиту трансформатора от многофазных коротких замыканий. Предохранители соединены соответственно с проходными изоляторами и силовым трансформатором. Остальная аппаратура размещается в нижнем отсеке (шкафу),
то есть распределительное устройство 0,38 кВ.
На вводе распределительного устройства 0,38 кВ установлены
рубильник S, вентильные разрядники FV4...FV6 для защиты от перенапряжений на стороне 0,38 кВ, трансформаторы тока ТА1...ТАЗ, питающие счетчик активной энергии PI, и трансформаторы ТА4, ТА5,
к которым подключено тепловое реле КК, обеспечивающее защиту силового трансформатора от перегрузки. Включение, отключение и защита отходящих линий 0,38 кВ от коротких замыканий и перегрузки
осуществляются автоматическими выключателями QF1...QF3 с комби54
нированными расцепителями. При этом для защиты линий от однофазных коротких замыканий в нулевых проводах воздушной линии N1...3
установлены токовые реле КА1...КA3, которые при срабатывании замыкают цепь обмотки независимогоот расцепителя. Реле настраиваются на срабатывание при однофазных коротких замыканиях в наиболее
удаленных точках сети. Линия уличного освещения от коротких замыканий защищена предохранителями F4...F6.
Рисунок 6.6 – Схема электрических соединений КТП 10/0,38 кВ
мощностью 25–160 кВА
55
При перегрузке силового трансформатора размыкающие контакты теплового реле КК, шунтирующие в нормальном режиме обмотку
промежуточного реле KL, размыкаются, подавая на нее через резисторы R4 и R5 напряжение. В результате срабатывания реле KL отключаются линии № 1 и 3 и выводится из работы резистор R4, увеличивая
сопротивление в цепи обмотки реле KL. Это необходимо для ограничения до номинального значения (220 В) напряжения, подаваемого на обмотку реле KL после притягивания якоря, что связано с увеличением
сопротивления обмотки реле. Защита от перегрузки срабатывает не более чем через 1,3 ч при токе, составляющем 1,45 номинального тока
силового трансформатора.
Линия № 2 и уличного освещения защитой от перегрузки не отключается. Автоматическое включение и отключение линии уличного
освещения осуществляет фотореле KS, а при ручном управлении этой
линией пользуются переключателем SA2. Фотореле и переключатель
SA2 воздействуют на обмотку магнитного пускателя КМ.
Для поддержания нормальной температуры вблизи счетчика активной энергии PI в зимних условиях служат резисторы R1 ... R3, включаемые переключателем SA1.
Для контроля наличия напряжения и освещения РУ 0,38 кВ предназначена лампа EL, включаемая переключателем SA3. Напряжение
измеряют переносным вольтметром, который включают в штепсельную розетку X, расположенную в РУ 0,38 кВ. Переключатель SA3 позволяет измерить напряжение всех фаз.
Для предотвращения отключения рубильника под нагрузкой
предусмотрена блокировка, которая работает следующим образом.
При открывании панели закрытия РУ 0,38 кВ замыкающие контакты
выключателя блокировки SQ, шунтирующие обмотку промежуточного реле K.L, размыкаются и реле KL срабатывает, отключая автоматические включатели линий № 1 и 3. Одновременно снимается напряжение с обмотки магнитного пускателя КМ и отключается линия уличного освещения.
Размыкающие контакты выключателя блокировки SQ при этом
размыкаются и отключают автоматический выключатель линии
№ 2 (положение контактов выключателя SQ на рисунке 6.6 показано при открытой панели, закрывающей РУ 0,38 кВ). Предусмотрены
также механические блокировки, не допускающие открывания двери
вводного устройства высшего напряжении при отключенных заземляющих ножах разъединителя, а также отключения заземляющих ножей
разъединителя при открытой двери вводного устройства 10 кВ. Блок56
замок двери вводного устройства 10 кВ и блок-замок привода заземляющих ножей имеют одинаковый секрет. К ним имеется один ключ.
Во включенном положении разъединителя ключ с привода заземляющих ножей снять невозможно. После отключения главных и включения заземляющих ножей разъединителя ключ свободно снимается
с привода заземляющих ножей и им можно открыть дверь устройства
ввода 10 кВ.
Порядок выполнения работы
1. Изучить устройство и особенности конструкции комплектной трансформаторной подстанции КТП 10/0,38 кВ, представленной
в учебной лаборатории.
2. По учебной литературе ознакомиться с особенностями конструкции комплектной подстанции проходного типа КТПП-В-400/10У1
и мачтовой ТП 10/0,38 кВ.
3. Изучить принципиальную схему электрических соединений
КТП 10/0,38 кВ, назначение и принцип работы всех элементов схемы.
4. Изучить особенности работы всех видов защит, используемых в схеме КТП 10/0,38 кВ.
Оформление отчета
1. Записать номер и название лабораторной работы.
2. Записать цель работы и задание к работе.
3. Привести эскиз конструкции КТП 10/0,38 кВ мощностью
25–160 кВА, указать основные составляющие элементы конструкции.
4. Привести эскиз конструкции КТПП-В-400/10У1, указать
основные конструктивные элементы.
5. Привести особенности конструкции МТП 10/0,38 кВ, указать
основные конструктивные элементы.
6. Начертить схему электрических соединений КТП 10/0,38 кВ
мощностью 25–160 кВА.
7. Сделать выводы по работе.
Контрольные вопросы
1. Какие виды защит установлены на рассмотренной подстанции?
2. Для чего используется разъединитель на ТП со стороны 10 кВ?
3. Какие блокировки предусмотрены на КТП?
57
4. Какое соотношение напряжений и токов на выводах обмоток
низкого и высокого напряжения?
5. Каким образом регулируется напряжение у потребителей?
6. Когда устанавливают выключатели нагрузки со стороны 10 кВ?
7. Как вычислить количество электроэнергии, переданной потребителям?
8. Как вычислить мощность, потребляемую от трансформатора?
9. Как работает усилитель в схеме уличного освещения?
10. Как осуществляется управление уличным освещением?
11. Для чего используется выключатель блокировки SQ?
12. Как защищается ТП от перенапряжений?
13. Какие условия необходимо выполнить для включения трансформаторов на параллельную работу?
14. Как выполняется заземляющее устройство ТП и для чего оно
предназначено?
15. Что сработает на ТП при к.з. на отходящей линии 0,38 кВ?
16. Что сработает на ТП при замыкании в лампе уличного освещения?
58
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Лабораторные работы по дисциплине «Электроснабжение»:
методические указания для студентов бакалавриата, обучающихся
по направлению «Агроинженерия» / Сост. Н. П. Кочетков. – Ижевск,
2014.
2. Будзко, И. А. Электроснабжение сельского хозяйства : учеб.
для вузов / И. А. Будзко, Н. М. Зуль. – М.: Агропромиздат, 1990. – 495 с.
3. Ершов, А. М. Релейная защита и автоматика в системах электроснабжения. Часть 1: токи короткого замыкания: учебное пособие
/ А. М. Ершов. – Челябинск: ЮУрГУ, 2011. – 168 с.
4. Ершов, А. М. Системы электроснабжения. Часть 3: Системы электроснабжения напряжением 6–220 кВ: курс лекций / А. М. Ершов. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2019. – 267 с.
59
Текстовое электронное издание
Васильев Даниил Александрович
Пантелеева Лариса Анатольевна
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ
Практикум для лабораторных работ для студентов,
обучающихся по направлениям подготовки бакалавриата
«Агроинженерия» и «Теплоэнергетика и теплотехника»
Редактор И. М. Мерзлякова
Компьютерная верстка А. А. Волкова
Дата выхода в свет 26.04.2022 г. Объем данных 4,2 Мб.
Мин. сист. треб.: PC не ниже класса Pentium I; 32 Mb RAM;
свободное место на HDD 16 Mb.
Операционная система: Windows XP/7/8.
Програм. обеспечение: Adobe Acrobat Reader версии 6 и старше.
ФГБОУ ВО Ижевская ГСХА
426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 11.