Релейная защита

Оглавление:

1. Реле времени.                                                                                            Стр.2.

1.1 Реле времени с замедлением  движения якоря электромагнита.        Стр.2. 

1.2 Реле времени с часовыми  механизмами.                                              Стр.8.

1.3 Моторные реле времени.                                                                        Стр.10.    

2.Трансформаторы тока и их погрешности. Требования к точности     трансформаторов тока, питающих релейную защиту.                              Стр.14.

2.1.Классы точности.                                                                                     Стр.14.

 

3.Реле сопротивления на выпрямляемом токе, выполняемые с помощью полупроводниковых приборов.                                                                     Стр.17.

3.1.Элементные базы изготовления реле сопротивления (далее PC).       Стр.17.

3.2.Общая структурная схема дистанционного органа.                              Стр.19.

3.3 Реле сопротивления на диодных схемах сравнения абсолютных значений двух электрических величин.                                                                        Стр.20.

 

4. Дифференциальная защита шин.                                                              Стр.29.

4.1 Работа защиты при нормальной  схеме подстанции.                             Стр.31.

4.2.Логическая защита шин.                                                                          Стр.33.

4.3.Дуговая защита шин.                                                                                Стр.34.

 

5. Список используемой литературы.                                                           Стр.35. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Реле времени

1.1. РЕЛЕ ВРЕМЕНИ С ЗАМЕДЛЕНИЕМ  ДВИЖЕНИЯ ЯКОРЯ                                                                      ЭЛЕКТРОМАГНИТА.

Для получения замедления порядка долей секунды может  быть применено увеличение массы  якоря электромагнитного реле. Чем  больше масса якоря, тем медленнее  нарастает скорость его перемещения, т. е. тем больше время движения якоря. Для получения больших выдержек времени обычно применяют успокоительные системы различных конструкций, отличающиеся друг от друга способом торможения движения якоря. 
 
Реле времени с торможением вращения промежуточного органа. В этих реле якорь электромагнита при своем движении вращает промежуточный орган, на который оказывается тормозящее воздействие. Наиболее часто применяют один из трех видов тормозных элементов: воздушную ветрянку, металлический диск или барабан, вращающийся в магнитном поле, и центробежный механический тормоз (рис. 1б).

Рис. 1. Реле времени с торможением вращения промежуточного органа.     а — реле с торможением воздушной ветрянкой; б — тормозной элемент реле с торможением металлического диска вихревыми токами; в — механический центробежный тормоз.

Принцип устройства реле с воздушной ветрянкой поясняет рис. 1,а. При появлении тока в обмотке электромагнита реле якорь 1 тянет зубчатый сектор 2, шарнирно с ним связанный. Сектор 2 через зубчатую передачу быстро вращает ось с ветрянкой 4. Ветрянка состоит из нескольких крыльев, укрепленных на одной оси. Применяются как плоские крылья, так и крылья, выполненные в виде полых полушарий. При быстром вращении ветрянки на ее оси создается тормозящий момент за счет сопротивления воздуха. Вследствие этого движение якоря замедляется. При повороте сектора 2 на определенный угол замыкаются исполнительные контакты 5 и выдержка времени заканчивается. При выключении электромагнита реле подвижные части возвращаются в исходное положение.

Чтобы обеспечить быстрое  возвращение подвижных частей в  исходное положение, в зубчатой передаче часто ставят храповой механизм, передающий вращение лишь в одну сторону. Благодаря  храповому механизму при обратном ходе якоря ветрянка не вращается  и торможения не происходит. 
 
Устройство храпового механизма во многом сходно с рассмотренным ниже аналогичным устройством в реле с часовым механизмом (см. рис. 6). 
 
Пределы выдержки времени в реле рис. 1,а можно изменять путем установки ветрянок различной формы и размеров. Плавная регулировка замедления осуществляется изменением хода сектора с помощью винта 3. Реле с ветрянкой обычно применяется для получения выдержки времени порядка 2—10 сек.  
 
Наряду с торможением воздушной ветрянкой может быть применено торможение вихревыми токами, возникающими в металлических деталях при их движении в магнитном поле. С этой целью в реле рис. 1,а на место ветрянки 4 ставится изготовленный из меди или алюминия диск или барабан, вращающийся в магнитном поле постоянного магнита (или электромагнита). При вращении изображенного на рис. 1,б диска 6 в поле магнита 7 в диске возникают вихревые токи. В результате взаимодействия токов в диске с магнитным полем создается тормозящее усилие. 
 
В связи с тем, что при изменениях температуры окружающей среды меняются проводимость диска и величина магнитного потока, тормозящий момент на оси диска будет зависеть от температуры. Чтобы компенсировать влияние температуры, в устройстве рис. 1,б установлен магнитный шунт 8, изготовленный из сплава с большим температурным коэффициентом магнитной индукции. При изменении окружающей температуры добавочный магнитный поток шунта 8 также меняется, компенсируя влияние изменения температуры. 
 
В реле рис. 1,а на место ветрянки может быть установлен также механический центробежный тормоз, изображенный на рис. 1,в. С осью 9 связана втулка 10, на которой висят пластинчатые пружины11. К концам пружин 11 прикреплены колодки 12. При вращении оси 9 колодки 12 под действием центробежной силы прижимаются к цилиндру 13, тормозя движение механизма.

 
Время срабатывания реле с торможением  движения якоря электромагнита зависит  от силы, действующей на якорь со стороны обмотки электромагнита, т. е. при отсутствии насыщения магнитной  системы — от напряжения питания. Чтобы сделать выдержку времени  независимой от колебаний напряжения питания, в реле рис. 1,а и в ряде других рассмотренных ниже конструкций между якорем и механизмом торможения ставят пружину. При этом характеристики отдельных элементов системы подбирают таким образом, чтобы даже при минимальном рабочем напряжении якорь полностью растягивал пружину. В этом случае сила, действующая на механизм торможения, уже почти не зависит от напряжения питания. Однако для реле, от которых требуется повышенная стабильность выдержки времени, приходится учитывать влияние колебаний напряжения питания на время растяжения пружины. Поэтому иногда механизм торможения снабжают работающей на сжатие собственной рабочей пружиной, которая получает возможность расширяться при втягивании якоря и взводится при отпускании якоря электромагнита. Пример такого рода связи якоря электромагнита с замедляющим устройством будет приведен ниже, при рассмотрении реле времени с часовым механизмом типа ЭВ-1  
Реле времени с гидравлическим торможением движения якоря. Принципы устройства таких реле поясняет рис. 2. На рис. 2,а изображено реле времени с масляным демпфером. В этом реле якорь 1 связан с поршнем 4, который может перемещаться в заполненном вязкой жидкостью цилиндрическом сосуде 3. При включении реле якорь втягивается внутрь катушки, увлекая за собой поршень. При этом пластинка 2 прикрывает отверстия поршня и вязкая жидкость (масло) перетекает из верхней части сосуда в нижнюю только через щель между поршнем и цилиндром, благодаря чему движение якоря реле замедляется. При подходе к верхнему положению якорь нажимает шток 5, замыкая исполнительные контакты.

При выключении реле поршень  с якорем стремятся опуститься вниз, пластинка 2 уже не прижимается к  поршню, а находится во время движения во взвешенном состоянии, благодаря  чему масло протекает по имеющим  малое гидравлическое сопротивление  отверстиям в поршне, и поршень  быстро возвращается в исходное положение. Выдержку времени можно регулировать или изменением хода поршня, или  подбором щели между поршнем и  цилиндром, а также изменением вязкости жидкости. В рассматриваемых реле обычно применяют минеральные масла. Чтобы обеспечить надежную работу реле, выбирают масло, не образующее смолистых  соединений.

Рис. 2. Реле времени с гидравлическим торможением движения якоря электромагнита.

На рис. 2,б изображено реле времени с несколько иным, чем у реле рис. 2,а, принципом устройства. В реле рис. 2,б использовано прилипание двух гладких металлических пластинок, смоченных вязкой жидкостью. Чтобы эти пластинки разъединить, нужно приложить определенный импульс силы Ft. Поэтому при заданной силе F отрыв пластинок произойдет через время t. 
 
На рис. 2,б якорь 6 шарнирно связан с имеющей шлифованную нижнюю поверхность пластинкой 7, которая свободно ложится на шлифованную пластинку 8, закрепленную на дне цилиндра 9. Цилиндр 9 наполнен минеральным маслом и закрыт крышкой 10, предохраняющей от разбрызгивания масла.

При магнитном потоке, достаточном  для притяжения якоря реле, якорь  поднимается не мгновенно: затрачивается  некоторое время на нарушение  связи между шлифованными поверхностями  пластинок 7 и 8. Время выдержки изменяют улучшением или ухудшением шлифовки поверхностей прилипания. 
 
Существенным недостатком реле времени с гидравлическим торможением движущихся органов является сильная зависимость времени срабатывания от окружающей температуры. Это объясняется тем, что изменение температуры вызывает изменение вязкости масла. Разброс значений выдержки времени при имеющих место в действительности колебаниях температуры среды составляет несколько десятков процентов. Кроме того, на выдержку времени оказывает влияние колебания напряжения питания. Поэтому изображенные на рис. 2,а и б реле времени могут применяться лишь в таких схемах, где не требуется точной выдержки времени. 
 
Гидравлическое торможение поступательного движения якоря электромагнита используется также в реле времени с движущимся магнитопроводом. Принцип действия этого реле основан на следующих соображениях. Если в обычном электромагнитном реле сделать сердечник электромагнита свободно перемещающимся внутри катушки и выдвинуть его в сторону, противоположную плоскому якорю, то при включении напряжения сердечник будет втягиваться внутрь катушки. По мере втягивания сердечника воздушный зазор магнитной системы реле уменьшается, что приводит к возрастанию магнитного потока. Когда сердечник будет близок к верхнему положению, магнитный поток системы станет достаточным для того, чтобы притянуть якорь. Таким образом, реле сработает с замедлением, величина которого будет определяться временем движения сердечника электромагнита. 
 
Движение сердечника можно замедлить, поместив его с малым зазором внутрь тонкостенной трубки из немагнитного материала, наполненной какой-либо жидкостью. Замедление срабатывания такого реле будет зависеть от вязкости жидкости и величины зазора между сердечником и трубкой, через который проходит жидкость при втягивании сердечника в катушку реле. 
 
Конструкция реле времени, основанного на изложенном принципе, приведена в разрезе на рис. 3. Катушка 1 охватывает тонкостенную часть изготовленной из 
немагнитного материала трубки 4. Трубка 4 наполнена кремнийорганической жидкостью и герметически закрыта винтовой пробкой. Внутри трубки находятся клапан 2, сердечник 3 и подставка 5. Поперечные сечения изготовленные из технически чистого железа клапана 2 и сердечника 3 изображены на рисунке справа. 
 
Когда на катушку реле подано напряжение, клапан и сердечник намагничиваются и сердечник начинает 
 
втягиваться внутрь катушки, причем клапан 2 притягивается к сердечнику 5, закрывая его осевой канал. Двигаясь вверх как одно целое, клапан и сердечник перегоняют жидкость по кольцевому зазору между сердечником 3 и трубкой 4 из полости над клапаном 2 в полость под сердечником 3. Так как гидравлическое сопротивление этого зазора велико, то сердечник поднимается медленно и реле срабатывает с значительным замедлением. 
 
При отключении реле сердечник опускается быстро, так как жидкость приподнимает сравнительно легкий клапан 2, открывая себе свободный проход вверх через осевой канал сердечника 3, имеющий малое гидравлическое сопротивление. Клапан 2 лишь незначительно отстает от сердечника, так как благодаря двум фаскам также не представляет существенного сопротивления перетеканию жидкости. Чтобы устранить слипание клапана 2 и сердечника 3 после выключения тока в катушке реле, на нижнем торце клапана 2 имеется немагнитная прокладка толщиной 0,1—0,3 мм.

Рис. 3. Реле времени с движущимся магнитопроводом.

Подставка 5 выполнена  из немагнитного материала. Она определяет длину хода сердечника и, следовательно, время срабатывания реле. Применяя подставки различной длины, можно  изменять выдержку времени в пределах от 30 сек до 5 мин. В этом диапазоне  времени срабатывания возвращение  сердечника в исходное положение  происходит за время 5—25 сек.  
 
Реле с движущимся магнитопроводом предназначено для работы в вертикальном положении, в которое оно устанавливается по уровню с точностью до 5°. Сильное влияние на величину выдержки времени оказывают колебания напряжения питания и температуры окружающей среды. Например, в одном из исполнений этого реле при колебаниях напряжения питания от —10 до +15% выдержка времени менялась от —20 до +50%.

Рис. 4. Колба ртутного реле времени.

В реле, предназначенном  для работы при температуре +25°С,колебания  температуры в пределах от 0 до + 50°С приводят к изменению выдержки времени  на 30%. Частые включения реле могут  приводить к нагреванию его, а  следовательно, и к изменению  выдержки времени. 
 
Ртутное реле времени. Несколько своеобразно устроено реле времени, в котором используется 
 
замедленное перетекание 
 
жидкости (ртути) через узкое отверстие из одной части сосуда в другую. 
 
Конструктивно это осуществляется следующим образом. Стеклянная колбочка 1 (рис. 4) разделена перегородкой на две полости. Обе полости сообщаются между собой трубкой 3, имеющей узкий участок 4. В правой части колбочки находится ртуть, в левой — впаянные в стекло контакты 5. Стеклянная колбочка механически связана с якорем электромагнита, не показанного на рисунке, так что при срабатывании последнего колбочка с ртутью переворачивается контактами вниз. При переворачивании колбы ртуть постепенно переливается через узкое отверстие соединительной трубки в полость, где находятся контакты, и через некоторое время замыкает их. Скорость перетекания ртути, а следовательно, и выдержка времени зависят от угла наклона колбы, что и используется для регулирования выдержки времени. Начальное положение колбочки фиксируется по уровню, что является недостатком реле этого типа. 
 
Пневматическоереле времени. В принципе замедлить движение якоря электромагнита можно путем применения воздушного демпфера, подобного тому, который применяется в реле времени с масляным демпфером (рис. 2,а). Однако вследствие малой вязкости воздуха при этом необходимо обеспечить очень малый зазор между поршнем и стенкой цилиндра. Вследствие трудностей изготовления воздушные демпферы в реле времени применяются очень редко. 
 
Обычно применяют конструкции, в которых имеется эластичная камера, соединенная с окружающим воздухом узким отверстием. При срабатывании или отпускании электромагнита камера растягивается или сдавливается, благодаря чему в ней создается разрежение или избыточное давление. Выравнивание давлений внутри и снаружи камеры происходит постепенно, что и используется для получения выдержки времени. 
 
Принцип устройства пневматического реле времени с эластичной камерой поясняет схема рис. 5. При подаче напряжения на обмотку 2 электромагнита якорь 3 втягивается, сжимая возвратную пружину 1 и растягивая резиновую мембрану 5. При этом увеличивается объем камеры6и в ней создается разрежение, благодаря чему открывается клапан 12 и камера 6 заполняется воздухом. Когда давления снаружи и внутри камеры станут одинаковыми, клапан 12 под действием своей пружины закроется.