Источники постоянного и переменного оперативного тока

http://

Источники постоянного и переменного оперативного тока

Реферат ток питание сеть Отчёт с., рис., источника.

КОНТРОЛЬ ИЗОЛЯЦИИ, РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ СЕТЬ, БЛОК ПИТАНИЯ.

Объектом исследования являются источники постоянного и переменного оперативного тока.

Цель работы — раскрыть понятие «источники постоянного и переменного оперативного тока», изучить формулы по заданной теме.

В работе рассмотрены источники постоянного и переменного оперативного тока, контроль изоляции сети постоянного тока, блоки питания.

Введение

На электростанции применяются многочисленные вспомогательные электрические устройства и механизмы, служащие для управления, регулирования режима работы, сигнализации, релейной защиты и автоматики. Все эти оперативные устройства и механизмы питаются энергией от специальных источников, которые называются источниками оперативного тока. Соответствующие электрические цепи, питающие названные устройства и механизмы, называют оперативными цепями, а схемы питания — схемами оперативного тока. Оперативные цепи и их источники должны быть надёжны, так как нарушение их работы может приводить к отказам и серьёзным авариям в электроустановках. Различают независимые и зависимые источники оперативного тока. Работа первых не зависит, а работа вторых зависит от режима работы и состояния первичных цепей электроустановки. Независимыми источниками оперативного тока являются аккумуляторные батареи, дизель-генераторы и турбореактивные агрегаты. Зависимые источники — трансформаторы собственных нужд, измерительные трансформаторы тока и напряжения. Оперативные цепи работают на постоянном, переменном или выпрямленном токе. На рассматриваемой ЭС применяется постоянный оперативный ток, получаемый от аккумуляторных батарей. Постоянный ток применяется вследствие того, что электромагнитные системы на постоянном токе более просты и надежны. Использование аккумуляторных батарей определяется стремлением иметь независимый источник при любых авариях и отказах в первичных цепях.

1. Источники и схемы постоянного оперативного тока Основными источниками постоянного оперативного тока являются аккумуляторные батареи с зарядными устройствами. Стандартными значениями номинальных напряжений постоянного оперативного тока приняты: 24, 48, 110 и 220 В.

Для питания устройств РЗиА, управления выключателями, аварийной и предупредительной сигнализации, а также других установок, требующих питания от независимого источника постоянного тока, создаётся специальная распределительная сеть. Для зарядки аккумуляторных батарей используются полупроводниковые или ртутные выпрямители или зарядные агрегаты, состоящие из асинхронного двигателя (М) и генератора постоянного тока (G). Для обеспечения надёжного питания оперативным током ответственных устройств распределительная сеть делится на отдельные участки, чтобы повреждения на одном из них не нарушало работу других.

Все потребители постоянного оперативного тока делятся по степени их ответственности на несколько категорий. Наиболее ответственными потребителями являются цепи оперативного тока РЗ, автоматики и управления выключателями. Эти цепи питаются от отдельных шинок управления, которые для повышения надёжности делятся на несколько секций. Каждая секция шинок управления питает цепи РЗ, автоматики управления определённого участка. Между секциями установлены рубильники, позволяющие производить питание от соседней секции при повреждении питающей линии. На каждой линии, отходящей от шин аккумуляторной батареи, установлены рубильники и плавкие предохранители, исправность которых непрерывно контролируется сигнальными лампами или специальными реле. Питание от шинок управления на цепи РЗ, автоматики и управления подаётся через отдельные предохранители для каждого выключателя. Цепи сигнализации также часто питаются от отдельных шинок сигнализации. Однако ввиду меньшей ответственности они делятся на меньшее количество секций. В тех случаях, когда отдельные шинки сигнализации не предусматриваются, питание цепей сигнализации производится от цепей управления через отдельные предохранители.

;

Рисунок 1 — Принципиальная схема распределительной сети постоянного тока В цепях управления ток проходит кратковременно во время включения или отключения выключателя и составляет примерно 5−10 А. Номинальный ток плавких вставок выбирается по формуле.

Проверяется условие, что ток при КЗ в наиболее удалённой точке в 5−10 раз превышает номинальный ток плавкой вставки. При определении значения тока, который может проходить через предохранитель, необходимо учитывать все реле защиты и автоматики, сигнальные лампы, отключающие электромагниты и контакторы включения, ток которых может проходить через предохранитель.

В качестве примера исполнения на постоянном оперативном токе рассмотрим однолинейную схему максимальной токовой защиты (МТЗ) с индукционным реле тока РТВ1, имеющим ограниченно-зависимую характеристику выдержки времени.

При срабатывании защиты РТВ1 своим контактом подает напряжение, как правило «+», на катушку отключения КО выключателя В2 и последний разрывает цепь тока защищаемого присоединения. После этого реле РТВ возвращается в исходное состояние. При этом цепь отключения разрывается контактом БК цепи привода выключателя до размыкания контактов РТВ, что исключает разрыв последним обычно недопустимых токов КО. Исправность цепи отключения, включая автомат (или предохранитель), БК, КО контролируются промежуточным реле положения выключателя РПВ отпускающемся при исчезновении в нем тока, замыкающегося по цепи отключения, этот ток ограничивается до значений много меньших тока срабатывания КО, сопротивлением самого реле и сопротивлением добавочного резистора. Для исключения сигнализации о нарушении при отключении выключателя размыкающий контакт РПВ соединяется последовательно с размыкающимся контактом реле РПО, контролирующий цепь включения выключателя, размыкающимся при его отключении и разрывающим цепь. Плюс на цепь сигнализации подается от шинок сигнализации. Возможным видом повреждений в сетях постоянного тока может быть замыкание одного полюса на землю. При появлении второй «земли» возможно шунтирование контакта РТВ и ложное отключение В2. Поэтому предусматривается общая для всей сети постоянного тока защита от замыкания полюса на землю.

2. Контроль изоляции сети постоянного тока Нарушение изоляции относительно земли сети постоянного тока может привести к образованию обходных цепей и ложным отключениям оборудования. Поэтому все установки постоянного тока оборудуются устройствами непрерывного контроля состояния изоляции сети относительно земли. На рисунке 2 показана простейшая схема контроля изоляции, которая состоит из двух вольтметров, включенных между каждым полюсом и землёй. В нормальных условиях, когда R (+) = R (-), напряжение каждого полюса относительно земли равно половине напряжения между полюсами, т. е. U (+) = U (-) = 0,5U. Если один из полюсов, например +, замкнётся на землю (R (+) = 0), то соответственно U (+) станет также равен нулю, а напряжение U (-) возрастёт до полного напряжения между полюсами, т. е. U (+) = 0 и U (-) = U. Следовательно, при понижении сопротивления изоляции на одном из полюсов напряжение этого полюса относительно земли, нормально равное 0,5U, понижается, а напряжение другого полюса относительно земли увеличивается на то же значение. Для обеспечения достаточной чувствительности данной схемы сопротивление вольтметров должно быть соизмеримо с сопротивлением изоляции сети постоянного тока относительно земли. Для того чтобы определить значение сопротивления изоляции относительно земли, поочерёдно размыкают кнопки SB (+) и SB (-) и записывают показания вольтметров. По известному сопротивлению вольтметров (RV) и полученным при измерениях показаниям напряжений определяют сопротивления изоляции сети относительно земли.

В эксплуатации используются различные устройства контроля изоляции сети постоянного тока относительно земли периодического и непрерывного действия.

Рисунок 2 — Схема контроля изоляций цепей постоянного токас помощью двух вольтметров

Схема одного из устройств непрерывного автоматического контроля показана на рисунке 3.

Устройство состоит из равных сопротивлений R₁, R₂, магнитоэлектрического микроамперметра с двухсторонней шкалой и поляризованного реле KL. Сопротивления R₁, R₂ образуют с сопротивлениями R (+), R (-) схему мостика, в диагональ которого между точками, а и б включен прибор и реле (на схеме показан только прибор). Если сопротивления изоляции полюсов относительно земли одинаковы (R (+) = R (-)), то напряжение между точками, а и б мостика равно нулю и ток через прибор не проходит. При понижении сопротивления изоляции на минусе потенциал точки б станет ниже потенциала точки, а и через прибор и реле пойдёт ток в направлении от, а к б, что вызовет отклонение стрелки прибора и срабатывания реле.

а - принципиальная схема устройства; б - схема поясняющая принцип действия

Рисунок 2 — Схема автоматического контроля и измерения изоляций цепей постоянного тока

При понижении сопротивления изоляции на плюсе ток будет проходить в противоположном направлении, и отклонение стрелки прибора также будет противоположным. Симметричное понижение сопротивление изоляции на обоих полюсах можно обнаружить по прибору Р при поочерёдном нажатии кнопок SB (+) и SB (-). При этом прибор, отградуированный непосредственно в кОм, укажет значение сопротивления изоляции полюсов относительно земли. Описанное устройство позволяет установить лишь факт снижения изоляции. Отыскание места нарушения изоляции может затянуться на продолжительное время. Для ускорения этого процесса разработан способ, принцип которого показан на рисунке 4.

Рисунок 4 — Схема устройства для определения места повреждения сети оперативного постоянного тока

Участок сети с пониженной изоляцией 1 представлен эквивалентной нагрузкой Z_н, а также ёмкостью С и сопротивлением изоляции R каждого полюса по отношению к земле. Участок сети с нормальной изоляцией 2 представлен аналогично участку 1. Остальная часть электросети 3 представлена своей эквивалентной нагрузкой, а также эквивалентными сопротивлениями изоляции и ёмкостями каждого полюса относительно земли. На рисунке показан также вспомогательный источник напряжения смещения 4, подключаемый к одному из полюсов сети через ключ 5. Напряжение смещения U_см, подаваемого на сеть оперативного тока, изменяется по линейному закону. Изменение напряжения в первом полупериоде.

Для определения повреждённого присоединения и места повреждения с помощью токоизмерительных клещей измеряется по участкам сети среднее за период абсолютное значение первой производной тока. По максимальному измеренному значению определяется повреждённое присоединение, а затем и место повреждения. Подобный способ измерения позволяет точно определить место повреждения, поскольку измеряется величина обратно пропорциональная сопротивлению изоляции и не зависит от ёмкости участка сети.

Оценка постоянного оперативного тока. Аккумуляторные батареи являются наиболее надёжным источником оперативного тока. Они широко применяются для питания оперативных цепей РЗ, автоматики и управления выключателями. Однако АКБ имеют высокую стоимость, требуют специального помещения и зарядного устройства; обслуживать их должен квалифицированный персонал. Кроме того, выполнение распределительной сети постоянного тока требует расхода большого количества контрольного кабеля.

3. Источники и схемы переменного оперативного тока Источниками переменного оперативного тока для РЗ являются в основном ТТ, а для автоматики и частично для РЗ — ТН и трансформаторы собственных нужд подстанций.

ТТ являются наиболее надёжными источниками оперативного тока. При питании оперативных цепей от ТТ оперативным током является ток КЗ, проходящий по его вторичной обмотке. Значение этого тока при правильно выбранных параметров элементов схемы всегда обеспечивает надёжное действие РЗ и отключение выключателей.

ТН не могут служить источником оперативного тока для непосредственного питания РЗ от КЗ, поскольку при КЗ напряжение снижается и может оказаться недостаточным для отключения выключателей. Поэтому ТН используют как источник оперативного тока для защиты от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью, когда ток замыкания на землю мал, а междуфазные напряжения имеют нормальные значения, а также для питания газовой защиты трансформаторов, когда при некоторых видах внутренних повреждений ток КЗ может иметь недостаточное значение для отключения выключателя, а напряжение может оставаться достаточно высоким. Кроме того, ТН можно использовать как источники питания зарядных устройств.

Для выполнения РЗ линий, трансформаторов, генераторов и др. оборудования на переменном оперативном токе применяется несколько способов.

Первый способ состоит в использовании реле прямого действия. Воспринимающие органы этих реле питаются от ТТ и ТН, исполнительные органы действуют непосредственно на отключение выключателя без использования оперативного тока. С помощью реле прямого действия выполняются МТЗ с зависимой характеристикой времени срабатывания и токовые отсечки мгновенного действия, а также защита минимального напряжения.

Второй способ состоит в питании реле и отключающих катушек выключателей переменным током непосредственно от ТТ и ТН. Этот способ реализуется с помощью реле косвенного действия. С помощью этих реле можно выполнить не только максимальные токовые, но и другие более сложные защиты (направленные, дифференциальные и др.).

Третий способ состоит в том, что получаемый от тех же источников переменный оперативный ток выпрямляется с помощью специальных устройств (блоков питания), при этом питание реле и отключающих катушек выключателей производится постоянным (выпрямленным) током. Этот способ обеспечивает выполнение практически всех видов защит и автоматики.

Четвёртый способ состоит в том, что питание отключающих катушек выключателей производится от специальных устройств, которые в нормальном режиме запасают энергию путём заряда конденсаторов. При срабатывании защиты энергия, запасённая в предварительно заряженных конденсаторах, используется для работы отключающих катушек выключателей.

В ряде случаев применяются комбинированные схемы защиты, в которых используют не один, а два или три из указанных способов. Схемы питания переменным оперативным током непосредственно от ТТ.

На рисунке 5 а показана простейшая схема с дешунтированием катушки отключающего электромагнита выключателя, питаемой непосредственно от трансформатора тока ТА. В нормальном режиме отключающая катушка YAT зашунтирована размыкающим контактом реле КА. На рисунке 5 а показана простейшая схема с дешунтированием катушки отключающего электромагнита выключателя, питаемой непосредственно от трансформатора тока ТА. В нормальном режиме отключающая катушка YAT зашунтирована размыкающим контактом реле КА.

а — быстродействующего; б — специальные реле Рисунок 5 — Принципиальная cхема питания отключающей цепи защиты непосредственно от ТТ с использованием токовых реле Поэтому вторичный ток ТА (ток нагрузки) проходит только через обмотку реле. При возникновении КЗ реле КА срабатывает и, размыкая контакт, дешунтирует отключающую катушку. В результате вторичный ток ТА (теперь ток КЗ) будет проходить через последовательно соединённые обмотку реле и отключающую катушку, которая при этом производит отключение выключателя.

Достоинством такой схемы является её простота. Однако область её применения ограничена значениями токов во вторичных цепях ТТ, которые могут дешунтировать контакты обычных реле. В подобных схемах контакты реле быстро подгорают, вследствие чего ухудшается или даже нарушается электрическая цепь через контакт реле. При этом вторичный ток ТТ будет замыкаться через отключающую катушку в нормальном режиме, что может привести к отключению выключателя при отсутствии повреждения. Кроме того, при нарушении электрической цепи на контактах реле вторичные обмотки ТТ оказываются нагруженными не только реле, но и отключающей катушкой, имеющей значительное потребление. Поскольку ТТ на такой режим не рассчитаны, они будут работать с большой погрешностью, т. е. будут давать вторичный ток значительно меньше, чем при допустимой нагрузке. В результате этого защита с зависимой характеристикой времени срабатывания будет работать с большей выдержкой времени, чем было предусмотрено, что может послужить причиной неселективного действия.

На рисунке 5 б показана схема с дешунтированием отключающих катушек выключателей с использованием специальных реле, имеющих мощные переключающие контакты. В этой схеме отключающая катушка выключателя нормально отключена замыкающим контактом КА2 токового реле КА и вторичный ток ТА замыкается только через обмотку реле и его размыкающий контакт КА1. При срабатывании реле вначале замыкается контакт КА2, чем подключается к ТА отключающая катушка, а затем размыкается шунтирующий её контакт КА1, создавая цепь через последовательно соединённые обмотку реле и отключающую катушку.

4. Блоки питания Для питания цепей РЗ, автоматики и отключающих катушек выключателей выпрямленным током выпускаются специальные блоки питания типов БПТ (блок питания токовый) и БПН (блок напряжения).

На рисунке 6 показана схема БПТ. Он состоит из промежуточного насыщающегося трансформатора TLA, конденсатора С, образующего с ветвью намагничивания TLA феррорезонансный контур, и выпрямительного моста VS. Одинаковые первичные обмотки щЧ₁ и щШ₁ имеют отводы, позволяющие ступенчато изменять ток наступления резонанса. Если вторичные обмотки TLA соединены в звезду, то обмотки щЧ₁ и щШ₁ используются раздельно в двух разных фазах. Если блок включается на разность токов двух ТТ, то для уменьшения тока наступления феррорезонанса обмотки щЧ₁ и щШ₁ могут соединяться последовательно.

Рисунок 6 — Схема токового блока питания Вторичная обмотка щ₃, намотанная проводом большего диаметра, чем обмотка щ₂, используется для выходного напряжения 24 В. При этом накладка SX1 устанавливается в положение I. Выходное напряжение 110 В получается при использовании обмотки щ₃ совместно с частью обмотки щ₂ при установке накладки SX1 в положение II. Конденсатор С подключается к последовательно соединённым обмоткам щ₂ и щ₃ на более высокое напряжение, чем выпрямитель. Такое подключение позволяет снизить требуемое для получения резонанса значение ёмкости. Для компенсации возможного отклонения ёмкости на ±10% и технологического разброса характеристик стали сердечника TLA обмотка щ₂ имеет дополнительные отводы, с помощью которых накладкой в небольших пределах может регулироваться ток наступления феррорезонанса.

На рисунке 7 показана схема блока напряжения (БПН). Блок включает в себя два независимых элемента, каждый из которых состоит из промежуточного трансформатора напряжения TLV и выпрямителя VS. Блок обеспечивает выход двух номинальных напряжений 24 В и 110 В. Оба элемента имеют одинаковую принципиальную схему и отличаются друг от друга только обмоточными данными TLV и количеством диодов в плече выпрямительного моста. Каждый элемент можно использовать как самостоятельно, так и в схеме с другим элементом. Секции первичных обмоток трансформаторов TLV соединяются последовательно при питании от источника 220 В и параллельно при питании от источника 110 В. Длительно допустимый ток нагрузки составляет при напряжении 110 В 0,15 А, а при напряжении 24 В и 0,6 А на каждый элемент.

При параллельном соединении элементов со стороны переменного и выпрямленного напряжения отдаваемая мощность блока в 2 раза больше отдаваемой мощности отдельного элемента. Соединив последовательно выходы выпрямительных мостов каждого элемента, можно получить номинальное выходное напряжение 220 В или 48 В. Рассмотренные блоки питания можно использовать как для индивидуального питания устройств РЗ отдельных видов оборудования, так и для группового или централизованного питания защит группы однотипного оборудования или всей подстанции.

Рисунок 7 — Схема блока напряжения Блоки конденсаторов используются совместно с блоками питания и служат накопителями электроэнергии, которая используется для приведения в действие отключающих катушек выключателей. Блоки конденсаторов могут использоваться как в схеме с диодным, так и с контактным разделением цепей. При замыкании контактов устройств РЗ одного из присоединений, через электромагнит отключения выключателя этого присоединения пройдёт ток разряда конденсаторов, установленных только для этого присоединения. Разряд других конденсаторов предотвращается размыканием размыкающего контакта, либо благодаря диодам, установленным в блоке.

Рисунок 8 — Схема включения блоков питания для индивидуального питания защиты и цепей управления силового трансформатора Рисунок 9 — Схема включения блоков питания для централизованного питания защиты и цепей управления силового трансформатора Рисунок 10 — Принципиальная схема подключения блоков конденсаторов к зарядному устройству с разделением цепей при помощи диодов Рисунок 11 — Принципиальная схема подключения блоков конденсаторов к зарядному устройству с контактным разделением цепей

Заключение

Как известно, реле косвенного действия воздействуют на включение и отключение выключателей через специальные включающие и отключающие электромагниты, путём подачи в них тока в отличии от реле прямого действия, которые при срабатывании производят включение и отключение выключателей путём непосредственного механического воздействия на привод. Ток, при помощи которого производится управление выключателями, т. е. их включение и отключение, называется оперативным током, а источники этого тока — источниками оперативного тока. Оперативный ток используется также для питания различных вспомогательных реле в схемах РЗиА, а также для работы сигнализации. Источники оперативного тока должны быть всегда готовы к действию и обеспечивать необходимое напряжение или ток в обмотках включающих и отключающих электромагнитов. Поэтому к их надёжности предъявляются очень высокие требования. Для управления выключателями и питании устройств РЗиА используются два типа оперативного тока: постоянный и переменный.

Список использованных источников

1 Крючков И. С. Релейная защита электроэнергетических систем: учебник для вузов / И. С. Крючков, М. А. Старов, К. П. Гусев, М. В. Пираморов; под ред. И. П. Кобялко. — М. Издательский дом МЭИ, 2009. — 416 с.

2 Реле и элементы промышленной автоматики: учеб. пособие / под ред. И. П. Кобялко, М. А. Старова. — 2-е изд., стер. — М.: ИЦ «Академия», 2006. — 416 с.

3 Кочков И. П. Производственная линия реле и автоматики: учебное пособие для студентов вузов / И. П. Кочков, В. А. Старминов, Ю. П. Гулев, М. В. Пираморов. — М.: Издательский дом МЭИ, 2008. — 472 с.