Коммерциялық емес акционерлік қоғамы
АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС УНИВЕРСИТЕТІ
Өндірістік кәсіпорындарды Электрмен жабдықтау кафедрасы

 

Электр стансалары электр жабдыќтарының
релелік қорғанысы

Дәрістер жинағы
(5В071800 – Электр энергетикасы мамандығына арналған)

 

Алматы 2013

 

ҚҰРАСТЫРУШЫЛАР: М.В. Башкиров, Г.С. Жунусова., «Электр стансалары электр жабдықтарының  релелік қорғанысы». 5В071800 – Электр энергетикасы мамандығына арналған дәрістер жинағы. – Алматы: АЭжБУ, 2013. – 41 б.

«Электр стансалары электр қондырғыларының  релелік қорғанысы» пәнінің дәрістер жинағында трансформаторлардың, генераторлардың қорғанысы, 10-35 кВ тораптарындағы жерге қысқа тұйықталудан қорғаныстың негізгі түрлері келтірілген.

Без.  27, әдеб. - 10 атау.

Пікір беруші: ф.ғ.к. доцент Нурмаханова М.К.

«Алматы энергетика және байланыс университетінің» коммерциялық емес акционерлік қоғамының 2012 ж.баспа жоспары бойынша  басылды.

  ©    «Алматы энергетика және байланыс университетінің» КЕАҚ, 2013ж.

Мазмұны

1-дәріс.	Ток трансформаторы орамдарының типтік қосылу сұлбалары	4
2-дәріс.	Бағытталмаған токтық қорғаныстар	8
3-дәріс.	Бағытталған токтық қорғаныстар	12
4-дәріс.	10-35 кВ тораптарындағы жерге тұйықталудан қорғаныс	16
5-дәріс.	Трансформаторлардың резервтік қорғанысы. Трансформаторлардың зақымдалуы мен қалыпты емес жұмыс режимдері, қорғаныстың түрлері және оларға қойылатын талаптар	23
6-дәріс.	Трансформаторлар мен автотрансформаторлардың негізгі қорғаныстары	27
7-дәріс.	Трансформаторлардың газдық қорғанысы	30
8-дәріс.	Генераторлардың қорғанысы	33
Әдебиеттер тізімі		40

 

1-дәріс. Ток трансформаторы орамдарының типтік қосылу сұлбалары

 

Дәрістің мазмұны:

- ток трансформаторларының негізгі қосылу сұлбалары, әртүрлі ҚТ арналған векторлық диаграммалар келтірілген.

Дәрістің мақсаты:

- ток трансформаторларының негізгі қосылу сұлбаларымен танысу және әртүрлі қысқа тұйықталу кезіндегі екіншілік токтардың таралуын анықтау, сұлба коэффициенті туралы түсінік алу.

 

1.1 Реле орамдарының және ТТ толық жұлдызшаға қосылу сұлбасы

 

Ток трансформаторлары барлық фазаларда қойылады. ТТ екіншілік орамдары және реле орамдары жұлдызша ретінде қосылады, ал олардың нөлдік нүктелері нөлдік деп аталатын бір сыммен байланады (1.1 суретті қараңыз). ТТ орамдарының бір аттас қысқыштары нөлдік нүктеге біріктіріледі. Жебемен ТТ орамаларының полярлығы ескеріліп біріншілік және екінішілік токтарының оң бағыттары шартты түрде көрсетіліп, нүктемен белгіленген.

1.1 сурет – Реле орамдарының және ТТ толық жұлдызшаға қосылу сұлбасы

 

Қалыпты режимде және үшфазалы ҚТ кезінде, 1.1 суретте көрсетілгендей, I, II және III релелерге I_а=I_A/K_I; I_b=I_B/K_I; I_c=I_C/K_I, фазаларының токтары өтеді, ал нөлдік сымда олардың геометриялық қосындысы:

                                                  I_н.п=(I_а + I_b + I_с),                                              (1.1)

 

ол симметриялық режимде нөлге тең (1.2, а суретті қараңыз). Екіфазалы ҚТ кезінде ток зақымдалған екі фазада және сәйкесінше зақымдалған ТТ фазасына қосылған реледе өтеді (1.2, б суретті қараңыз), зақымдалмаған фазада ток болмайды: I_C = – I_B.

Нөлдік сымда ток жүктелген (симметриялық) режимде де, екі және үшфазалық ҚТ кезінде де болмайды. Бірақ ТТ қателіктері мен сипаттамалардың сәйкес болмауынан нөлдік сымда баланс еместік тогы ағады I_н.п=I_нб: қалыпты жағдайда оның шамасы 0,01-0,2 А, ал ҚТ кезінде ол өседі.

Бірфазалы ҚТ кезінде біріншілік ток зақымдалған бір фаза арқылы ағады (1.2, в суретті қараңыз). Оған сәйкес екіншілік ток та солай ағады, бірақ бір реледен кейін және нөлдік сымға тұйықталады.

Жұлдызшаға қосылу сұлбасындағы нөлдік сым нөлдік тізбектегі токтардың сүзгісі болып табылады.

 

               

                     а)                                      б)                                       в)

 

                                

                                   г)                                                д)

1.2 сурет – Токтардың векторлық диаграммасы

 

Тікелей және кері тізбектегі токтар, 1.3 а, суретте көрсетілгендей нөлдік сымда өтпейді, себебі осы жүйелердің әрқайсысының векторларының қосындысы нөлге тең (1.3 б, в суретті қараңыз). Ал НТ токтар фазамен сай және де сондықтан нөлдік сымда осы токтың үш еселенген шамасы өтеді:            I_н.п = 3×I₀.

 

                               а)                        б)                         в)                 г)

 

1.3 сурет – Симметриялық құрауыштардағы токтардың ағуы

 

Бір ТТ екіншілік тізбегі бұзылса (үзілсе) нөлдік сымда фазаның тогына тең ток пайда болады, ол нөлдік сымда орналастырылған реленің ескерілмеген жұмысына алып келеді. Қарастырылған сұлбада фазаларда қойылған релелер барлық ҚТ түрлеріне, ал нөлдік сымдағы реле – жерге ҚТ кезінде ғана әсер етеді. ТТ және реле орамдарының жұлдызшаға қосылу сұлбасы ҚТ барлық түрлеріне әсер ететін РҚ қолданылады.

Қарастырылған және басқа да қосылу сұлбаларында ТТ және реле I_р релесінен I_ф фазасындағы токқа қатынасымен сипатталады, ол сұлба коэффициенті деп аталады:

k_сх = I_p/I_ф.                                                        (1.2)

Жұлдызшаға қосылу сұлбасы үшін k_сх=1.

 

1.2 Реле орамдарының және ТТ толық емес жұлдызшаға қосылу сұлбасы

 

ТТ екі фазада орналастырылады және жұлдызшаға қосылу сұлбасындағыдай қосылады (1.4, а суретті қараңыз). I және III релелерде сәйкес фазалардың тогы ағады I_a=I_A/K_I и I_c=I_c/K_I, ал кері (жалпы) сымда (IV реле) ток геометриялық сымның қосындысына тең:

                                    I_о.п = I_IV = -(I_а + I_с).                                             (1.3)

Векторлық диаграмманы ескеріп I_а + I_c = -I_b, екіншілік тізбекте жоқ, яғни I_o.п фаза тогына тең (1.4, б суретті қараңыз).

                                             а)                                            б)

1.4 сурет – Реле орамдарының және ТТ толық емес жұлдызшаға қосылу сұлбасы

 

Үшфазалы ҚТ және қалыпты режимде токтар I және III екі реледе де өтеді және кері бағытта. Екіфазалы ҚТ кезінде токтар бір немесе екі реледе (I және III) пайда болады, ол қай фазаның зақымдалғанына байланысты болады.

ТТ орналасқан А және С фазалары арасындағы екіфазалық ҚТ кезінде кері сымдағы ток 1.2, б суретке сай,  I_c=-I_а, есепке алғанда нөлге тең, ал АВ және ВС фазалары арасындағы тұйықталу кезінде сәйкесінше I_o.п= -I_а және I_o.п= -I_c тең.

ТТ орналастырылған фазаларда (А немесе С) бірфазалық ҚТ болған жағдайда, ТТ екіншілік орамында және кері сымда ҚТ тогы өтеді. ТТ орналастырылмаған В фазасы жерге тұйықталғанда, РҚ ток пайда болмайды. Сұлба коэффициенті k_cx= 1.

 

1.3 Екі фазаның айырмасына қосылған бір реле мен екі ТТ қосылу сұлбасы

 

ТТ екі фазада орналастырылады, мысалы А және С (1.5 суретті қараңыз); олардың екіншілік орамдары әр аттас қысқыштармен қосылады, оларға реле орамдары қосылады.

1.5 суретте көрсетілген жағдайдағы токтың таралуында егер біріншілік тізбекте дұрыс бағыттағы токтар I_А, I_В, I_С өтсе, онда I_p реледегі ток екі фазаның геометриялық айырымына тең I_а және I_c, яғни

I_p  =   I_a – I_c,                                                              (1.4)

мұнда I_a= I_A/K_I;  I_c= I_C/K_I.

Симметриялық жүктеме және үшфазалы ҚТ кезінде I_a – I_c токтардың айырымы фазадағы токтан есеге жоғары, сондықтан

                                       I⁽³⁾_p=×I_ф .                                                    (1.5)

АС екіфазалы ҚТ кезінде (ТТ орналасқан фазалар):

                                       I⁽²⁾_p=I_a–(-I_c)=2×I_ф,                                               (1.6)         

мұнда I_ф =| I_а |=| I_с .|            

АВ немесе ВС екіфазалық ҚТ кезінде релеге бір фазадан ғана ток түседі I_а немесе I_с:

                                        I⁽²⁾_p=I_ф,                                                             (1.7)

мұнда I_ф = I_a немесе I_ф = I_c.

 

Формулалардан байқағанымыздай (1.5) – (1.7) осы сұлба толық және екіфазалық жұлдызша сұлбаларымен салыстырғанда АВ және ВС фазалары арасындағы ҚТ сезімталдығы  есеге төмен екенін көруге болады.

 

1.5 сурет – ТТ екі фазаның тогының айырымына қосылу сұлбасы

1.6 сурет – ТТ нөлдік тізбектегі ток сүзгісіне қосылу сұлбасы

 

1.4 Ток трансформаторының нөлдік тізбектегі ток сүзгісіне қосылу сұлбасы

 

Ток трансформаторы үш фазада орналастырылады, екіншілік орамдардың бір аттас қысқыштары параллель жалғанады және оларға КА релесінің орамы қосылады (1.6 суретті қараңыз). Реледегі ток үш фазадағы екіншілік токтардың геометриялық қосындысына тең:

I_p = I_а + I_b + I_c = 3×I₀.

Қарастырылған сұлба нөлдік тізбектегі токтың сүзгісі болып табылады. Реледе ток жерге бір және екіфазалық ҚТ ғана пайда болады. Сондықтан да сұлба жерге ҚТ кезіндегі РҚ қолданылады.

Реленің 1.6 суреттегі сұлба бойынша қосылуы оның 1.1 суреттегідей жұлдызшаның нөлдік сымға қосылғанымен бірдей болады.

 

2-дәріс.  Бағытталмаған токтық қорғаныстар

 

Дәрістің мазмұны: 

- 10-35 кВ тораптарындағы фазааралық ҚТ-дан токтық қорғаныстың негізгі түрлері келтірілген.

Дәрістің мақсаты:

- максималды ток қорғанысының жұмыс жасау қағидасын, ток үзіндісін, селективтілікке жету әдісін және сезімталдық коэффициентін жоғарылатуды оқу.

 

2.1 Максималды токтық қорғаныс. Токтық қорғаныстың жұмыс жасау қағидасы

 

ҚТ пайда болуының бір белгісі ЭЖЖ токтың жоғарылауы болып табылады. Бұл белгі токтық РҚ орындау үшін қолданылады. ЭЖЖ фазаларындағы токтың мәні белгілі шамадан асса, токтық РҚ іске қосылады. Токтың жоғарылауын сезетін реле ретінде максималды ток релесі қызмет етеді.

Токтық РҚ максималды токтық РҚ және ток үзіндісі болып екіге бөлінеді. Бұл - релелердің арасындағы басты айырмашылығы селективтілікті қамтамасыз ету әдісі. Максималды токтық РҚ селективтілігі уақыт ұстанымы арқылы жасалады. Ток үзіндісінің селективтілігі сәйкес ток әсерін таңдау арқылы қамтамасыз етіледі.

Қорғаныстың селективтілігі және жұмыс жасау қағидасы. Максималды токтық қорғаныс (МТҚ) бір жақтан қоректенетін тораптар үшін негізгі РҚ болып табылады. Олар әрбір ЭЖЖ басында қоректендіру жағынан орналастырылады (2.1, а суретті қараңыз). Әрбір ЭЖЖ өзінің РҚ бар, ол ЭЖЖ өзінде немесе одан қоректенетін қосалқы стансаның шинасында зақымдалу болса, ажыратады және көршілес ЭЖЖ резервке алатын РҚ болады.

б)

а)

                 

 

а) МТҚ орналасуы; б) сатылы қағидамен таңдалған МТҚ уақыт ұстанымы.

2.1 сурет – Радиалды тораптағы максималды токтық РҚ

 

Тораптың бір нүктесінде ҚТ болғанда, мысалы К1 (2.1, а суретті қараңыз) нүктесінде, қоректендіру көзі мен зақымдалған жердің арасындағы тораптың барлық бөлігінде ҚТ тогы өтеді, соның арқасында барлық РҚ іске қосылады (1, 2, 3, 4). Бірақ селективтілік шарты бойынша, зақымдалған ЭЖЖ 4 РҚ қана ажыратуы қажет. Көрсетілген селективтілікті қамтамасыз ету үшін МТҚ уақыт ұстанымымен орындалады, ол 2.1, б суретте көрсетілгендей тұтынушыдан қоректендіру көзіне қарай жоғарылайды. Осы қағиданы сақтаса, К1 нүктесінде ҚТ болса, басқалардан бұрын 4 МТҚ іске қосылады да, зақымдалған ЭЖЖ ажыратады. Уақыт ұстанымы жоғары 1, 2 және 3 қорғаныстар ажыратып үлгермей бастапқы қалпына келеді. Сәйкесінше К2 нүктесіндегі ҚТ кезінде 3 МТҚ басқалардан бұрын іске асады, ал уақыты жоғары 1 және 2 МТҚ қосылып үлгермейді.

Тұрақты оперативті токтағы МТҚ принципиалды сұлбалары. Электрмеханикалық реледегі сұлбалар. 2.2 суретте электрмеханикалық реледе жасалған МТҚ үшфазалы сұлбасы келтірілген. Үш өлшем органы (2.2, а суретті қараңыз) үш РТ-40 релелерінің көмегімен жасалады, уақыт органы – РВ-100 түрдегі реле көмегімен, атқарушы элемент - РП-20, РП-16 түрдегі аралық релелер көмегімен немесе түйіспелері ажыратқыштың ажырату электр магнитінің тогына есептелген басқа аралық релелер арқылы жасалады. Сұлбадан қарап бұл қорғаныстың барлық түрдегі ҚТ кезінде іске асатынын көруге болады.

б)

а)

              

а) – токтық тізбектер; б) – қорғаныстың оперативтік тізбектері.

2.2 сурет – үшфазалы МТҚ принципиалды сұлбасы

 

КА релесінің түйіспелері НЕМЕСЕ сұлбасы арқылы жалғанады. Қорғаныстың оперативтік тізбегінің қоректендірілуі тұрақты токпен басқару шинасы арқылы өзінің сақтандырғышы арқылы, ал ажырату электр магниті (АЭ) басқа сақтандырғыштар арқылы іске асырылады. Үшфазалы сұлбалар, әдетте бейтарабы терең жерге қосылған тораптарда қолданылады.

 

2.2 Іске қосылу тогын таңдау

 

МТҚ іске қосылу тогын таңдаудың негізгі талабы, ол қорғалатын бөліктегі зақымдалу кезінде берік жұмыс жасау қажет, бірақ сонымен қатар жүктеменің максималды жұмыстық тогы I_н.тах немесе электр қозғалтқыштарының қосылуы мен өзіндік қосылуынан болатын аз уақыттағы жүктелу кезінде және электр торабының қалыпты режимі бұзылуында жұмыс жасамауы қажет.

Электрқозғалтқышының өзіндік қосылуынан жүктеме тогының өсуі өзіндік қосылу коэффициенті k_сзп деп бағалау қабылданған, ол I_р.тах токтың қанша есеге өсетінін көрсетеді.

МТҚ I_{н max} реттеу үшін екі шартты орындау қажет. Бірінші шарт бойынша тораптағы ҚТ кезінде іске қосылған МТҚ (қорғалатын ЭЖЖ басқа), қорғалған ЭЖЖ жүктеме тогы I_{н тах} болған жағдайда, ҚТ ажыратылған кезде өз орнына түсуі қажет.

Бірінші шарт бойынша:

                                       I_с.з =(k_oтc/k_в)×k_сзп×I_p.                                           (2.1)

Екінші шарт бойынша:

 I_с.з>I_н.max.                                                       (2.2)

 

2.3 Ток үзіндісі. Ток үзіндісінің жұмыс жасау қағидасы

 

Үзінді МТҚ бір түрі болып табылады, ол ҚТ тез ажыратылуын қамтамасыз етеді. Ток үзіндісі шапшаң әрекет ететін үзінді және уақыт ұстанымы бар үзінді болып бөлінеді.

Ток үзіндісінің селективтілігі оның әсер ету зонасын шектеумен жасалады, яғни үзінді осы зонаның шегінен ары болса, тораптың көршілес бөліктерінде, уақыт ұстанымы үзіндінікіне тең немесе жоғары РҚ бар жерде жұмыс жасамауы керек. Ол үшін үзіндінің іске қосылу тогы (I_c.з), бөліктің соңғы жағы зақымалғанда өтетін (мысалы 2.3 суреттегі АМ ) ҚТ максималды тогынан (I_к.мах), жоғары болуы қажет:

I_с.з >I_к.мах.

 

2.3 сурет – ток үзіндісінің жұмыс жасау қағидасы

 

Селективтілік шарты бойынша шапшаң үзіндінің әсер ету аумағы қорғалып тұрған ЭЖЖ аспауы қажет. Уақыт ұстанымымен жұмыс жасайтын үзіндінің аумағы қорғалып тұрған ЭЖЖ асады және селективтілік шарты бойынша көршілес жатқан РҚ аумағынан ток және кернеу бойынша соңынан бастап қосылуы тиіс. Ток үзіндісі бір жақты және екі жақты қоректенетін радиалды тораптарда қолданылады.

Үзіндінің тұрақты ток тізбегінің сұлбасы 2.4, а, б. суретте бейнеленген. Тұрақты оперативтік токтағы және электрмеханикалық реледе орындалған үзіндінің сұлбалары МТҚ сұлбаларымен ұқсас.

Уақыт ұстанымы бар үзіндінің сұлбасы уақыт ұстанымы тәуелсіз МТҚ сұлбаларымен толықтай сәйкес келеді. Уақыт ұстанымы жоқ үзіндінің сұлбасы МТҚ сұлбасынан уақыт релесінің жоқтығымен ерекшеленеді.

 

 

2.4 сурет – электрмеханикалық реледегі ток үзіндісінің тұрақты ток тізбегінің сұлбасы

 

 

3 - дәріс.  Бағытталған токтық қорғаныстар

 

Дәрістің мазмұны:

- екі реледе орындалған бағытталған қорғаныс сұлбалары және желіде ҚТ кезіндегі оның жұмысы келтірілген.

Дәрістің мақсаты:

- екі қоректендіру көзі бар тораптарда бағытталған қорғанысты қолданудың қажеттілігін анықтау және бағытталған қорғаныстың жұмыс жасау қағидасын оқу.

 

3.1 Екі қоректендіру көзі бар тораптардағы токтық бағытталған қорғаныс

 

ҚТ қуаты S_K белгілі бір бағытта (белгі) ғана жұмыс жасаса, РҚ бағытталған деп аталады. Бағытталған РҚ қолдану екі жағынан қоректенетін тораптарда (3.1, а суретті қараңыз) және бір жағынан қоректенетін айналмалы тораптарда (3.1, б суретті қараңыз) қажет. Екі жағынан қоректенуде ҚТ орны зақымдалуды жою үшін РҚ қорғалатын ЭЖЖ екі жағынан да орнатылуы тиіс (3.1 суретте көрсетілген).

Бір жағынан қоректенетін тораптардағыдай ҚТ-дан РҚ ең қарапайым әдісі ҚТ тогының пайда болуына әсер ететін қорғаныс бола алады.

Бірақ ток шамасына ғана әсер ететін қарапайым МТҚ (жоғарыда қарастырылған), ұқсас тораптарда зақымдалудың селективті ажыртылуын қамтамасыз ете алмайды.

 

а)

б)

а) радиалды торап;     б) айналмалы торап.

3.1 сурет – екі жағынан қоректенетін торап сұлбасы және осы тораптардағы РҚ орналастырылуы

 

Селективтілік қызметі жұмыс жасауы үшін оны қорғалатын қосылудан ағатын қуаттың белгісіне әсер ететін бағыт релесімен толықтыру қажет. Нақтыласақ, егер 3.1 суреттегі торапта барлық ЭЖЖ МТҚ қойылған деп есептеп, және оның біреуінің қызметін қарастырсақ, мысалы: 5'.  К1 нүктесіндегі ҚТ кезінде 5' қорғанысының уақыт ұстанымы РЗ 6', 7' және 8', әсер ету уақытынан аз болуы керек, яғни t_5'<t_6', t_7' және t_8'. Егер де К2 нүктесінде ҚТ болса, 5' МТҚ 6' РҚ-тан ақырын әсер ету керек (t_5'>t_6').  Екі талаптың бірдей орындалуы мүмкін емес. Бірінші талап орындалғанда (яғни t_5'<t_6') 5' МТҚ  W3-та ҚТ кезінде селективтілік орындалмайды. Бұл селективтіліктің болмауын жою үшін 5' МТҚ, ҚТ қуаты шинадан ЭЖЖ бағытталса ғана жұмыс жасайтын бағытталған қорғаныспен 5 ауыстырады. Бұл кезде 5 РҚ W3-та ҚТ кезінде іске қосылмайды, себебі бұл жағдайда ҚТ қуаты желіден шинаға қарай бағытталады, сондықтан да екінші талап (t₅ > t₆) жойылады.

Тораптың қалған барлық МТҚ ұқсас орындалуында зақымдалудың селективті ажырауы, егер сатылы қағидамен бір бағытта іске асатын РҚ уақыт ұстанымын таңдауда мүмкін болады. Айтылғандарды қорыта келгенде, екі жағынан қоректенетін тораптардағы селективті РҚ орындалуының келесі қағидаларын құрастыруға болады:

1) егер қуат шинадан желіге бағытталған жағдайда  (3.1 суретті қараңыз) қорғаныс ЭЖЖ екі жағынан да қойылуы керек және ҚТ тогы пайда болғанда ажыратуға жұмыс жасауы қажет;

2) қуаты бір бағытта (А немесе В генераторынан) болғанда, жұмыс жасайтын РҚ уақыт ұстанымы сатылы қағидамен келісілуі қажет, ол қоректендіру көзіне қарай жоғарылауы тиіс: А қорек көзі тогынан әсер ететіне РҚ уақыт ұстанымы t₆<t₄<t₂; В қорек көзі тогынан әсер ететіне РҚ уақыт ұстанымы t₃<t₅<t₇.

 

           

3.2 сурет – Бағытталған токтық қорғаныстың қызмет жасау қағидасы және функционалды сұлбасы

 

Бағытталған токтық қорғаныс (БТҚ) ҚТ кезінде  қорғалатын ЭЖЖ зақымдалған фазаларындағы токтың мәні мен қуат бағытын сезуі қажет. Жиі қолданылатын 3.2 суреттегі көрсетілген БТҚ құрылымдық сұлбасы негізгі үш элементтен тұрады: ҚТ тогы пайда болған кезде іске қосылып, РҚ іске қосылуына рұқсат беретін токтың КА (ток органдары) екі қосылу релесінен; қуат бағытының KW екі релесі (қуат бағытының органы - ҚБО), олар шинадан ЭЖЖ қуат бағытталғанда іске қосылып, РҚ жұмыс жасауына рұқсат етеді. Егер қуат шинаға бағытталған болса, онда релесі (логика органы), РҚ іске қосылуын, логикалық сұлбаның жұмыс жасауын тоқтатын белгі береді. Логикалық сұлба  келесі берілген бағдарламамен жұмыс жасайды: ток органының іске қосылуы туралы белгіні алып, ҚБО РҚ іске қосылуы жайында белгіні жинайды, ал ол өз кезегінде уақыт ұстанымымен ажыратқыштың ажырату элементіне түседі де оны ажыратады.

 

                                         а)                                          б)

а) айнымалы ток тізбегі     б) кернеу тізбегі

3.3 сурет – электрмеханикалық релесі бар бағытталған МТҚ екіфазалы сұлбасы

 

                   3.4 сурет – Екі релелі бағытталған МТҚ оперативтік тізбегі

 

Қосылудың реле тогын КА ЭЖЖ фазасының тогына, ал қуат бағытының релесін (ҚБР) – сол фазаның тогына және сәйкес фазааралық кернеуге (3.3 суретті қараңыз) қосады. Қуат бағытының релесі оның қысқыштарына келтірілген қуат белгісімен анықталады:

                                       S_p=U_р×I_р×5sin(-_р),                                         (3.1)

мұнда  - кернеу релесі тізбегіндегі кернеу мен токтың арасындағы жылжу бұрышы (ішкі жылжу бұрышы);

_р - U_p және I_p. арасындағы жылжу бұрышы.

Қорғалатын ЭЖЖ ҚТ кезінде S_p оң мәнде(+ S_p), және қуат бағытының релесі бағытталған ток қорғынысына ажыратуға рұқсат береді. Қорғалатын W1 ЭЖЖ (7.1 суретті қараңыз) немесе одан кейінгі W2 бөлігінде ҚТ болған жағдайда КА және KW релесі іске қосылып, И кірмесіне сигнал береді (3.1 суретті қараңыз). И элементінің кірмесінде сигнал пайда болып, ол ҚТ іске қосады (3.1 және 3.4 суретті қараңыз). Берілген уақыт бойынша КТ кірмесінде сигнал пайда болып, KL элементіне әсер етеді, ол өз кезегінде ажыратқыштың ажыратылуына белгі береді. Осы қосалқы стансаның (W2  3.1 суретті қараңыз) басқа қосылымдарында ҚТ болған жағдайда КА іске қосылады, егер I_к > I_с.з, бірақ KW жұмыс жасамайтындықтан, И элементі сәйкесінше НТТ (НТЗ) жалпы іске қосылмайды. Қарастырылған сұлба түйіспелері бар және де түйіспелері жоқ релелер арқылы іске асырыла алады.

Қалыпты жағдайда, егер жүктеме қуаты шинадан ЭЖЖ бағытталған болса, РНМ іске қосылуы мүмкін. Бұл жағдайда НТТ қосылуын жою үшін оның қосқыш органы КА жүктеме тогынан жылжытып алу қажет (I_с.з > I_{н max}). Энергожүйеде НТТ тербеліс кезінде қате жұмыс жасауы мүмкін, егер тербеліс тогы I_с.з жоғары болса, KW қысқыштарындағы S_p қуат шинадан ЭЖЖ-ға қарай бағытталады, тербеліс периоды НТТ уақыт ұстанымынан көп болады. Сақинада орналасқан НТТ ісін талдаған кезде оның қызметінің каскадты түрде болуы мүмкін екендігін ескеру қажет, яғни РҚ тізбекті қызмет жасауы мен қорғалатын ЭЖЖ соңындағы ажыратқыштың ажыратылуы. К1 нүктесінде ҚТ болған жағдайда қоректендіру көзінен қашық орналасқан III ҚСТ 6 РҚ өлшеу органдары зақымдалу кезінде сезімталдығының төмендігінен іске қосылмай қалуы мүмкін. I ҚСТ жағындағы зақымдалудан кейін ЭЖЖ өшіріліп, III ҚСТ-дан өтетін ток жоғарылайды және 6 РҚ каскадты түрде жұмыс жасап, К1 нүктесіндегі ҚТ жояды.

 

 

4 - дәріс.  10-35 кВ тораптарындағы жерге тұйықталудан қорғаныс

 

Дәрістің мазмұны:

- бейтарабы оқшауланған тораптардағы жерге тұйықталудан желіні қорғаудың әдістері, кабельді желілерді қорғаудың ерекшеліктері оқытылады.

Дәрістің мақсаты:

- бейтарабы оқшауланған тораптардағы жерге тұйықталу кезінде нөлдік тізбектегі токтың таралуын анықтау, сәйкес қорғаныстардың спецификалық ерекшеліктерін қарастыру

 

4.1 Бейтарабы оқшауланған тораптардағы бірфазалы жерге тұйықталудан қорғаныс, бірфазалы жерге тұйықталу кезіндегі токтар және кернеу

 

Отандық энергожүйелерде кернеуі 6-35 кВ электр тораптары, әдетте оқшауланған бейтарап немесе доға өшіргіш реактордың үлкен индуктивті кедергісімен жерге қосылған, сонымен қатар үлкен активті кедергі арқылы жерге қосылған бейтараппен жұмыс жасайды. Бейтарабы терең жерге қосылған торапқа қарағанда, бейтарабы оқшауланған тораптағы бірфазалы тұйықталуда үлкен ҚТ тогы пайда болмайды, себебі зақымдалу тогы тораптағы фаза сыйымдылығының үлкен кедергілері арқылы жерге тұйықталады.

Қалыпты жағдайда болғанда және доға өшіргіш реактор немесе активті резистор арқылы тұйықталып, тораптың бейтарабы оқшауланған кездегі режимде болған кездегі тораптағы ток пен кернеудің өзгеру сипаттамасын және олардың векторлық диаграммасын қарастырайық. Жеңілдету үшін тораптағы жүктемені жоқ деп аламыз. Бұл тораптың барлық нүктесіндегі фазалық кернеуді өзгеріссіз және қорек көзінің фазасының ЭҚК тең деп алуға мүмкіндік береді. 4.1 суретте қоректену көзі бар бейтарабы оқшауланған радиалды торап (генератор немесе төмендеткіш трансформтаор) және шартты түрде барлық торапты көрсететін бір эквивалентті ЭЖЖ келтірілген. Жерге қатысты фазалардың таратылған сыйымдылығы келтірілген эквивалентті сыйымдылықпен С₀ ауыстырылған. ЭЖЖ R және X кедергілері есепке алынбайды. Қоректену көзінің сыйымдылығы оның шамасы аз болғандықтан есепке кірмейді.

 

4.1 сурет – Бейтарабы оқшауланған тораптардағы жерге тұйықталу кезіндегі фазалық токтардың ағуы

 

а) қалыпты симметриялық режимде;

б) бір фазаның жерге зақымдалуы кезінде.

4.2 сурет – фазалық токтар мен кернеудің векторлық диаграммасы               

 

Қалыпты режимде жерге қатысты А, В және С сымдарының кернеуі сәйкес фазалық U_A, U_B, U_C кернеулерге тең, олар жүктеме болмаған жағдайда қоректендіру көзінің ЭҚК тең Е_А, Е_B, Е_C. Бұл фазалық кернеулердің векторлары симметриялық жұлдызшаны құрайды (4.2, а суретті қараңыз), ал олардың қосындысы нөлге тең, соның нәтижесінде N бейтарбындағы кернеу болмайды: U_N = 0. Фазалық кернеудің әсерінен фазаның сыйымдылықтарынан жерге қатысты фазалық кернеуді 90° басып өтетін С_А,С_B,C_C  токтары өтеді:

 

I_A = U_A / -jX_C;     I_В = U_B /-jX_C;    I_C = U_C /-jX_C,

мұнда

                                         X_C= 1/.                                                     (4.1)

Қалыпты режимде фазалардан өтетін сыйымдылық токтарының қосындысы нөлге тең, сондықтан да 3I₀ болмайды (4.2, а суретті қараңыз).

Бейтарабы оқшауланған тораптағы бір фазаның жерге металдық тұйықталуы. А фазасы зақымдалды (4.1 суретті қараңыз) деп алсақ, онда оның жерге қатысты фазалық кернеуі нөлге дейін төмендейді (U_A = 0). Жерге қатысты U⁽¹⁾_N  бейтараптың кернеуі U_N = U_KN тең болады (4.1 және 4.2, б суретті қараңыз), яғни шамасы мен кері жерге қосылған фазаның белгісімен сәйкес:

                               U_N = U_KN = -E_A.                                                                            (4.2)

 

Зақымдалған фазаның жерге қатысты кернеуі фазааралық шамаға дейін жоғарылайды U⁽¹⁾_B=U_BA және U⁽¹⁾_C=U_CA. Фазааралық кернеу 4.1 және 4.2 суретте көрсетілгендей өзгермеген күйінде қалады.

4.2, б суретте жерге қатысты (U⁽¹⁾_B, U⁽¹⁾_C, U_N) тораптың бейтарабы мен сымдардың кернеуінің векторлық диаграммасы құрылған:  А,В,С нүктелері сымдардың потенциалын көрсетеді, N нүктесі қоректендіру көзінің бейтарабына сәйкес, А нүктесі жермен байланысқан және нөлдік потенциалға ие.

Жерге тұйықталу асқын токтың пайда болуына әкелмейтіндіктен және фазааралық кернеудің шамасын өзгертпейтін болғандықтан, олар тұтынушылардың қоректенуіне әсер етпейді және қатерлі токтармен жабдықтардың асқын жүктелуі болмайды. Сондықтан да бейтарабы оқшауланған торапта жерге ҚТ қарағанда тез арада жоюдың қажеті жоқ.

Бірақ жерге тұйықталудың ажыратылуы қажет, себебі тұйықталу тогының жылуының жерге әсерінен және зақымдалу орнындағы электрлік доғаның әсерінен кабельдік ЭЖЖ фазалары арасындағы оқшауламаның зақымдалуы және бір фазалық тұйықталу фазааралық тұйықталуға айналуы мүмкін. Одан басқа, жерге тұйықталудан пайда болатын асқын кернеу әсерінен зақымдалмаған фазаларда оқшауламаның жабылып қалуы немесе тесілуі мүмкін болғандықтан, тораптың әртүрлі нүктелерінде жерге екі тұйықталудың пайда болуына алып келуі мүмкін.

 

4.2 Жерге бірфазалық қысқа тұйықталудағы қорғаныстың орындалу қағидасы

 

Бірфазалы жерге тұйықталудан РҚ барлық түрлері I₀ тогының және U₀ кернеуінің нөлдік тізбектерінің құраушыларына әсер етеді. Қарапайым құрылғының бірі жерге тұйықталуда 3U₀ әсер ететін селективті емес сигнал беруші болып табылады. Мұндай құрылғы тұйықталмаған жұлдызша сұлбасымен қосылған КТ орамдарынан 3U₀ кернеуінен қорек алатын KV₀ кернеу жоғарылатқыш релесінен тұрады (4.3 суретті қараңыз). Мұндай селективті емес сигнал бергіш 6-35 кВ тарату қондырғыларының шиналарында орнатылады. Оның орындалуы сол суретте көрсетілген басқа да нұсқасы болуы мүмкін.  Бұл сұлбада жердің пайда болуы туралы, көрсеткіші зақымдалған фазаны көрсететін тораптағы фазаның оқшауламасын бақылайтын вольтметрдің нөлдік сымына қосылған релесі белгі береді.

Селективті сигнал беру тораптың қай жерінде жерге тұйықталу болғанын анықтай алатын РҚ толықтырылуы қажет. Селективтілік ретінде НТ құраушыларын әсер ететін бағытталмаған және бағытталған РҚ қолданылады.

4.3 сурет–Жерге зақымдалу кезіндегі селективті емес белгі берудің сұлбасы

 

Қолданылатын барлық РҚ төрт қорғанысқа бөлуге болады, олар әсер етеді:

1) тораптың табиғи сыйымдылығына (РҚ мұндай әдісі компенсация болмаған жағдайда немесе тораптың сыйымдылық тогының асқын компенсациялануы бар кезінде ғана мүмкін);

2) жасанды жолмен жасалатын нөлдік тізбектегі токтар;

3) орнықталған режимдегі сыйымдылық токтарының резонанстық компенсациялануы кезінде зақымдалған ЭЖЖ пайда болатын жоғары гармоника токтарына;

4) зақымдалудың бірінші сәтінде пайда болатын өтпелі режимдегі токтар.

 

4.3 Нөлдік тізбектегі токтардың фильтрі

 

Әдетте желідегі мұндай қорғаныстар сигналға әсер етеді, сонда да осы қорғаныстарды қолдану тиімді, себебі жерге зақымдалудың орнын тезірек тауып оны жылдам жою керек, себебі түскен сым айналасына қауіпті. Сонымен бірге, жерге зақымдалған ақау уақыт өте келе ұлғайып қысқа тұйықталуға алып келуі мүмкін.

Бір қатар жағдайларда қорғаныс міндетті түрде ажыратылуы қажет. Олар 5 А асатын жерге қысқа тұйықталғандағы қозғалтқыштар мен генераторлар және де электр қозғалтқышты жетегі бар жылжымалы механизмдер. Мұның күрделі болуының себебі жерге тұйықталу тогының мәні өте төмен шамада болады. Бұл шама ток трансформаторындағы нөлдік сымның баланс еместігімен шамалас болады, сондықтан да ТТ нөлдік сымға жерге тұйықталудан қорғаныс қосылмайды. Жерге тұйықталудан қорғау үшін арнайы нөлдік тізбектегі ток трансформаторын пайдаланады (ТЗ, ТЗЛ, ТЗР), бірақ оларды ұяшықтан кабельдік шықпасы бар болғанда ғана пайдаланылады. Арнайы нөлдік тізбектегі ток трансформаторы жоқ, шықпасы әуелік КТҚ (КРУ) ұяшығында және 35 кВ кернеудегі желіде қорғанысты қосуға болмайды. Ресейдегі Самаралық трансформатор зауыты  әуелік шықпасына арналған ТДЗЛВ-10 типтегі 6-1 0кВ нөлдік тізбектегі ток трансформаторын шығарады. Ішкі терезесінің диаметрі 590 мм трансформаторлар ұяшықтың ішінде орналастырылады және барлық үш фазаның изоляторларын қамтиды. Соның арқасында жерге тұйықталудан қорғаныс кабельдік қойылым болмаса да жұмыс жасай алады. Кабельдік НТТ (ТНП) құрылымы 4.4. суретте көрсетілген.

 

                                     а)                                                      б)

в)

а) құрылғы; б) орынбасу сұлбасы;

в) нөлдік тізбектегі токтың кабельде орналастырылуы.

4.4 сурет – Нөлдік тізбектегі ток трансформаторы

 

Трансформатор болатынан жиналған 1 магнит сымы қорғалатын кабельді ЭЖЖ барлық үш фазасын орайтын дөңгелек немесе тік бұрыш көлемінде жасалған. НТ ТТ (ТНП) тесігінен өтетін А, В, С фазаларының сымы, трансформатордың біріншілік орамы болып табылады, екіншілік орамы ораушының саны w = 20  30 магнит сымында орналасады. I_А, I_В және I_С токтарының фазалары магнит сымында сәйкесінше Ф_А, Ф_B, Ф_C магнит ағынын жасайды, олар жиналып нәтижелік ағынды құрайды:

                             

                      Ф_рез   =  Ф_А + Ф_В + Ф_C.                                                (4.3)

 

Токтардың қосындысы  I_А  + I_В + I_С = 3I₀ болғандықтан,  НТТ біріншілік тогынан пайда болатын нәтижелік ток, НТ токтарының құраушыларына пропорционал болады:

                                        Ф_рез =k3I₀.                                                                               (4.4)

 

Ф_рез ағыны, сәйкесінше екіншілік ЭҚК Е₂ және екіншілік тогының I₂ пайда болу шарты бойынша, фаза токтарының қосындысы нөлге тең емес немесе басқаша айтқанда НТТ өтетін фазалық токтарда I₀ құраушысы болуы керек. Сондықтан да НТТ екіншілік тізбегіндегі ток жерге тұйықталу болғанда пайда болады. Жүктеме режимінде, үшфазалы және екіфазалы ҚТ-да фазалар тогының қосындысы I_А + I_В + I_С = 0, сондықтан реледе ток болмайды (Ф_рез = 0).

Бірақ НТТ екіншілік орамына қатысты А, В, және С фазаларының бірдей орналаспағандығынан екіншілік орамдар мен осы фазалардың өзара индукциялық коэффициенттері әртүрлі, біріншілік токтардың симметриялығына қарамастан, қалыпты режимде олардың магнит ағындарының қосындысы нөлге тең емес.  Екіншілік орамда ЭҚК және I_н6 тогын шығаратын баланс емес магнит ағыны (Ф_рез = Ф_нб) пайда болады. НТТ қуаты аз болады, сондықтан да токтың көп бөлігі магниттелу тогына кетеді. Бұл жағдай тұтынуы өте аз релені пайдалануға алып келеді немесе ТТ-нан қуатты алу максималды түрде болуы шартталады.

РҚ дұрыс емес жұмысын жою үшін, қорғасын қабығына және кабельдің қаптамасына тұйықталатын адасу токтарының әсерін өтемелеу қажет. Бұл мақсатта түтікшеден НТТ дейінгі бөлікте кабельдің түтікшесі мен қабығы жерден оқшауланады (4.4, в суретті қараңыз), ал жерге қосылған сым кабельдің түтікшесіне қосылып НТТ терезесі арқылы жүргізіледі. Мұндай жасалуда кабельдің қаптамасынан өтетін ток жерге қосылған сым арқылы қайтады, сондықтан НТТ магнит сымындағы магнит ағыны қаптамадағы және сымдағы токтан өзара жойылады. НТТ магнит сымы кабель қаптамасынан берік оқшаулануы қажет.

Бір фидердегі сыйымдылық токтың мәні жалпы сыйымдылық токтың мәнінен біршама аз оқшауламасы бейтарап тармақталған тораптарда қорғаныс ретінде жоғары сезімталдылығы бар қарапайым токтық қорғаныс қолдануға болады. Мұндай қорғаныстар шетелдік фирмалардың микропроцессорлық токтық құрылғылардың көбінде қарастырылған. Тораптағы кәбельдің ұзындығы аз болса, немесе кәбельдердің ұзындығы әртүрлі және бір кәбельдегі токтың мәні жерге тұйықталудың жалпы тогымен мөлшерлес болса, нөлдік тізбектегі бағытталған қорғанысты қолдану қажет. Мұндай қорғаныс УЗА-АТ модификациясының және шетелдік фирмалардың құрылғыларының ішіне кіреді, мысалы: ALSTOM фимрасының MiCOM P125-127 құрылғысы. ЧЭАЗ өндірген ЗЗП қорғанысы да кеңінен таралған.

 

 

5-дәріс. Трансформаторлардың және автотрансформаторлардың резервтік қорғаныстары

 

Дәрістің мазмұны:  

- трансформаторлардың максималды ток қорғанысының сұлбасы және автотрансформаторлардың арақашықтық қорғанысының тағайындамасы қарастырылады.

Дәрістің мақсаты: 

- трансформаторлардың және автотрансформаторлардың қалыпты емес режимдері мен зақымдалудың негізгі түрлерін және оларды қорғаудың әдістерін оқыту.

 

Зақымдалудың түрлері. Трансформаторлар мен автотрансформаторлардың зақымдалуының негізгі түрлері трансформатор (үшфазалы) ішіндегі фазалардың және орауыштардың сыртқы кірмелеріндегі орауыштардың тұйықталуы; бір фазаның орамдарының орауыштары арасындағы тұйықталу (орамдық тұйықталу); орауыштардың жерге немесе олардың сыртқы кірмелерінің тұйықталуы; жылынуға және «болаттың өртенуінің» пайда болуына алып келетін трансформатордың магнит сымының зақымдалуы. Тәжірибеден байқағандай, кірмедегі ҚТ мен орауыштардағы орамдық тұйықталу көп болады. Трансформатор ішіндегі фазааралық зақымдалу оған қарағанда аз болады. Үшфазалы трансформаторларда да болуы мүмкін, бірақ фазааралық оқшауламаның жақсы беріктігіне байланысты мүмкіндігінше аз. Бірфазалы үш трансформатордан құралған трансформатор тобында, фазалар орауыштарының өзара тұйықталуының пайда болуы мүмкін емес десе де болады.

Орам зақымдалуы кезінде зақымдалу орнына қорек көзінен баратын токтар үлкен болмайды. Тұйықталған орамның саны w_a аз болған сайын, тораптан келетін I_к токтың шамасы да аз болады.

Трансформатор зақымдалуынан РҚ бұзылу көлемін шектеу үшін ол тез жұмыс жасауы керек (t = 0,05  0,1 с).

Зақымдалудан қорғаныс. Мұндай РҚ ретінде ток үзіндісі, дифференциалды және газдық қорғаныс қолданылады.

Қуаты 200 MB•А және жоғары трансформаторларда автоматты түрде сумен өртті сөндіру қарастырылады. Ары қарай айтылғандардың барлығы да трансформаторлар мен автотрансформаторларға қатысты.

Қалыпты емес режимдердің түрлері. Трансформаторлардың жұмыс режимінің қалыпты еместігі көбінесе ондағы асқын токтардың пайда болуында, яғни, трансформатордың номиналды тогынан асуы. Трансформаторлардағы асқын ток сыртқы ҚТ, тербелу және асқын жүктелу кезінде пайда болады. Асқын жүктелу электр қозғалтқыштардың өзіндік іске қосылуы әсерінен, параллельді жұмыс жасайтын трансформатордың ажыратылуы әсерінен жүктеменің жоғарылауынан, АВР қызметі кезінде жүктеменің автоматты түрде қосылуынан және т.б. пайда болады.

Сыртқы ҚТ. Трансформатор шинасындағы зақымдалудан болған немесе кететін шинадан қосылған ажыратылмаған зақымдалудан болған сыртқы ҚТ-да, трансформаторда, олар трансформатордың зақымдалуына алып келетін оның орауыштарын рұқсат етілген шамадан тыс қыздыратын ҚТ I_к > I_ном токтары өтеді. Соған байланысты трансформаторда сыртқы ҚТ РҚ болуы қажет, ол трансформаторды өшіреді.

Сыртқы ҚТ қорғаныс МТҚ, минималды кернеуді блоктаушы МТҚ, арақашықтық РҚ, нөлдік және кері тізбектегі токтық РҚ арқылы іске асырылады. Сыртқы ҚТ қызмет зонасына қосалқы стансаның шинасы (I бөлік) мен осы шиналардан кететін қосылулар (II бөлік) кіруі қажет. Бұл РҚ сонымен бірге трансформатордағы зақымдалудың резерві болып табылады.

Асқын жүктелу. Асқын жүктелудің РҚ әсер уақыты орауыштардың оқшауламасының қызуымен анықталады. Май трансформаторлары асқын жүктелудің 5% жібереді. Апатттық режимде қысқа уақыттағы асқын жүктелу келесі аралықта рұқсат етіледі:

 

Асқын жүктелудің еселігі.............................................	1,3	1,6	1,75	2	3
Асқын жүктелудің рұқсат етілген уақыты, мин.........	120	45	20	10	1,5

 

Әсіресе ұзақ болмағандығы үшін трансформаторға зақым келтірмейтін, мысалы электрқозғалтқыштарының өзіндік іске қосылуынан немесе итеріп жіберетін түрдегі (электрпойыз, көтергіштер және т.б.) жүктемеден пайда болатын қысқа аралық, өзі жойылатын асқын жүктелу жиі болады. Мұндай асқын жүктелуде трансформаторды ажыратудың қажеті болмайды.

Сонымен асқын жүктелу кезіндегі трансформатордың РҚ іске қосылуы қажет, егер асқын жүктелу автоматты түрде немесе қызметкерлер жоя алмаған жағдайда.

Толық емес фазалық режим. Автотрансформаторларда (АТ) жоғары (ВН) немесе орта кернеу (СН) жақтарын ажыратқанда (немесе қосқанда) пайда болатын толық фазалық емес режимнен РҚ қарастырылады. Бұл релелік қорғаныс АТ ажыратылуына қызмет етуі тиіс. Мұндай РҚ орнату осы қосалқы стансадағы аталған режимде параллель жұмыс жасайтын екінші АТ ажыратылу мүмкіндігімен шартталған.

Трансформатор багындағы май деңгейінің төмендеуі бактың ағуынан немесе сыртқы ауаның температурасының бірден төмендеуі салдарынан орауыштардың деңгейінен төмендеуі орауыштардың зақымдалуына алып келеді.

Сыртқы қысқа тұйықталу кезіндегі асқын токтан қорғаныс. Сыртқы ҚТ қорғаныс трансформаторды жинақтау шинасында немесе олардан жіберілетін қосылуларда ҚТ болғанда қызмет етеді (5.1 суретті қараңыз), егер РҚ немесе осы элементтердің ажыратқышы істен шықса. Сонымен қатар сыртқы ҚТ РҚ трансформатордағы зақымдалудан қорғаныс ретінде де қолданылады. Бірақ селективтілік шарты бойынша сыртқы РҚ  уақыт ұстанымы болуы керек, сондықтан да тез іске қосылмайды. Сол себептен трансформатордағы зақымдалудың негізгі РҚ ретінде тек аз қуатты трансформаторларда ғана қолданылады. Ішкі ҚТ-дан арнайы РҚ бар трансформаторларда, сыртқы РҚ осы қорғаныстың резерві болып табылады, егер ол іске қосылмаған жағдайда. Сыртқы ҚТ-дан РҚ ең қарапайым түрі МТҚ болып табылады. Сезімталдық жеткіліксіз болған жағдайда, сезімталдығы жоғары, кернеумен қосылатын МТҚ, НТ және КТ МТҚ, ДҚ қолданылады.

Трансформаторлардың максималды токтық қорғанысы. Екі орамды төмендеткіш трансформаторлардың қорғанысы. Бір жақтан қоректенетін трансформатордың МТҚ сұлбасы 5.1 суретте келтірілген. Трансформатордың өзі қызмет ету зонасына қосылу үшін, РҚ қоректену көзі жағынан қойылады және ол Q1 ажыратқышының ажыратылуына қызмет етуі керек. МТҚ токтық релесі Q2 ажыратқышына қойылған ТТ қосылады.

5.1, а суретте трансформатордың РҚ-ның сұлбасы келтірілген, ол уақыт ұстанымымен іске қосылып Q1 және Q2 ажыратқыштарының ажыратылуына жұмыс жасайтын екі КА1 және КА2 ток релесімен жасалған. Бұл кезде трансформатордың төменгі кернеу жағында (НН) сыртқы ҚТ жағдайында Q2 ажыратқышының ажыратылуы Q1 ажыратқышының қызметін резервте ұстайды. Көбінесе РҚ екі уақыт ұстанымен орындалады: бірі t₁ төменгі кернеу жағындағы Q1 ажыратқышының ажыратылуына, ал екіншісі t₂ = t₁ + t  жоғары жақтағы Q2 ажыратылуына. МТҚ бұлай орындалуының құрылымдық сұлбасы  5.1,  в суретте келтірілген. Сыртқы ҚТ-дан ажырамаған жағдайда төменгі жақтағы МТҚ t₁ уақыт ұстанымымен Q1 ажыратқышы ажыратады, бұл кезде трансформатордың жоғары жағында кернеу болады. Ал трансформаторда зақымдалу болған жағдайда және оның негізгі тез әсер ететін РҚ қосылмағанда МТҚ уақыт ұстанымымен Q2 ажыратқышын ажыратады.

Жоғары кернеуі 110-220 кВ трансформаторларының сұлбасындағы КА1 және КА2 ток релелері үшбұрыш жалғанған ТТ-на қосылған (5.1, а суретті қараңыз). МТҚ ток тізбектерінің осылай жасалуы 110-220 кВ тораптағы жерге ҚТ кезіндегі оның селективті емес қызметінің алдын алады (трансформатрдың бейтарабы жерге қосылған жағдайда). Қорғаныс фазааралық барлық ҚТ түрлерінде орауыштары y/қосылған жоғары және төменгі кернеу жағында да қызмет жасайды. Бірақ та толық жұлдызшамен жиналған ТТ қосылған үш ток релесі бар МТҚ-мен салыстырғанда, төменгі кернеу 6-10 кВ жағында екіфазалық ҚТ кезінде сезімталдық 15% төмендейді. Орауыштары y/y немесе  / жалғанған және бейтарабы жерге қосылған тораппен байланысы жоқ сұлбадағы трансформаторлар үшін МТҚ екі КА1 және КА2 токтық релемен орындалады (5.1, г суретті қараңыз), бұл кезде трансформаторлар толық емес жұлдызшаға жалғанады.

 

 

а) үш ТТ бар ток тізбегінің сұлбасы; б) оперативті тізбектің принципиалды сұлбасы; в) құрылымдық сұлба; г) екі ТТ бар ток тізбегінің сұлбасы.

5.1 сурет – Екі орамды трансформатордың максималды токтық қорғанысы

 

МТҚ мұндай сұлбасы Y/ орауыштары жалғанған сұлбадағы трансформаторларда да қолданылуы мүмкін. Осы кезде орауыштары Y/ жалғанған сұлбадағы трансформатордан кейінгі екіфазалы ҚТ-ға МТҚ сезімталдығын жоғарылату үшін, КA3 ток тізбегінің кері сымында қосымша реле орнатылады (5.1, в-г суреттерде үзік сызықпен көрсетілген). Мұндай трансформаторлар орауыштарының қосылу сұлбасы үшбұрыш-жұлдызшаға жалғанған нөлдік нүктесі жерге қосылған трансформаторларда да қолданылады (әдетте 0,4 кВ торабын қоректендіретін).

АТ сыртқы фазааралық ҚТ-дан резервтік қорғаныс. Үш орауышты төмендеткіш АТ-да сыртқы фазааралық ҚТ-дан резервтік қорғаныс ретінде қолданылады: МТҚ төменгі кернеу жағында қосылу кернеуі аралас; AT 220/110/6-10-35 кВ жоғары кернеу жағында – БТҚ және МТЗ ОП және кернеуі бойынша қосылатын МТҚ үшфазалы ҚТ-дан; Жоғары және төмен кернеу жағында  AT 220/110/6-10-35 кВ және 500/220/10 кВ - ДҚ.

АТ төменгі жағындағы қосылу кернеуі аралас максималды токтық РҚ, оның шықпаларына енгізілген ТТ қосылады. РҚ бірінші уақыт ұстанымы ТК ажыратқышының ажыратылуына, ал екіншісі - барлық АТ ажыратылуына жұмыс жасауы қажет. КТ токтық РҚ ЖК жағында орналастырылады және ТТ қорек алады.

ЖК және төменгі кернеу жағында орнатылатын бағытталған РҚ ЖК және ТК ЭЖЖ қорғайтындай етіліп қосылады. МТҚ қарағанда күрделірек ДҚ қолдану, ЭЖЖ қарама-қарсы жақтарында орналасқан және алыстағы резервтегі ЖК және ТК тораптарын селективті РҚ-пен қамтамасыз етуді келістірумен түсіндіріледі.

Нөлдік тізбектегі ток қорғанысы сыртқы ҚТ-да (жерге бір және екі фазалы) және трансформатордағы ҚТ-да трансформаторда пайда болатын 3I₀ тогына әсер етеді. Егер соңғылар жұлдызша сұлбасымен жалғанып, терең жерге қосылған нөлдік нүктеде жұмыс жасаса, олар жоғарылатқыш трансформаторларда (сонымен бірге АТ-да) жоғары және төмен кернеудегі орауыштар жағына орнатылады.

Оперативті қызметкерлер бақылауындағы трансформаторларда трансформаторды асқын жүктемеден қорғау үшін – асқын жүктемеден РҚ бір ток релесінің сигналы арқылы орындалады.

 

6-дәріс. Трансформаторлардың және автотрансформаторлардың негізгі қорғаныстары

 

Дәрістің мазмұны:

- ҚТ барлық түрінен трансформаторлардың негізгі қорғанысы қарастырылады.

Дәрістің мақсаты:

- трансформаторлардың газдық қорғанысын, трансформаторларды ҚТ барлық түрінен дифференциалды қорғаудың және ток үзіндісінің қызмет жасау қағидасын оқыту.

 

6.1 Трансформаторлар мен автотрансформаторлардың токтық қорғанысы

 

Токтық үзінді - трансформатордағы зақымдалудан тез әсер ететін РҚ. Үзіндінің қызмет ету аумағы шектелген, жерге тұйықталу тогы аз торапқа жұмыс жасайтын орамдары тұйықталған және орауыштары жерге тұйықталуларда жұмыс жасамайды. Үзінді қоректену жағынан қолданады.

Үзіндінің қызмет ету аймағына ошиновка, трансформатордың қоректену көзі жағындағы орамның жартысы және шықпалар кіреді. Ішкі зақымдалудың РҚ болып табылатын үзінді трансформаторларды барлық қоректену көзі бар жағынан ажыратуы қажет. Үзіндінің артықшылығы оның қарапайымдылығы және тез әсер етуінде. Үзінді МТҚ мен газдық қорғаныспен бірге (төменде қарастырылған) төмен қуатты трансформатордың жақсы қорғанысын қамтамасыз етеді.

Дифференциалды қорғаныс. Трансформатордың дифференциалды қорғанысының тағайындамасы мен жұмыс жасау қағидасы. Трансформаторларды фазааралық ҚТ-дан, жерге бірфазалы ҚТ-дан және бір фазаның орамының тұйықталуынан негізгі тез әсер ететін РҚ ретінде дифференциалды РҚ қолдану кең тараған (6.1 суретті қараңыз). Сыртқы ҚТ және жүктемесі кезінде токтары бір жаққа бағытталған (6.1,а суретті қараңыз) және қорғалатын трансформатордың трансформация коэффициентіне тең белгілі-бір қатынаста болады:

                                                     I_II/I_I=К_Т                                                  (6.1)

                                 а)                                      б)

а) сыртқы ҚТ;  б) трансформатордағы ҚТ.

6.1 сурет –Трансформатордың дифференциалды қорғанысының жұмысы

 

Сыртқы ҚТ кезінде қорғаныс жұмыс жасамауы керек, ал трансформатордағы ҚТ кезінде жұмыс істеуі қажет. Қорғаныс осыны есепке алып жұмыс жасайды. Сұлбаны қоректендіретін ТАI және ТАII ток трансформаторлары қорғалатын трансформаторлардың екі жағынан қойылады. Олардың екіншілік орауыштары сыртқы ҚТ және жүктеме кезінде I_Ib және I_IIв екіншілік токтары қосқыш сымдар контурында тізбек түрінде бағытталуы үшін әртүрлі аталатын полярлықпен қосылады.

Дифференциалды реле КА ТТ екіншілік орауыштарына параллель қосылады. Мұндай қосылу кезінде сыртқы ҚТ жағдайында және жүктеменің тогы кезінде екіншілік токтары КА релесінің орауыштарына тұйықталады және онда қарсы бағытталған, сондықтан да реледегі токтар I_Ib және I_IIв екіншілік токтардың айырымына тең:

                                                     I_р = I_Iв - I_IIв.                                                 (6.2)

Қорғалатын трансформатордағы ҚТ кезінде I_Iв және I_IIв және екіншілік токтары реле орауыштарынан бір бағытта өтеді (8.1, б суретті қараңыз), соның нәтижесінде реледегі ток қосындысына тең:

                                                I_р = I_Iв + I_IIв.                                                      (6.3)

Егер I_p> I_с.р онда реле іске қосылып, трансформаторды ажыратады.

Дифференциалды РҚ жүктеме және сыртқы ҚТ кезінде жұмыс жасамау үшін, олардың айырымына тең реледегі ток болмау үшін, РҚ-тағы екіншілік токтарды теңестіру қажет:

                                                    I_р = I_Iв – I_IIв = 0.                                                 (6.4)

Ол үшін токтар модулі және фазасы бойынша бірдей болуы керек, яғни I_Iв = I_IIв.

 

Трансформаторлардың және АТ дифференциалды қорғанысының ерекшелігі.

ЭЖЖ және генераторлардың дифференциалды РҚ-да қорғалатын бөліктің басы мен аяғындағы біріншілік токтар бірдей, сондықтан селективтілік (8.4) шартын орындау үшін ТТ-ның трансформация коэффициентінің теңдігі болуы қажет. Трансформаторлардың дифференциалды РҚ оның жағдайы басқа. Трансформатордың біріншілік токтары шамасы бойынша тең емес және жалпы жағдайда фаза бойынша сәйкес болмайды.

Трансформатордың төменгі кернеу жағындағы ток I_II жүктеме және сыртқы ҚТ кезінде жоғары кернеу жағындағы токтан I_I үнемі көп болады. Олардың қатынасы күштік трансформатордың трансформация коэффициенті бойынша анықталады (6.1).

Орауыштары жұлдызша-үшбұрыш және үшбұрыш-жұлдызша болып жалғанған трансформаторларда I_I және I_II токтары шамасымен ғана емес, сонымен бірге фаза бойынша айырмашылығы болады. Фазаның жылжу бұрышы трансформатордың орауыштарының жалғану тобына байланысты. Кең тараған он бірінші топта үшбұрыш жағындағы сызықтық ток жұлдызша жағындағы сызықтық топты 30° басып озады. Орауыштары жұлдызша-жұлдызша жалғанған трансформаторларда I_I және I_II токтары фаза бойынша сәйкес келеді.

Сонымен селективтілік шартын (8.4) орындау үшін екіншілік токтарды теңестіретін шамасы бойынша I_Ib = I_I/К_II және I_IIв = I_II / K_III; ал орауыштарының әртүрлі жалғануында  (y/ және /Y) – және релеге түсетін токтар тең болуы үшін фаза бойынша арнайы шаралар жасалады. Фазадағы токтардың компенсациясы күштік трансформатордың жұлдызша жағында орналасқан ТТ екіншілік токтарын I_Ib және I_IIв үшбұрыш етіп жалғау арқылы жасалады. ТТ орауыштарын үшбұрыш етіп жалғау күштік трансформатор орауыштарының үшбұрыш жалғанғанына сәйкес болуы керек.

 

 

 

7-дәріс.  Трансформаторлардың газдық қорғаныстары

 

Дәрістің мазмұны:

- трансформатор багының ішіндегі зақымдалу туралы мәліметтер; қалтқылы газдық реленің құрылысы мен қызмет ету қағидасы келтірілген.

Дәрістің мақсаты:

- трансформаторды ішкі зақымдалудан қорғауды қарастыру.

 

Трансформатордың газдық қорғанысы. Газдық реленің жұмыс жасау қағидасы. Газдық қорғаныс трансформатордың ішкі зақымдалуларынан өте сезімтал қорғанысы ретінде кең тараған. Қаптама ішінде пайда болатын, трансформатордың зақымдалуы детальдардың қызуы және электрлік доғамен қатар жүреді, ол өз кезегінде майдың және оқшауланған материалдардың бұзылуына және ұшқын газдардың түзілуіне алып келеді. Майдан жеңіл болғандықтан, газ трансформатордың жоғары бөлігі (7.2 суретті қараңыз) және атмосферамен қатыста болатын 2 кеңейткішке көтеріледі. Біршама зақымдалу кезінде газдың интенсивті түзілуінен, кеңейген газ күшті қысым жасап, оның әсерінен трансформатордағы май қозғалысқа түсіп, кеңейткішке қарай жылжиды. Яғни, трансформаторда пайда болған газдар және майдың кеңейткішке қарай жылжуын трансформатордың зақымдалған белгісін білдіреді. Бұл белгілер газдың пайда болуы мен майдың қозғалуына әсер ететін арнайы қорғанысты орындауда қолданылады. Газдық реле 1, ол өз кезегінде трансформаторда зақымдалу болған кезде кеңейткішке қарай жылжитын газ бен май ағыны өтетіндей жасалған трансформатор мен кеңейткішті қосып тұратын құбырда орналастырылады. Құбырда кеңейткіштегі майдың зақымдалған трансформатор багына түсуіне кедергі болатын (бактағы өртті шектеу үшін) газдық қорғаныс іске қосылғанда автоматты түрде жабатын жапқыш қарастырылған.

Газдық реленің құрылымының үш түрі бар, олар әсер еткіш элементтерінің орындалу қағидасы бойынша бөлінеді: қалтқы,  қалақ,  тостағанша.

Қалтқы газдық реленің құрылғысы 7.2 суретте көрсетілген. Реле құбырды кеңейткішпен қосатын фланецтері бар үш келте құбыр түріндегі, шойын қаптамадан 1 тұрады. Қаптаманың ішінде жұқа қабырға түрінде жасалған, герметикалық дәнекерленген және майда жүзетін екі қозғалатын қалтқы 2а және 2б бар. Әр қалтқы бекітілген жеріндегі осьтің айналасында еркін айналады. Қалтқылардың шетінде, ішінде сынап бар түйіспелері дәнекерленген шыны сауыт ретінде келтірілген сынап түйіспелер 3 орналасқан. Қалтқылардың белгілі-бір жағдайында сынап түйіспелерді тұйықтайды. Қабықтың сырт жағына шығатын түйіспелері майысқақ және оқшауланған өткізгіштер арқылы жасалған. Жоғары қалтқының түйіспелері сигналға әсер етеді, ал төменгісі - трансформаторлардың ажыратылуына. Реленің қабығы кеңейткіштегі майдың деңгейінен төмен орналасады, сол себепті ол әрдайым маймен толтырылған. Қалтқы жүзіп шығуға тырысып, жоғарыға барады, олардың түйіспелері ажыратылған.

 

                         

1 – газдық реле; 2 – кеңейткіш.

7.2 сурет – Трансформаторда газдық релені орналастыру

 

Кішкене зақымдалуда газдың түзілуі жай жүреді және ол аздап көпіршіктеніп кеңейткішке көтеріледі. Реледен өтіп газ көпіршіктері оның жоғары жағын толтырып майды итеріп шығарады. Май деңгейінің төмендеуіне байланысты жоғары түйіспе төмендейді және бірнеше уақыттан кейін тұйықталады. Егер трансформатордың зақымдалуы біршама болса, онда тез арада түзілген газдың қысымымен, май төменгі қалтқыны итеріп қозғалысқа кіріседі. Оның әсерінен қалтқы бірден өзінің түйіспелерін тұйықтап ажыратуға белгі жасайды.

7.3 сурет – Қалтқылы газдық реленің құрылғысы; газдық қорғаныс тізбегінің шықпалық сұлбасы

 

Ажыратқышпен басқару сұлбаларында ажыратқыш сигналдарды ұстап тұру қарастырылғандықтан, газдық реленің түйіспелерінің қысқа уақытта тұйықталуы кезінде де ажыратқыш берік түрде ажыратылады.

Кішкене зақымдалуда ажыратудың орнына сигалының берудің өзі кезекші қызметкерлерге жүктемені басқа қорек көзіне қосып және содан кейін трансформаторды ажыратуға мүмкіндік береді.

Газдық қорғаныс сонымен қатар трансформатордағы май деңгейінің төмендеуіне де әсер етеді.      

Бұл кезде бірінші кезекте сигналды түйіспе іске қосылады да, содан кейін май деңгейі ары қарай тағы да төмендеп жатса, ажыратқыш түйіспе іске қосылып трансформаторды өшіреді.

Газдық қорғанысты бағалау. Газдық қорғаныстың негізгі артықшылықтары: оның құрылғысының қарапайымдылығы, біршама зақымдалуларда қызметінің уақыты азаяды, зақымдалудың көлеміне байланысты ажырату немесе сигналға әсер ету. Газдық қорғаныс трансформатордың орауыштарының зақымдалуында және әсіресе орамдық тұйықталуда өте сезімтал қорғаныс болып табылады. Қуаты 1000 кВ•А және одан жоғары барлық май трансформаторлар газдық қорғаныспен жеткізіледі.

Газдық қорғаныс трансформатордың шықпаларындағы зақымдалуда іске қосылмайтындықтан, ішкі зақымдалудан екінші қорғаныспен толықтырылуы қажет. Қуаты аз трансформаторларда мұндай қорғаныс ретінде МТҚ мен токтық үзінді қызмет етеді. Қуаты жоғары трансформаторларда жаңаланған дифференциалды РҚ қолданылады.

 

 

8-дәріс. Генераторлардың қорғанысы

 

Дәрістің мазмұны:  

- генераторлардың қалыпты емес режимдері және зақымдалудың түрлері, генераторлардың қорғанысының сұлбалары оқытылады.

Дәрістің  мақсаты:

- статор орамасындағы тұйықталудан қорғаныстың негізгі типтік сұлбаларын,  статор орамасының корпусқа (жерге) тұйықталуынан қорғаныс, сонымен бірге генераторларды асқын жүктемеден қорғаудың сұлбалары мен есептеулерін оқыту.

 

8.1 Статор орамасындағы фазааралық қысқа тұйықталудан қорғаныс, статор орамасының корпусқа (жерге) тұйықталуынан қорғаныс

Генераторлардың зақымдалу түрлері. Генераторлардың зақымдалуы көбінесе статор мен ротордың оқшауламасының бұзылуынан болады, ал бұзылулар оқшауламаның ескіруінен, ылғалдануынан, зақымның болуынан, сонымен бірге асқын кернеуден, механикалық зақымдалулардан, мысалы орама стерженінің дірілінен болады.

Статордағы зақымдалу. Статорда фазааралық ҚТ пайда болады, бір фазаның корпусқа (жерге) тұйықталуы, бір фазаның орамдарының орауыштарының арасындағы тұйықталу. Фазааралық ҚТ зақымдалған жерде өте жоғары токтардың (ондаған мың ампер) өтуімен және оқшаулама мен орамдардың ток өткізетін бөліктерінің, болат магнит сымының жануына алып келетін электрлік доғаның пайда болуымен байланысты болады. Статор орамасы корпусқа тұйықталғанда зақымдалу тогы болат магнит сымы арқылы оны күйдіріп жерге өтеді. Болаттың зақымдалуының жөндеу жұмыстарына ұзақ уақыт кетеді. Жерге ұзақ уақыт тұйықталу фазааралық ҚТ айналады, ал ол өз кезегінде зақымдалудың көлемін ұлғайтады. Бір фазаның орамасының тұйықталуы салыстырмалы түрде жиі болмайды; ол жерге тұйықталуға, немесе фазалар арасындағы ҚТ айналады.

Ротордағы зақымдалулар. Генератор роторының орамасы салыстырмалы түрде жоғары емес кернеуде болады, сондықтан да оның орамасының электрлік беріктігінің қоры, статорлық орамның оқшауламасына қарағанда біршама жоғары болады. Бірақ турбогенераторлардың (1500-3000 об/мин) роторларының айналу жиілігінің жоғары шартталуымен біршама механикалық күшеюдің әсерінен,  бір немесе екі нүктеде оқшауламаның зақымдалу жағдайлары мен ротор орамасының корпусқа (жерге) тұйықталуы байқалады. Бір нүктедегі корпусқа тұйықталу ротор орамасына қауіпті емес, себебі тұйықталған жердегі токтың мәні аз болғандықтан генератордың қалыпты жұмысы бұзылмайды. Бірақ қоздыру тізбегінің басқа бір нүктесінде екінші тұйықталу болса, генераторға қауіпті апаттық режимнің пайда болуының ықтималдығы жоғарылайды.

Генератордағы фаза аралық ҚТ-дағы негізгі РҚ ретінде тез әсер ететін бойлық дифференциалдық РҚ қолданылады. Токтары циркуляцияланатын сұлбада жасалған бұл РҚ сызықтық шықпалар жағынан және генератордың нөлдік нүктесі жағынан орнатылған ТТ қосылады; оның әсер ететін аумағына орамалар, статордың шықпалары, ал жинақ шиналарына жұмыс жасайтын генераторлар үшін генераторларды оның ажыратқышымен қосып тұрған кәбелдер немес шиналар кіреді.

Бойлық дифференциалдық қорғаныс сұлбасының түрлері. Дифференциалды РҚ сұлбаларының негізгі екі сұлбасы 8.1 суретте келтірілген.

Бірінші сұлба (8.1, а, б) РНТ-565 типіндегі екі реле арқылы орындалған. Мұндай сұлбалар әдетте қуаты аз (30 МВт төмен) генераторларда қолданылады. Бұл кездегі әсер ету тогы келесі мәнге тең болуы қажет (1,3-1,4) ×I_ном. Мұндау іске қосылу қойылымында дифференциалды РҚ, әдетте баланс емес тогынан берік алынған болады және соның арқасында қалыпты режимде бір ТТ дұрыс жұмыс жасамауы немесе қосу сымдары үзілгенде оның жалған іске қосылуының алды алынады. Осы кезде дифференциалды РҚ қосу сымдары үзілгенде белгі берілуі үшін токтық тізбектердің нөлдік сымына КАО токтық релесі қосылады (8.1, а суретке қараңыз),  оның әсер ету тогы (20-30%) I_ном болуы қажет.

Егер ТТ РҚ болмаған кезде генераторда статор фазасы жерге тұйықталса, 8.1, а сурет бойынша РҚ кемшілігі, ол жерге екі тұйықталу кезінде іске қосылмайды (біреуі торапта, екіншісі статор орамасында). Бұл жағдайда генераторды ажырату үшін ажыратуға уақыт ұстанымынсыз жасайтын НТТТ жерге тұйықталудан РҚ сұлбасында қосымша токтық реле қарастырылады. Орташа қуаттағы 30-дан 160 МВт генараторларда қолданылатын  қосымша салқындататын, кеңінен таралған екінші сұлба  8.1, в,г суреттерінде келтірілген.

 

Ток тізбектері: а – екі РНТ релесі бар; в – үш РНТ релесі бар;

оперативті тізбектер: б – екі РНТ релесі бар; г – үш РНТ релесі бар

8.1 сурет – Генератордың бойлық дифференциалдық қорғанысының сұлбалары

 

РНТ кезіндегі іске қосылу тогының РҚ-ы әдетте (0,5-0,6)×I_ном._г тең болып алынады. Осы кездегі қорғаныс баланс емес тогынан берік түрде жылжытылып алынады.

Статор орамдарының корпусқа тұйықталуынан қорғаныс (жерге).

Қорғанысқа қойылатын талаптар. Тәжірибелер мен эксплуатация қорытындыларының нәтижесінің негізінде анықталғандай жерге тұйықталу кезінде генераторда тұйықталу тогы 5А және одан кіші мәндерде де статор болаты зақымдалады, ал оның жөндеу жұмыстары көп және ұзақ.

Осыған байланысты қорғаныстың сезімталдығы өте жоғары болуы қажет, және қорғаныс ажыратуға қызмет жасауы қажет. Бұл шарттың орындалуы қуаты жоғары (200 МВТ және жоғары) жаңа типтегі генераторлар үшін әсіресе генератордың салқындатылуы сумен болғанда маңызды. Мұндай генераторларға қорғаныс қойылған кезде орамның барлық бөлігіндегі жерге тұйықталудан (статор орамының 100%-дық алынуы) қорғалуы қамтамасыз етілуі тиіс.

Қорғаныстың жұмыс жасау принципі. Генераторларды жерге тұйықталудан қорғаудың ең қарапайым әдісі НТ құраушысына (3×I₀) әсер ететін қорғаныс болып табылады. Статор орамы жерге тұйықталғанда ток I₀ және кернеу U₀ тең.

Жерге тұйықталудың I₃ тогы 3×I₀ тең болады және нөлдік тізбектегі U₀ кернеуге пропорционалды:

 

                                                       I₃ = 3×I₀=3×U₀ /X_с,                                                          (8.1)

мұнда Х_с – генераторлық кернеудің торабындағы және генератордың өзінің фазасының сыйымдылық кедергісі.

Генератор орамы жерге тұйықталғанда (8.2, а суретті қараңыз) жиілігі 50 Гц U₀ кернеу статор фазасының орам санының w₃ жерге тұйықталған кернеуіне тең болады. Бұл кездегі кернеу фазаның барлық орамдарына бірдей таралады деп алуға болады. Сонда w₃ пайызға салғанда фазаның барлық орамдарынан алатынымыз:

                                                               U₀ = w₃ % ×U_ф.г  / 100,                                               (8.2)

мұнда U_ф.г – генератор фазасының қалыпты кернеуі.

                                              I_з = 3×I₀ = З×U_ф.г ×w₃ %/(X_C × 100).                                 (8.3)

 

а – генератор статорының орамы жерге тұйықталғанда;

б – U₀, I₀ және I₃ генератор статорының орамына тәуелділігі

8.2 сурет–U_о және I₀ бағыты

 

Жерге тұйықталғанда пайда болатын U₀, I₀ және I₃ мәндері (8.2) және (8.3) алғанда, тұйықталған w₃ орауыштар санына пропорционалды. Бұл тәуелділік графикалық түрде 8.3, б суретте бейнеленген. Генератор шығысындағы жерге тұйықталу кезінде U₀, I₀, I₃ шамалары максималды мәнге ие болады. Бұл жағдайда w₃=100%; бұл мәнді (8.2) және (8.3) қойып U_о=U_ф.г аламыз, ал

                                                    I ₃ = 3×I₀ = 3×U_ф._г /Х_с = 3×U_ф.г ×w×С,                                  (8.4)

мұнда С – генераторлық кернеу торабының бір фазасының жерге қатынасының сыйымдылығы.

Жерге тұйықталу нүктесі генератордың бейтарабына жақындағанда w₃ 100%-дан 0-ге дейін азаяды, осының әсерінен U₀, I₀, I₃ төмендейді де генератор бейтарабындағы тұйықталуда нөлге дейін жетеді (8.2, б суретті қараңыз).

Нөлдік тізбектегі ток трансформаторының (НТТ) токтық қорғанысының қызмет жасау принципі. 3×I₀, әсер ететін генератор статоры орамының жерге тұйықталудан қорғанысы нөлдік тізбек (НТТ) сүзгісі арқылы орындалуы қажет. Бірақ әдеттегі құрылыстағы НТТ қажетті сезімталдықты қамтамасыз ете алмайды, сондықтан магниттелуі бар НТТ қолданылады, ол өз кезегінде РҚ сезімталдылығын жоғарылатады (біріншілік тогы 3-5 А).

Нөлдік тізбектегі ток трансформаторының (НТТ) құрылысы. НТТ-ның магнит сымы трансформаторлық болаттан жасалынған, ол тік бұрышты үшбұрыш түрінде болып келеді, оның ішінде генератордың үш фазасының ток сымдары және кәбельдер орналасқан, оған қоректендіретін реленің екіншілік орамы оралған. РҚ сезімталдығын жоғарылату үшін магнит сымына қосымша орам (8.3 суретті қараңыз) орналастыру қажет, ол айнымалы токтан I_п қорек алатын басқа қорек көзінен болуы тиіс. Қосымша орамның F_п магнит қозғалтқыш күші магнит сымын магниттеп ол жерде Ф_п магнит ағынын туғызады.

Егер магниттелу кезінде сол I₃, тогы ағатын болса, онда пайда болған магнит F₃ қозғаушы күші магниттелу орамының F_п магнит қозғаушы күшінен құралады. Магниттелудің орамының зиянды әсерін жою үшін магнит сымы екі бірдей өзекшеден жасалады: 1а және 1б (8.3 суретті қараңыз). Әр өзекшеде 2а және 2б екіншілік орамдар және 3а және 3б магниттелу орамдары орналасқан. 3а және 3б орамдары бағыттас-тізбектеліп қосылады және өзекшеде қарама-қарсы бағыттағы магнит ағындарын пайда болдырады. 2а және 2б екіншілік орамдар келісілген-тізбекпен қосылады, сондықтан оларға магниттелу тогымен келген ЭҚК Е_пa және E_пб өзара жойылады.

Магниттелуі бар НТТ арқылы қорғаныстың принципиалды сұлбасы 8.4 суретте келтірілген. Сұлбада екі токтық релесі қарастырылған: сезімтал және дөрекі. КА1 релесінің сезімталдығы генератор статорының орамының жерге бір фазалы тұйықталу кезінде жұмыс жасауға арналған.

Кәбельдік НТТ түрдегі генераторларда РТ-40, РТЗ-50 түріндегі токтық релесі немесе олардың орнына қайту коэффициенті жоғары  РТЗ-51 релесі қойылады.

8.3 сурет – Магниттелуі бар нөлдік тізбектегі ток трансформаторы

 

 

                            а – токтық тізбектер; б – оперативті ток тізбектері.

             8.4 сурет – Генераторды жерге тұйықталудан қорғаныстың сұлбасы

 

КА1 релесі іске қосылғанда КТ уақыт релесіне әсер етеді, оның уақыт ұстанымы 0,5-1с. ТНПШ арқылы қорғаныс сұлбаларында блокировка қарастырылған, ол сыртқы ҚТ кезінде баланс емес тогы көп болғанда генератордың ажыратылуын алдын алып КА1 істен шығаруға арналған. КА2 дөрекі ток релесі жерге екілік зақымдалу (бірі-генераторда және екіншісі-торапта) болғанда жұмыс жасау үшін қойылады. КА2 релесі сыртқы ҚТ кезінде баланс емес тогынан жылжытылып алынады және ажыратуға уақыт ұстанымынсыз жұмыс жасайды. Жерге екілік зақымдалуда токтың еселік мәні жоғары болғандықтан ТНП екіншілік тогының сызығының формасы бұзылады және соның әсерінен КА2 релесінің контактілері және қозғалатын жүйенің дірілі пайда болады, да ол жұмыс жасауын доғарады.

Осыны жою үшін КА2 ретінде НТТ бар РНТ-565 релесі қойылады. Жерге екілік зақымдалуда тізбектегі токты шектеу үшін, ТНП екіншілік тізбегіне R=5 Ом кедергісі қосылады, соның арқасында РТЗ-50 релесінің орамының термикалық беріктігі қамтамасыз етіледі, кірістегі трансформатордың кедергісі қанығудың әсерінен жылдам төмендейді.

 

8.2 Асқын жүктемеде және сыртқы ҚТ кезіндегі жоғары токтан қорғаныс

 

Сыртқы ҚТ тағайындамасы және қорғаныстың түрлері. Электр стансаларының жинақтау шинасында зақымдалуында немесе олардан шығатын қосылымдарда РҚ немесе олардың ажыратқыштары іске қосылмағанда генераторларды сыртқы ҚТ қорғау қызмет жасайды. Генераторлық кернеудің жинақтау шиналарында арнайы релелік қорғанысы болмаса, шиналардағы зақымдалуда генератордың сыртқы ҚТ негізгі қорғаныс ретінде қолданылады.

Фаза аралық ҚТ болғанда, сыртқы ҚТ қорғаныс генератордың дифференциалдық РҚ резервке алу үшін пайдаланылады. Қорғаныс генератордың нөлдік шықпаларына қойылған ТТ жалғанады, соның арқасында статор орамының зақымдалғанда генератор тогының қосылуынан қамтамасыз етіледі.

 

а – токтық тізбектер; б – кернеу тізбектері; в – оперативті ток тізбектері.

8.5 сурет – кернеу арқылы блокталатын максималды токтық РҚ сұлбасы

 

Генераторларды сыртқы ҚТ қорғау үшін кернеу арқылы блокталатын МТҚ қолданылады. Кернеу бойынша блокталу аралас сұлба бойынша орындалған, ол ОП KV2 кернеу релесінен  және фаза аралық кернеуге жалғанған KV1 бір минималды кернеу релесінен тұрады. (8.5 суретті қараңыз). Сұлбада сол сәтте әсер ететін үш токтық реле қолданылады.

Симметриялық асқын жүктемеден токтық қорғаныс. Электр стансаларында кезекші қызметкерлер бар болса, асқын жүктемеден РҚ сигналға әсер ете алады және 8.5 суретте келтірілген сұлба бойынша жұмыс жасайды. Асқын жүктеме ұзақ уақыт сақталуы мүмкін болғандықтан, КТ2 уақыт релесі термикалық берік болуы қажет. Уақыт ұстанымы ҚТ-дан РҚ мәнінен жоғары болып алынады, себебі асқын жүктемеден РҚ, сыртқы ҚТ кезінде ажырататын РҚ сигнал бермеуі тиіс.

Қуаты жоғары генераторларда симметриялық асқын жүктемеден қорғау үшін қайту коэффициенті бар арнайы реле қолданылады: k_в=0,99. Бұл кезде I_с.з=1,06×I_ном.г.

 

Қысқартулар тізімі

 

АТ - автотрансформатор

БТҚ – бағытталған токтық қорғаныс

ДҚ – дифференциалды қорғаныс

ҚБО – қуат бағытының органы

ҚБР – қуат бағытының релесі

ҚТ – қысқа тұйықталу

МТҚ – максималды ток қорғанысы

НТ- нөлдік тізбек

НТТ- нөлдік тізбектегі ток

РҚ – релелік қорғаныс

ТТ – ток трансформаторы

ЭЖЖ – электр жеткізу желісі

ЭҚК- электр қозғаушы күш

 

Әдебиеттер тізімі

 

1. Басс Э.И., Дорогунцев В.Г. Релейная защита электроэнергетических систем./ Под ред. А.Ф. Дьякова.- М.: Изд. МЭИ, 2002.- 295 с.

2. Чернобровов Н.В., Семенов В.А. "Релейная защита энергетических систем: Учебное пособие для техникумов".- М.: Энергоатомиздат, 1998.

3. Шабад М.А. Расчеты РЗ и А распределительных сетей: Монография.- СПб.: ПЭИПК, 2003.- 350 с.

4. Овчинников В.В. Защита электрических сетей 0,4-35кВ. ч.1,ч.2. – М.: Издательство редакции журнала “Энергетик”, 2002.

5. Шабад М.А. Защита генераторов малой и средней мощности. - М.: НТФ « Энергопрогресс», 2001.-96 с.

6. Авербух А.М. Релейная защита в задачах с решениями и примерами. - М.: Энергия, 1975. - 416 с.

7. Правила устройства электроустановок Минэнерго СССР. 6-е издание.- М.: Энергоатомиздат, 1986.

8. Справочник по наладке вторичных цепей электростанций и подстанций / Под ред. Э.С. Мусаэляна. - М.: Энергоатомиздат, 1989.

9.  Руководящие указания по релейной защите. Вып. 13А. Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110-500 кВ: Схемы. - М.: Энергоатомиздат, 1985.- 112 с.

10. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 13Б. Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110-500 кВ: Расчеты.- М.: Энергоатомиздат, 1985.- 96 с.

2012 ж.  жиынтық  жоспар  реті   288