АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГИТЕКИ И СВЯЗИ

 

 

 

 

Кафедра электроснабжения

промышленных предприятий 

 

 

РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА

 

Методические указания к лабораторным работам (часть 1)

для студентов специальности 050718 - Электроэнергетика

 

 

 

 

 

 

 

Алматы 2006

        СОСТАВИТЕЛИ: М.В.Башкиров, Л.А.Уткин, М.А.Тергеусизова.

Релейная защита и автоматика. Часть 1. Методические указания к выполнению лабораторных работ (для студентов всех форм обучения специальности 050718 – Электроэнергетика). – Алматы: АИЭС, 2006. -  35 с.

 

    

 

 

 

Методические указания соответствуют курсу «Релейная защита и автоматика» для всех блоков дисциплин по выбору, включают задания на выполнение лабораторных работ, исходные данные, указания и перечень рекомендуемой литературы.

Методические указания предназначены для студентов очного и заочного обучения.

          Ил. 18 , табл.11, библиогр. - 9 назв.

 

 

 

 

 

Рецензент: д-р.техн.наук, проф. В.Н.Мукажанов.

 

 

 

 

 

 

 

          Печатается по плану издания Алматинского института энергетики и связи на 2006 год.

 

 

 

Подпись: С

 


                            Алматинский институт энергетики и связи, 2006 г.

 

 

Содержание

 

Введение

3

1

Правила работы в лаборатории РЗиА

3

2

Общие требования к отчетам по лабораторным работам

4

3

Требования, предъявляемые при защите лабораторных работ

4

4

Описание стенда №1

5

5

Описание установки У5053

6

6

Лабораторная работа №1. Испытание электромагнитных реле

8

7

Лабораторная работа №2. Испытание индукционного реле тока типа РТ80

17

8

Лабораторная работа №3. Испытание дифференциальных реле с быстронасыщающимся трансформатором

23

9

Описание стенда №2

29

10

Лабораторная работа №4. Проверка трансформаторов тока и исследование их схем соединений

30

Список рекомендуемой литературы

35

 

 

 

 

 

Введение

Дисциплина Релейная защита и автоматика в системах электроснабжения имеет несколько разделов, которые закрепляются лабораторными работами.

В курсе «Релейная защита и автоматика в системах электроснабжения» изучаются устройства РЗА. Важное значение имеет подготовка специалистов обслуживающих устройства релейной защиты и автоматики, предназначенные для предотвращения аварий или уменьшения зоны их распространения. Устройства РЗА создают возможность надежной и экономичной работы, как отдельных объектов электроэнергетической системы, так и всей системы в целом.

Лабораторные задания представляют собой комплекс работ экспериментального и расчетного характера по исследованию устройств РЗА,  призваны закрепить знания, полученные при изучении теоретических разделов, согласно учебному плану.

 

1        Правила работы в лаборатории РЗиА

1.1             Студенческая группа, явившись на первое занятие, разбивается на бригады по указанию преподавателя. Бригады выполняют лабораторные работы в соответствии с графиком учебного процесса.

1.2             К работе в лаборатории допускаются студенты, прошедшие инструктаж по правилам безопасного ведения работ и расписавшиеся в журнале инструктажа по технике безопасности.

1.3             В случае нарушения правил безопасности ведения работ в лаборатории студенты отстраняются от работы и к последующим занятиям допускаются только после разрешения декана факультета (заведующего кафедрой) и повторной сдачи зачета по правилам техники безопасности.

1.4             Перед выполнением лабораторной работы необходимо изучить данное руководство и литературу, отмеченную в методических указаниях. Перед началом работы преподаватель проверяет теоретические знания студентов для выяснения их степени подготовленности к выполнению работы. Студенты, получившие допуск к работе, начинают ее выполнение. Неподготовленные студенты к работе не допускаются.

1.5             К текущему или следующему занятию каждый член бригады составляет по выполненной работе отчет, удовлетворяющий всем основным требованиям. Небрежно оформленные отчеты преподавателем не принимаются. Студенты, не предоставившие отчет по выполненной работе, к следующей работе не допускаются.

1.6             Для защиты отчета по выполненной работе студенты должны подготовиться в соответствии с требованиями п.2.

 

 

2        Общие требования к отчетам по лабораторным работам

2.1 Отчет должен быть оформлен аккуратно и технически грамотно. Неправильно и неаккуратно оформленные отчеты к защите не принимаются.

2.2 Оформление отчета может производиться на листах писчей бумаги формата А4 или на тетрадных листах в клеточку.

2.3   Текст и таблицы должны быть написаны отчетливо.

2.4    Графики должны быть построены по экспериментальным точкам.

2.5   Отчет должен содержать:

-         номер, название работы и ее цель;

-         выполненное задание;

-         схемы установки;

-         таблицы экспериментальных и расчетных данных;

-         графики полученных зависимостей;

-         расчетные формулы;

-         выводы по работе.

 

3        Требования, предъявляемые при защите лабораторных работ

3.1 При защите лабораторных работ студент должен знать:

-         разделы теоретической части курсов, относящиеся к защищаемой работе;

-         принцип работы и схему установки, назначение ее элементов;

-           методику проведения эксперимента и правила безопасности работы на конкретном стенде.

 

 

4        Описание стенда № 1

4.1 Стенд предназначен для проверки, регулировки и настройки вторичных реле различных типов (рисунок 4.1). Реле тока типа РТ40, РТ80, реле напряжения РН53, реле времени и промежуточные реле, дифференциальные реле РНТ565 и ДЗТ11 выведены на стенд катушками и блок-контактами. Блоки для испытательных работ: регулировочный, блок нагрузки и приставка соединяются между собой гибкими многожильными кабелями – жгутами с разъемами  (рисунок 4.2; установка У5053). Регулировочный блок может быть использован при проверке устройств, требующих регулирования переменного напряжения до 380В, переменного тока до 10А, выпрямленного напряжения до 240В, выпрямленного тока до 4,5А. Во всех случаях обеспечивается плавно-ступенчатое изменение заданной величины.  Питание на стенд ~220В подается включением автомата.

Рисунок 4.1

5 Описание установки У5053

5.1 Назначение

Установка У5053 предназначена для наладки и проверки простых и сложных релейных защит и элементов автоматики.

Установка состоит из трех блоков: а)блок регулировочный; б) блок нагрузочный; в) блок-приставка, электрически связанных между собой при помощи кабелей с разъемными соединениями.

5.2 Технические данные

Установка обеспечивает:

а) получение регулируемого однофазного переменного и выпрямленного постоянного тока и напряжения;

б) измерение временных характеристик проверяемых устройств;

в) получение симметричного трехфазного напряжения с регулированием его величины между двумя фазами;

г) регулирование и измерение угла сдвига фаз между током и напряжением;

д) проверку устройств защиты в режиме имитации различных видов коротких замыканий.

5.3 Режимы работы

а) блок регулировочный может быть использован в качестве источника        (с плавно-ступенчатым регулированием): переменного напряжения до 380 В; переменного тока до 10А; выпрямленного напряжения до 240В, выпрямленного тока до 4,5А;

б) блок регулировочный и блок нагрузочный могут быть использованы совместно в качестве источника переменного тока до 200А с плавно-ступенчатым регулированием и возможностью одновременного питания оперативных цепей испытуемой защиты выпрямленным напряжением, создаваемым в блоке, или напряжением постоянного тока от внешней аккумуляторной батареи;

в) блок нагрузочный может использоваться самостоятельно в качестве источника однофазного переменного тока до 200А (со ступенчатым регулированием);

г) одновременное использование всех трех блоков установки обеспечивает возможность осуществлять проверку сложных устройств РЗиА, имеющих в своем составе реле с фазозависимыми характеристиками. В этом случае установка позволяет имитировать «нормальный» и «аварийный» режимы.

В режиме «нормальный» к цепям напряжения защиты от блока-приставки подводится симметричное трехфазное напряжение без подачи тока в панель защиты.

При имитации «аварийных» режимов (коротких замыканий) установка обеспечивает возможность измерения всех регулируемых электрических величин: тока, напряжения, угла сдвига фаз между ними.

Рисунок 4.2

 

 

 

6 Лабораторная работа № 1. Испытание электромагнитных реле.

6.1 Цель работы

Приобретение навыков работы с устройством электромагнитных реле, способами регулирования параметров срабатывания; определение основных технических характеристик реле.

6.2  Рабочее задание

6.2.1 Ознакомиться с устройством и электрической схемой испытуемого реле РТ40 (рисунок 6.1).

6.2.2  Проверить защиту по  переменному  току (до  50 или 200 А):

а) при данной проверке  использовать блоки регулирования и нагрузки          (рисунок 6.2);

б) подключить нагрузку к зажимам   «I£50 А»  или  «I>50 А», в  зависимости  от  требуемого значения тока  (в  первом  случае  выбор питаемых фаз  защиты производить переключателем    «SА18»);

в)  установить переключатели  в  положения: «SA7» – «~I»;  «SA6» – «~I»;  «SA20» - «ПРЯМО»; «SA21» -  «0»; «SA16»,  «SA17»,  «SA19»  - в  соответствии с таблицей 6.1; штепсель    «SA15»  - в  соответствии  с  выбранным значением тока;

г) включить   «SA10»,  переключить   тумблер  «SA8»  в положе­ние   «СРАБАТ»;

д) отрегулировать  требуемое  значение  тока в нагрузке  перек­лючателем    «SA9»  и регулятором «ТV1».  При необходимости,  для исправления формы кривой тока переключателем  «SA21»  ввести  в цепь первичной  обмотки   ТVЗ   резисторы   R24 – R33.

   При  необходимости  автоматического прекращения  протекания  тока в нагрузке    после     срабатывания проверяемой защиты, замыкающий контакт последнего необходимо подключить  к  зажимам  «-»  (ХТ4)  и «ПОДХВАТ»  «KV1»  (ХТ6)  блока ФР5000.  В этом  случае должна быть установлена также  перемычка   «QS1».  Возврат установки в  исходное положение производить установкой тумблера   «SA8»  и  переключателя    «SA14»  в положение   «ВОЗВРАТ»;

е) после  окончания  требуемых регулировок; вывести регулятор  «ТV1» в начальное  положение; перевести   «SA9»  в положение «115V»;  вернуть  «SA8» в положение   «ВОЗВРАТ»; отключить   «SA10».

 

 

 

 

 

 

Рисунок 6.1  Общий вид реле РТ40 (РН50):

а — конструкция реле; б — изоляционная колодка с неподвижными контактами; в — регулировочный узел; г — контактный узел; 1 — сер­дечник; 2 — каркас с обмоткой; 3 — алюминиевая стойка; 4 — демпфер; 5 — верхняя полуось; 6 — подвижной контакт; 7 — изоляционная колод­ка; 8 — шкала уставок; 9 — указатель уставки; 10 — пружинодержатель; 11 — шестигранная втулка; 12 — спиральная пружина; 13 — хвостовик; 14 — якорь; 15 — фасонная пластинка; 16 — левый упор; 17 — правая пара неподвижных контактов; 18 — левая пара неподвижных контактов; 19 — фасонный винт; 20 — пружинящая шайба; 21 — задний гибкий упор; 22 — передний упор; 23 — бронзовая пластинка с серебряной по­лоской

 

 

Рисунок 6.2 – Схема соединения испытуемого реле РТ40

Таблица 6.1

I ном.  Проверяемой защиты,  А

Конечное значение диапазонов измерения по  току, А

Положение переключателя

«SA19»

«SA16»

«SA17»

5

25

50

100

200

«5А»

«25/10/,50  А»

 

«100 A, 200 А»

«25/10/,100 А»                   «50 А,200 А»

«25/10/,100 А»

«50 А,200 А»

1

10

«1A»

«25/10/,50 А»

«25/10/, 100А»

6.2.3 Собрать схему (рисунок 4.1, РТ40), соединив обмотки реле последовательно.

6.2.4 Путем плавного увеличения тока зафиксировать ток срабатывания реле I с.р.; уменьшая ток, зафиксировать ток возврата реле I в.р. Результаты испытаний занести в таблицу 6.2.

Таблица 6.2

Iуст, А

Iс.р., А

Iв.р., А

kв

Соединение обмоток

 

 

 

 

 

6.2.5 Проделать то же самое при параллельном соединении обмоток реле.

6.2.6 По данным опытов определить значение коэффициента возврата реле.

6.2.7 Для одной рабочей уставки путем трехкратного измерения определить значение погрешности тока срабатывания реле относительно заданной  уставки по выражению  . Результаты занести в таблицу 6.3.                  

Таблица 6.3

Iуст, А

Iс.р.1, А

Iс.р.2, А

Iс.р.3, А

Iс.р.ср, А

gс.р.,%

 

 

 

 

 

 

Допустимое значение максимального отклонения для реле тока не должно превышать ±5%.

6.2.8 Измерить время срабатывания реле тока при значениях Ip=1,2Iуст и Ip=3Iуст.

6.2.9 Дать заключение о пригодности реле к эксплуатации, сравнив полученные результаты с техническими данными реле. Учесть, что допустимое отклонение коэффициента возврата не должно превосходить ±0,03.

6.2.10 Ознакомиться с устройством и электрической схемой испытуемого реле (рисунок 6.1).

 

6.2.11 Проверить защиту по  переменному напряжению: 

а) при данной  проверке  использовать  только  блок регулирования  (рисунок 6.3);

б) подключить обмотку к зажимам    «@U»,    контакты проверяемого реле  - к зажимам   «OTKЛs», розетку  «XS1» к вилке  «XP1»;

в) установить переключатели  в  положение: «SA7»–«~U», «SA6»- «@U», «SA11» -  «0»;  «SA2»  -   «HL3»; «SA4»  «SA5»  - на выбранный диапазон  измерения;

г) Включить «SA10», переключить тумблер «SA8»   в положение     «СРАБАТ»;     

д) установить переключателем  «SA9»  и  регулятором «TV1» требуемое  напряжение;

е) после  окончания  требуемых регулировок; вывести регулятор  «ТV1» в начальное  положение; перевести   «SA9"  в положение     «115V»; вернуть  «SA8» в положение   «ВОЗВРАТ»; отключить   «SA10».

6.2.12 Собрать схему (рисунок 4.1, РН50).

6.2.13 Путем плавного увеличения напряжения зафиксировать напряжение срабатывания реле Uс.р.; изменяя напряжение в обратном направлении, зафиксировать напряжение возврата реле Uв.р. Результаты испытаний занести в таблицу 6.4.

Таблица 6.4

Uуст, B

Uс.р., B

Uв.р., B

kв
Диапазон уставок

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.2.14 По данным опытов определить значение коэффициента возврата реле.

6.2.15 Для одной рабочей уставки путем трехкратного измерения определить значение погрешности напряжения срабатывания реле относительно заданной уставки по выражению

                                          ,                                                                     

где Uс.р.ср – среднее значение, полученное при выполнении заданного количества измерений;

Uуст – уставка по шкале реле. Результаты занести в таблицу 6.5.

Таблица 6.5

Uуст, В

U с.р.1, В

Uс.р.2, В

Uс.р.3, В

Uс.р.ср, В

gс.р.,%

 

 

 

 

 

 

Полученное значение gс.р сравнить с допустимым значением, которое не должно превышать ±5%.

 

 

Рисунок 6.3 -  Схема соединения испытуемого реле РН50

 

 

6.2.16 Измерить время срабатывания реле тока при значениях Up=1,2Uуст и Up=2Uуст.

6.2.17 Дать заключение о пригодности реле к эксплуатации, сравнив полученные  результаты с техническими данными реле.

6.3 Методические указания

Основными элементами электромагнитных реле являются электромагнит 1, состоящий из стального сердечника и обмотки 6, стальной подвижный якорь 2, несущий подвижный контакт 4, неподвижные контакты 3 и противодействующая пружина 5.

Взаимодействие поля обмотки со стальным якорем обуславливает поворот якоря вокруг оси в системах реле с поворотным якорем (реле РП, рисунок 6.4,б), или поперечное движение якоря в системах реле, в которых якорь пересекает среднюю линию, проведенную между неподвижными полюсами (реле РТ40, рисунок 6.4,в), или прямоходовое движение в системах с втягивающимся якорем (реле РВ, рисунок 6.4,а).

Электромагнитная сила Fэ или ее момент Мэ пропорциональны току в обмотке реле Iр и имеют постоянное направление, не зависящее от направления (знака) этого тока.

Рисунок 6.4

Переменный синусоидальный ток в обмотке реле создает вращающий момент. Момент пропорционален квадрату тока и остается положительным каждый полупериод.

Реле тока РТ40 и реле напряжения РН50 относятся к реле, реагирующие на одну электрическую величину: ток или напряжение.

Значение воздействующей величины (тока, напряжения и др.), при котором происходит срабатывание реле, является его параметром срабатывания, значение воздействующей величины, при котором происходит возврат реле, - параметром возврата. Для реле тока различают ток срабатывания реле Iс.р. и                        ток возврата Iв.р.

 

Наименьший ток, при котором срабатывает реле, называется током срабатывания Iс.р.

Наибольший ток в реле, при котором якорь реле возвращается в начальное положение, называется током возврата реле Iв.р.

Отношение токов Iв.р./ Iс.р. называется коэффициентом  возврата kвоз.

kвоз=Iв.р./ Iс.р.

Для реле напряжения

                                                 kвоз=Uв.р./ Uс.р.

У реле, реагирующих на возрастание тока Iс.р.>Iв.р или напряжения      Uв.р.>Uс.р. коэффициент возврата меньше единицы  kвоз<1. Для минимальных реле, которые срабатывают когда значения воздействующей величины становится меньше значения параметра срабатывания, коэффициент возврата больше единицы kвоз>1.

Коэффициент возврата является важным параметром, определяющим исправность реле и возможность его применения в различных устройствах защиты.

Параметры срабатывания реле не всегда совпадают с уставкой по шкале. Отклонение действительного значения параметра при срабатывании от установленного называется погрешностью реле. Погрешность может быть абсолютной или относительной. Абсолютная погрешность выражается в единицах измерения параметра срабатывания, относительная – в процентах. Для реле тока относительная погрешность, %, определяется выражением

где Iс.р.ср – среднее значение, полученное при выполнении заданного количества измерений;

Iуст – уставка по шкале реле.

 

6.4 Контрольные вопросы.

6.4.1  Какими способами регулируются ток и напряжение срабатывания у реле типов РТ40 и РН50?

6.4.2 Каковы причины появления вибрации контактов электромагнитных реле переменного тока? Какие меры применены для уменьшения вибрации контактов у реле типов РТ40 и РН50?

6.4.3 Почему для максимальных реле (тока, напряжения) коэффициент возврата меньше единицы, а для минимальных реле – больше единицы?

6.4.4 Объяснить принцип действия электромагнитного реле.

6.4.5 Что такое ток срабатывания, ток возврата, коэффициент возврата?

6.4.6 Объясните чем отличаются реле максимального и минимального действия.

6.4.7 Как изменяется ток срабатывания при изменении соединений секций обмотки реле?

6.4.8 Рассказать о достоинствах и недостатках электромагнитного реле.

 

 

 

 

7 Лабораторная работа №2. Испытание индукционного реле тока         типа РТ80

7.1 Цель работы

Приобретение навыков работы с устройством индукционного реле тока, способами регулирования параметров срабатывания; определение основных технических характеристик реле.

7.2  Рабочее задание

7.2.1 Ознакомиться с устройством индукционного реле тока типа РТ80 (рисунок 7.2).

7.2.2 Собрать схему (рисунок 7.1):

а) подсоединить обмотку проверяемого реле к зажимам «I>50 А»;

б) установить требуемое положение режимных переключателей «SA7», «SА6» и др. Включить «SA10», переключить «SA8» в поло­жение    «СРАБАТ» и отрегулировать требуемое значение тока или напря­жения.  После этого возвратить «SА8» в исходное положение и отклю­чить «SА10».

7.2.3 При измерениях времени срабатывания реле встроенным электросекундомером:

а) выполнить операции по п.7.2.2;

б) подсоединить контакты реле к зажимам «ОТКЛ s» блока ФР5000;

в) проверить, что перемычка «QS2» установлена;

г) установить переключатель «SA2» в положение «Сз» (время срабатывания замыкающего контакта) или «Ср» (время срабатывания размыкающего контакта);

д) включить «SА1»;

е) запустить электросекундомер переводом «SА8» в положение «СРАБАТ» и произвести измерение.

7.2.4 Измерение длительности замкнутого состояния временно-замыкающего («проскальзывающего») контакта реле времени производить по программе п.7.2.3 при установке «SА2» в положении «Ср»

7.2.5 При измерениях времени возврата реле (защиты) встроен­ным  электросекундомером:

а) выполнить операции по пп. 7.2.2; 7.2.3  б)  и 7.2.3  в);

б) установить переключатель «SА2» в положение «Вз» (время воз­врата замыкающего контакта) или «Вр» (время возврата размыкающего контакта);

в) включить «SA10» и перевести «SА8» в положение «СРАБАТ»;

г) запустить электросекундомер переводом «SA8» в положение «ВОЗВРАТ» и произвести измерения.

 

 

 

                             Рисунок 7.1 - Схема соединения испытуемого реле РТ80

 

 

7.2.6 Для каждого значения уставки по шкале токов срабатывания Iуст определить значение действительных токов срабатывания реле Iс.р. и возврата Iв.р. Отсечка при этом должна быть выведена, а уставку по шкале времени принять наибольшей. Результаты измерений занести в таблицу 7.1.

Таблица 7.1

Iуст, А

Iс.р., А

Iв.р., А

k в

 

 

 

 

Определить коэффициент возврата реле kв.

7.2.7 Для одной уставки путем трехкратного измерения тока срабатывания определить значения погрешности gс.р.%  тока срабатывания.

,

где Iс.р.ср – среднее значение, полученное при выполнении заданного количества измерений;

Iуст – уставка по шкале реле.

7.2.8 Установить на реле уставки (заданные преподавателем) тока срабатывания индукционного элемента и выдержки времени. Задаваясь кратностью тока по отношению к заданному току срабатывания kp=Ip/Icp в пределах от 1 до 10, снять характеристику реле tcp=f(kp). Результаты измерений занести в таблицу 7.2.

Таблица 7.2

Уставки на реле   Iуст,=... А ;  tуст = ...с

Кратность тока Ip/Iс.р.

1 - 10

Ток Ip, А

 

Время срабатывания tс.р., с

 

7.2.9 По полученным результатам построить характеристику.

7.2.10 Установить кратность тока срабатывания токовой отсечки по отношению к току уставки зависимого элемента, равную четырем. Снять характеристику tcp=f(kp). Построить характеристику. Сравнить с характеристикой пп.7.3.6.

7.2.11 Сделать вывод о пригодности реле в эксплуатации.

7.3 Методические указания

Индукционное реле типа РТ80 состоит из двух элементов: индукционного, создающего ограниченно зави­симую от тока выдержку времени, и электромагнитного мгновенно­го действия (отсечки), обеспечивающего отключение защищаемого объекта без выдержки времени при превышении током КЗ уставки отсечки. Одно такое реле позволяет осуществлять защиту от КЗ и перегрузок.

Основными органами являются электромагнит с расположенной на нем обмоткой, постоянный тормозной магнит и диск, расположенный между полюсами электромагнита, на которых имеются короткозамкнутые витки (рисунок 7.2).

При определенной частоте вращения, т.е. при определенном значении тока в обмотке, образуется результирующая двух сил Fэ и Fм, которая обуславливает вращающий момент, достаточный для поворота рамки и зацепления зубчатого сегмента с червяком, находящимся на одной оси с диском.

Регулировка тока срабатывания реле, производится путем изменения числа витков обмотки электромагнита, выведенные на контактную колодку. Для увеличения тока срабатывания следует уменьшить число витков. Нужное значение устанавливается с помощью контактных винтов.

 Ток срабатывания реле РТ80 следует про­верять при выведенной отсечке (регулировочная головка уставки отсечки повернута против часовой стрелки до упора). Ток сраба­тывания индукционного элемента — это ток, при котором червяк входит в надежное зацепление с сегментом.

Время срабатывания реле зависит как от частоты вращения диска (а значит, и от тока), так и от хода (расстояния) подвижного сегмента от начального положения до контактного мостика. Цифры на шкале указывают время действия реле в независимой части характеристик (при токе равном десятикратному значению тока уставки). Для определения истинного времени срабатываний с учётом раз­броса реле следует делать не менее трех отсчетов по электросекундомеру.

После каждого измерения следует заводить флажок механиче­ского указателя срабатывания реле, следя за тем, чтобы он не за­стревал и не задерживал замыкания контактов.

Работа реле РТ80 в качестве мгновенно действующей отсечки с независимой от тока выдержкой времени обеспечивается электромагнитным элементом. Неподвижным сердечником является магнитопровод индукционного элемента реле. Изменение тока срабатывания отсечки производится регулировочным винтом, изменяющим длину воздушного зазора между полюсным наконечником подвижного якоря и полюсом неподвижного электромагнита. Цифры на лимбе винта указывают кратность тока срабатывания отсечки к току уставки срабатывания реле в начале зависимой части характеристики. Ток срабатывания отсечки на реле устанавливается в пределах 2- или 8-кратного тока срабатывания индукционного элемента.

Причинами повышенной вибрации якоря отсечки являются механические дефекты заводской сборки или изготовления узла от­сечки, которые вызывают погрешность тока срабатываний.

 

 

 

 

 

Рисунок 7.2 - Кинематическая схема реле РТ80 и РТ90:

1-червяк; 2-постоянный магнит; 3-зубчатый сектор; 4-подвиж­ная рамка;                 5-арретирующая пружина; 6-диск; 7-нижний подпят­ник диска; 8-механический указатель срабатывания; 9-магнитопровод; 10-обмотка реле; 11-коммутатор отводов отмотки; 12-якорь элемента отсечки; 13-регулировочный винт уставки отсечки; 14-неподвижный главный замыкающий контакт; 15-угольник главных контактов; 16-подвижная контактная пружина; 17-верхний подпят­ник диска;               18-скоба сигнальных контактов; 19-упорный винт рамки; 20-скоба-держатель зубчатого сектора.

 

Рисунок 7.3 - Характеристики зависимости времени срабатывания t от кратности тока срабатывания  К  для реле: а - РТ81/1, РТ83/1 и РТ85/1; б — РТ82/1, РТ84/1 и РТ86/1; в — РТ91 и РТ95; tуст — уставка по шкале времени

 

 

7.4 Контрольные вопросы.

7.4.1 Назовите основные элементы реле РТ80.

7.4.2 Какой ток называют током срабатывания индукционного элемента?

7.4.3 Объяснить, как получается ограничено зависимая характеристика реле.

7.4.4 Объясните действие токовой отсечки в реле.

7.4.5 Как регулируются параметры срабатывания реле РТ80 в зависимой и независимой частях характеристик? Как производится изменение тока срабатывания токовой отсечки реле?

7.4.6 Когда время действия реле, работающего в зависимой части характеристики, больше: при введенной или выведенной отсечки? Объясните причину изменения характеристики.

7.4.7 Какое время является временем срабатывания реле?

7.4.8 Расскажите о достоинствах и недостатках реле РТ80.

 

 

 

 

 

8 Лабораторная работа № 3. Испытание дифференциальных реле с быстронасыщающимся трансформатором

8.1 Цель работы

Приобретение навыков работы с устройством реле дифференциальной токовой защиты с быстронасыщающимся трансформатором, способами регулирования тока срабатывания и методами проверки основных электрических характеристик.

8.2 Задание

8.2.1 Ознакомиться с устройством дифференциального реле типа РНТ565; начертить схему внутренних соединений.

8.2.2 Собрать схему (рисунок 8.1).

8.2.3 Проверить МДС срабатывания на разных уставках, используя сначала только дифференциальную обмотку, а затем совместно дифференциальную и уравнительную. Для этого при заданных положениях регулировочных винтов, плавно увеличивая ток в цепи, зафиксировать минимальное значение тока, при котором контакты реле надежно замыкаются, это значение является током срабатывания; результаты занести в таблицу 8.1. Для каждого измерения подсчитать значения МДС срабатывания Fc,p.

Таблица 8.1

Положение регулировочных винтов

Измеряемые величины

ωд, в

ωур, в

ωуст= ωд + ωур, в

Iс, р, А

Fс,р=Iс,р ωуст,А

 

 

 

 

 

 

8.2.4 Закрепить подвижную систему исполнительного реле. Установить суммарное число витков ωуст=ωд+ωур, равное 50; измерить ток в цепи исполнительного органа Iи,о при токах в реле, равных 2, 4, 10А. При этом значения намагничивающих сил соответственно будут составлять 100А(Fс, р), 200А (2Fс, р), 500А (5Fс, р). По полученным результатам измерений определить значения коэффициентов чувствительности kч2,k ч5.

 

Рисунок 8.1 - Схема соединения реле РНТ

Рисунок 8.2 - Схема испытаний и схема внутренних соединений реле РНТ565

 

8.3 Методические указания

Дифференциальное реле с быстронасыщающимся трансформатором типов РНТ560 предназначаются для использования в схемах дифференциальных токовых защит двух- и трехобмоточных трансформаторов, автотрансформаторов, генераторов и сборных шин.

Реле серии РНТ560 состоит из промежуточного быстронасыщающегося трансформатора Т (БНТ), исполнительного органа КА (реле РТ40/0,2) резистора Rш для регулировки тока срабатывания и резистора Rк  для плавной регулировки отстройки от апериодической составляющей (рисунок 8.3). Реле серии РНТ-560 отличаются друг от друга только количеством рабочих обмоток.

 

                                       Рисунок 8.3 - Устройство реле типа РНТ565

На среднем стержне расположены первичные обмотки – дифференциальная ωд и две уравнительные: ωурI  ωурII. Здесь же расположена первая секция короткозамкнутой обмотки ω׳к; на крайних стержнях размещены вторичная обмотка ω2 – на левом и вторая секция короткозамкнутой обмотки ω,к – на правом стержне. Дифференциальная и уравнительные обмотки имеют ответвления и секционированы. Изменения числа витков (через один) можно производить при помощи регулировочных винтов, устанавливаемых в разъемные гнезда. Числа, стоящие у гнезд, соответствуют числу включаемых витков. Быстронасыщающийся трансформатор служит для предотвращения срабатывания защиты от бросков намагничивающего тока, проходящего по дифференциальной цепи при включении силового трансформатора под напряжение (холостой ход трансформатора), а также от увеличенных токов небаланса при переходных режимах, обусловленных внешними КЗ со значительной апериодической составляющей тока.

Уравнительные обмотки реле используются для выравнивания магнитных потоков, обусловленных токами, проходящими в плечах дифференциальной защиты. В защите двухобмоточных трансформаторов достаточно использовать одну уравнительную обмотку. В защите трехобмоточных трансформаторов, как правило, необходимо использовать обе обмотки.

Регулирование тока срабатывания рассматриваемых реле производится изменением числа витков дифференциальной обмотки. Так как параметры исполнительного элемента не изменяются, значение минимального магнитного потока, при котором реле надежно замыкает контакты, постоянно. Магнитодвижущая сила срабатывания, по данным завода, для реле типов РНТ565, РНТ566, РНТ567 составляет Fс,р=100±5А и может быть незначительно изменена с помощью регулируемого резистора Rш, включенного параллельно обмотке исполнительного реле. Ток срабатывания этого реле при синусоидальном токе и нормальной регулировке противодействующей пружины (движок установлен на красной черте) равен 0,17А, а напряжение при этом на обмотке 3,6В.

Вследствие того, что Fс, р= Iс,р ωд, значение тока срабатывания зависит от числа используемых витков дифференциальной обмотки, т.е.

Iс, р=100/ ωд .

Значение тока срабатывания при включении только дифференциальной обмотки может изменяться от 2,86А (замкнуты гнезда 32,3) до 12,5А (замкнуты гнезда 8, 0).

При включении в дифференциальную цепь последовательно двух обмоток – уравнительной и дифференциальной – ток срабатывания уменьшается                     (Iс, рmin= 1,45А). Так, например, при включении реле зажимами 4-6 (включена только одна дифференциальная обмотка)  и замкнутыми гнездами у цифр 24 и 1 ток срабатывания реле будет Iс,р=100/ 24+1=4А. Если реле подключить в цепь зажимами 1-6 и установить накладку 2-4 (включены последовательно две обмотки), то значение тока срабатывания реле при указанных на схеме замкнутых гнездах окажется Iс,р= 100/4+21+24+1=2А.

Проверка МДС срабатывания реле производится подачей тока в дифференциальную и уравнительную обмотки. При использовании в схеме автотрансформатора или нагрузочного трансформатора для получения синусоидальной формы кривой тока последовательно с обмоткой реле необходимо включить резистор R, минимальные значения сопротивлений которого приведены в таблице 8.2.

Таблица 8.2

Число витков первичной обмотки

5

10

20

40

60

120

R, Ом

1,5

3

5

10

15

30

 

Проверка коэффициента чувствительности реле kч наиболее правильно и точно производится путем измерения тока во вторичной обмотке БНТ при изменении тока в первичной обмотке с использованием исполнительного реле как измерителя тока. Этот метод трудоемкий и требует изменения затяжки пружины исполнительного реле. Удобным и практически достаточно точным является метод определения коэффициента чувствительности по току в исполнительном реле. Для проведения работы подвижная система реле закрепляется (заклинивается) в отпавшем положении, соответствующем разомкнутому состоянию контактов. Учитывая, что насыщение магнитопровода БНТ наступает при  токах  в  первичных  обмотках,  равных  примерно  (4,5 ÷ 5) I с,р, производится

измерение вторичного тока, т.е. тока в исполнительном органе Iи,о при МДС: F=Fс,р; 2Fс,р; 5Fс,р; при этом рекомендуется устанавливать максимальным числом витков рабочих обмоток. Коэффициент чувствительности определяется как отношение токов в исполнительном органе при 2Fс,р и 5Fс,р к току при Fс,р, т.е.

kч2 = Iи,о (2Fс,р)/Iи,о(Fс,р);

kч5 = Iи,о (5Fс,р)/Iи,о(Fс,р).

У исправных реле полученные значения коэффициентов чувствительности должны быть: kн2=1,2÷1,3; kн5=1,35÷1,5.

8.4 Контрольные вопросы.

8.4.1 Как настроить реле типа РНТ565 на заданный ток срабатывания?

8.4.2 Назначение уравнительных обмоток в реле типа РНТ565.

8.4.3 Можно ли в реле типа РНТ565 использовать уравнительные обмотки без дифференциальной?

8.4.4      Что такое коэффициент чувствительности реле типа РНТ565?

8.4.5 Каким образом в реле типа РНТ565 производится отстройка от

бросков намагничивающего тока?

8.4.6 Чем обусловлено некоторое замедление в действии дифференциальной защиты с реле типа РНТ при КЗ в зоне защиты по сравнению со схемой дифференциальной защиты с токовым реле без БНТ?

8.4.7 Каково назначение резисторов  в схеме реле типа РНТ565?

8.4.8 Допустима ли работа реле типа РНТ565 с разомкнутой цепью короткозамкнутой обмотки?

 

 

 

9        Описание стенда №2.

9.1 Стенд предназначен для проверки трансформаторов тока и ознакомления со схемами соединения вторичных обмоток трансформаторов тока, используемых в устройствах релейной защиты и автоматики, а также испытания кабельного трансформатора тока нулевой последовательности.  Питание на стенд ~220В подается включением автомата.

 

 

 

Рисунок 10.1

 

 

 

 

10 Лабораторная работа № 4.Проверка трансформаторов тока и исследование их схем соединений

10.1 Цель работы

Ознакомление со способами проверки трансформаторов тока, питающих устройства релейной защиты и автоматики, со схемами соединения вторичных обмоток трансформаторов тока, используемых в устройствах релейной защиты и автоматики, а также определение чувствительности этих схем к различным видам КЗ.

10.2 Задание

10.2.1 Ознакомиться с аппаратурой, установленной на стенде (рисунок 10.1).

10.2.2 Произвести проверку полярности выводов обмоток трансформаторов (рисунок 10.3). Собрать схему , включить автомат SA, подать питание SA5, по прибору G определить полярность выводов обмоток трансформатора.

10.2.3  Снять вольт-амперную характеристику. Включить автомат SA, вывести АТ1 в левое положение, включить SA3. Плавно регулируя АТ1 снять показания тока Iнам (амперметр А) и напряжения U2 (вольтметр V). Результаты измерений (10-12 точек) занести в таблицу 10.1.

Таблица 10.1

U2, В

 

Iнам, А

 

По данным таблицы построить кривые U2=f(Iнам).

10.2.4 Сделать вывод о исправности и однотипности трансформаторов тока.

10.2.5 Собрать поочередно все схемы, представленные на рисунке 10.2. Включить автомат SA, включить SA2, выключателями TV2-TV5 выбрать вид КЗ. С целью определения kсх при различных видах КЗ все реле заменены амперметрами.

10.2.6 Для каждой схемы, имитируя с помощью выключателей TV2-TV5  различные виды КЗ, записать показания всех приборов в таблицу 10.2.

Таблица 10.2

Название схемы

Вид КЗ

Показания амперметров, А, в цепях

первичных

вторичных

IА

IВ

IС

I N

Iа,       İа - İb

Ib,      İb - İc

Ic,          İc – İа

IN

Трехфазное

 

 

 

 

 

 

 

 

Двухфазное

 

 

 

 

 

 

 

 

Однофазное

 

 

 

 

 

 

 

 

Двухфазное на землю

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10.2.7 По данным опытов для всех схем и каждого вида КЗ построить в масштабе векторные диаграммы вторичных токов; выделить на диаграммах векторы токов, проходящих по обмоткам реле.

10.2.8 Для всех схем определить значение коэффициента схемы kсх, соответствующего каждому виду КЗ.

10.2.9 Сделать вывод о целесообразности использования рассмотренных схем в комплектах защит от междуфазных КЗ и от замыканий на землю.

 

Рисунок  10.2 - Схемы испытания для проверки чувствительности защиты:

а – схема полной звезды; б – схема неполной звезды; в – соединение обмоток трансформаторов тока в треугольник; г – включение реле на разность токов двух фаз; д – включение реле на сумму токов трех фаз

 

10.3 Методические указания

10.3.1 Проверка полярности выводов обмоток трансформаторов.

Проверка однополярных выводов первичной и вторичной обмоток трансформатора тока производится по схеме, представленной на рисунке 10.2.      В схеме испытаний используются: источник постоянного тока – аккумулятор или сухая батарея на напряжение около 6В, магнитоэлектрический поляризованный прибор G1, направление отклонения подвижной системы которого зависит от направления тока в его обмотке, токоограничивающий резистор R, сопротивление которого определяется напряжением источника и его разрядным током, и рубильник SA5. Зная что положительному направлению тока в первичной цепи (от зажима Л1 к зажиму Л2) соответствует направление тока во вторичной обмотке от конца (зажим И2) к началу (зажим И1), можно по направлению отклонения стрелки прибора G1 определить однополярные выводы обмоток трансформатора. Направление отклонения стрелки прибора G1 фиксируется в момент замыкания рубильника SA5, когда вследствие переходного   процесса   во  вторичной  цепи  трансформатора  тока  по  правилу Ленца индуктируется ток.

 

 

                                            Рисунок 10.3 - Проверка однополярных выводов

Например, если в момент замыкания рубильника SA5 стрелка прибора G1 при указанной полярности источника и прибора отклонится вправо (момент положительный), направление тока в обмотке прибора G1 будет слева направо, а во вторичной обмотке трансформатора, наоборот, справа налево. Таким образом, правый зажим прибора G1 укажет конец вторичной обмотки И2, а левый – ее начало И1. При размыкании рубильника SA5 стрелка прибора G1 при тех же условиях отклонится влево, так как направление индуктированного тока изменится на противоположное.

 

 

 

10.4.2 Вольт-амперная характеристика трансформатора

Вольт-амперная характеристика (характеристика намагничивания) трансформатора представляет собой зависимость напряжения на зажимах вторичной обмотки U2 от тока намагничивания Iнам при разомкнутой вторичной цепи (Zн=∞). Вольт-амперные характеристики U2 = f (Iнам) (рисунок 1.4,а) позволяют:

- судить об исправности трансформаторов тока (в частности, может быть выявлено витковое замыкание, при наличии которого кривая располагается ниже типовой и имеет неправильную форму – трансформатор ТА4); 

- судить о работе трансформаторов тока при совместном использовании их в схемах дифференциальных защит, так как, при почти совпадающих характеристиках (однотипных трансформаторах тока – трансформаторы ТА1 и ТА2) токи небаланса будут малы и наоборот;

- определить с достаточной для практики точностью, погрешность трансформаторов тока.

 

 

а)                                                   б)

Рисунок 10.4 - Снятие вольт-амперных характеристик трансформаторов тока: а - характеристики  U2 = f(Iнам); б – схема испытания

Снятие характеристики производится по схеме с автотрансформатором, обеспечивающим наименьшее искажение синусоиды напряжения (рисунок 10.4,б). В схеме рекомендуется применять: для измерения напряжения – вольтметр, реагирующий на среднее значение напряжения; для измерения тока – амперметр, реагирующий на амплитудное значение тока. Для построения вольт-амперных характеристик следует использовать действующие значения синусоидальных токов и напряжений, соответствующие показаниям этих приборов.

10.4.3 Схемы соединения вторичных обмоток трансформаторов тока                                                                                                    

При выполнении защиты элементов электрических систем могут быть использованы различные схемы соединения вторичных обмоток трансформаторов тока и токовых обмоток реле, например: полной и неполной звезды; включение реле на разность токов двух фаз; соединение обмоток трансформаторов тока в треугольник и обмоток реле в звезду; включение обмотки реле на сумму токов трех фаз (на фильтр токов нулевой последовательности). Возможны также комбинированные схемы или включение реле на фильтр токов прямой и обратной последовательностей и пр.

Выбор схемы определяется ее назначением (от каких видов КЗ предусмотрена защита), требованием чувствительности, необходимостью экономить количество реле и трансформаторов тока. При определении параметров защиты (например, тока срабатывания и чувствительности) необходимо учитывать коэффициент схемы

k сх = Iр/I2;

где Iр – ток, проходящий по обмотке реле в рассматриваемом режиме          (при нормальном режиме и при том или ином виде КЗ);

I2 – вторичный ток трансформатора тока в том же режиме, I2 = I1/ K I ном;

I1 – первичный ток;

K I ном – номинальный коэффициент трансформации трансформаторов тока.

10.5 Контрольные вопросы.

10.5.1 Какие требования предъявляются к трансформаторам тока в устройствах релейной защиты?

10.5.2 Почему разрыв вторичной цепи трансформатора тока при прохождении тока в первичной обмотке является аварийным режимом?

10.5.3 Как определить однополярные выводы обмоток трансформатора?

10.5.4 С какой целью снимаются вольт-амперные характеристики трансформаторов тока?

10.5.5 К чему может привести включение в схемы защиты трансформатора тока с неправильно обозначенной полярностью выводов обмоток?

10.5.6 Каково назначение нейтрального провода в схеме полной звезды?

10.5.7 Почему схема на рисунке 10.5,д называется фильтром токов нулевой последовательности?

10.5.8 Что такое коэффициент схемы и почему его нужно учитывать при определении тока срабатывания реле?

10.5.9 К чему приведет изменение полярности вторичной обмотки одного трансформатора тока в схеме на рисунке 1.5, д?

10.5.10 Как должны быть соединены контакты трех реле в схеме на рисунке 1.5,а при выполнении максимальной токовой защиты от всех видов КЗ?

10.5.11 Какие схемы соединения обмоток трансформаторов тока используются в защитах от многофазных КЗ?

 

 

 

 

Список литературы

1. Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем: Учебное пособие для техникумов. – М.:1998. – 800с.

2. Федосеев А.М., Федосеев М.А. Релейная защита электроэнергетических систем. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 527с.

3. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. – М.: Высшая школа, 1991. – 496с.

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

5. Барзам А.Б., Пояркова Т.М. Лабораторные работы по релейной защите и автоматике: Учеб. Пособие для техникумов. – 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Энергоатомиздат, 1984. – 256с.

6. Труб И.И. Индукционные реле тока. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 56с.

7. Овчинников В.В. Реле РНТ в схемах дифференциальных защит. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 88с.

8. Афанасьев В.В. Трансформаторы тока. – Л.: Энергия, 1980. – 344с.

9. Шабад М.А. Трансформаторы тока в схемах релейной защиты.   Часть 1, 2, 3. - С.-П.: ПЭИ ПК, 2000. – 150с.

 

 

 

 

 

 

Доп. план 2006, поз.79     

 

 

Михаил Владимирович Башкиров

Леонид Анатольевич Уткин

Мариям Абдумаликовна Тергеусизова

 

 

 

 

РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА

Часть 1

Методические указания к выполнению лабораторных работ

(для студентов всех форм обучения специальности 050718 -   Электроэнергетика)

 

 

 

 

 

 

 

Редактор Т.С.Курманбаева

 

 

 

 

 

 

Подписано в печать _____________                 Формат 60х84    1/16

Тираж 250 экз.                                                  Бумага типографская №1

Объем  2,4  уч.-изд.л.                                       Заказ ______    Цена 240 т.т.

 

 

 

 

 

Копировально-множительное быро

 Алматинского института энергетики и связи

050013, Алматы, Байтурсынова 126