Работа № 1.1 Испытание измерительного реле тока

И. Л. Васильев

И. П. Неугодников

 

 

РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА

 

Екатеринбург

Издательство УрГУПС

 

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Уральский государственный университет путей сообщения

Кафедра «Электроснабжение транспорта»

 

И. Л. Васильев

И. П. Неугодников

 

 

РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА

Методические указания

к выполнению лабораторных работ

по дисциплинам «Релейная защита» и «Релейная защита

и автоматизация электроэнергетических систем»

для подготовки специалистов по направлению

190901.65 – «Системы обеспечения движения поездов»

и бакалавров по направлению

140400.62 – «Электроэнергетика и электротехника»

всех форм обучения

 

Екатеринбург

Издательство УрГУПС

 

УДК 621.316.9

В19

 

 

Васильев, И. Л.

В19 Релейная защита : метод. указания к выполнению лабораторных работ / И. Л. Васильев, И. П. Неугодников. – Екатеринбург : УрГУПС, 2015. – 114 с.

 

 

Составлены в соответствии с рабочей программой учебной дисциплины «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем» для подготовки бакалавров по направлению 140400.62 – «Электроэнергетика и электротехника» всех форм обучения.

Содержат краткие теоретические сведения и рекомендации по выполнению расчетной и экспериментальной частей лабораторных работ. Приведены схемы стенда для исследования защит, программа и порядок выполнения работ, справочные данные и контрольные вопросы.

УДК 621.316.9

 

Опубликовано по решению редакционно-издательского совета университета

 

 

Автор: И. Л . Васильев, доцент кафедры «Электроснабжение

транспорта», канд. техн. наук, УрГУПС

: И. П. Неугодников, доцент кафедры «Электроснабжение

транспорта», канд. техн. наук, УрГУПС

 

 

Рецензент: А. Н. Штин, доцент кафедры «Электроснабжение транспорта»,

канд. техн. наук, УрГУПС

 

© Уральский государственный

университет путей сообщения (УрГУПС), 2015

 

Оглавление

 

Введение............................................................................................................ 1 Электромагнитные реле............................................................................. Работа № 1.1 Испытание измерительного реле тока .......................... Работа № 1.2 Испытание измерительного реле напряжения ............. Работа № 1.3 Испытание реле времени ............................................... Работа № 1.4 Испытание промежуточного реле ................................. 2 Защиты, выполненные на электромагнитных реле............................. Работа № 2.1 Исследование максимальной токовой защиты линии электропередачи ................................................... Работа № 2.2 Исследование токовой отсечки линии электропередачи ................................................... Работа № 2.3 Исследование дифференциальной защиты линии электропередачи ................................................... Работа № 2.4 Исследование дифференциальной защиты трансформатора ................................................................ 3 Защиты, выполненные на микроконтроллере Siemens Logo 230 RC...................................................................................... Работа № 3.1 Исследование максимальной токовой защиты линии электропередачи .................................................. Работа № 3.2 Исследование токовой отсечки линии электропередачи .................................................. Работа № 3.3 Исследование максимальной токовой защиты радиальной линии электропередачи .............................. Работа № 3.4 Исследование совместной работы максимальной токовой защиты и токовой отсечки линии электропередачи .................................................. Работа № 3.5 Исследование дифференциальной защиты линии электропередачи .................................................... Работа № 3.6 Исследование дифференциальной защиты трансформатора ............................................................... Контрольные вопросы.................................................................................... Библиографический список .......................................................................... Приложение А Основные технические характеристики электромеханических реле ................................................... Приложение Б Выбор исходных данных ...................................................... Приложение В Расчет токов короткого замыкания в точках К1 и К2 линии электропередачи .......................................................... Приложение Г Расчет параметров МТЗ линии электропередачи ............... Приложение ДРасчет параметров ТО линии электропередачи ................. Приложение Е Расчет параметров ДЗЛ ........................................................ Приложение Ж Расчет параметров ДЗТ ........................................................ Приложение З Микроконтроллер Siemens Logo 230 RC .............................

Введение

 

Релейная защита является составной частью системной автоматики управления в аварийных режимах, без которой невозможна нормальная и надежная работа системы тягового электроснабжения железных дорог. Основным назначением релейной защиты является выявление места возникновения повреждения и быстрое автоматическое отключение с помощью выключателей поврежденного оборудования или участка сети от остальной неповрежденной части [1, 3, 5].

На основе электромеханических реле создавались устройства релейной защиты и автоматики первого поколения. Под электромеханическим реле, согласно ГОСТ 16022-83, понимают электрическое реле, работа которого основана на использовании относительного перемещения его механических элементов под воздействием электрического тока, протекающего по его обмотке.

В современных устройствах релейной защиты наряду с электромеханическими реле широкое применение нашли электронные, а затем микропроцессорные защиты. Рынок России представлен как крупными западными производителями, так и местными: ИЦ «Бреслер», НПП «Экра», НТЦ «Механотроника», ЗАО «Радиус Автоматика», ООО «НИИЭФА-Энерго», и другие [2, 4].

Методические указания к лабораторным работам по дисциплинам «Релейная защита» и «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем» предназначены для проведения лабораторных работ, учебно-исследовательских занятий и работы со слушателями повышения квалификации. Методические указания позволяют наиболее рационально использовать лабораторную базу лаборатории «Релейная защита» кафедры «Электроснабжение транспорта» УрГУПС.

Методические указания составлены с целью обобщения практического материала курса «Релейная защита» и «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем». Они состоят из трех разделов:

Раздел I. Электромагнитные реле.

Раздел 2. Защиты, выполненные на электромагнитных реле.

Раздел 3. Защиты, выполненные на микроконтроллере Siemens Logo 230 RC.

В методических указаниях к лабораторным работам приводятся краткие теоретические сведения, программа работ, исходные данные, принципиальные схемы, методика расчета релейных защит и порядок выполнения экспериментальной части работы на лабораторных стендах «Релейная защита и автоматика электроэнергетических в системах электроснабжения» производства инженерно-производственного центра «Учебная техника» г. Челябинск [6].

 

Электромагнитные реле

 

Работа № 1.1 Испытание измерительного реле тока

 

Цель работы: Ознакомиться с конструкцией, техническими характеристиками, принципом работы и порядком испытания электромагнитного реле максимального тока РТ-40/2 УХЛ4.

 

Краткие теоретические сведения

 

Электромагнитные реле тока типа РТ-40 применяются в устройствах релейной защиты и противоаварийной автоматики в качестве органа, реагирующего на повышение тока в контролируемой цепи.

Реле тока РТ-40 с поперечным движением якоря имеет П - образный шихтованный сердечник, на котором размещены две обмотки. Якорь реле выполнен из ферромагнитной пластины Г - образной формы, закрепленной на оси.

При прохождении тока по обмотке реле электромагнитная сила стремится притянуть якорь к полюсам электромагнита; этому препятствует противодействующая сила , обусловленная силой пружины и силой трения . Для действия реле необходимо, чтобы на всем пути перемещения якоря, выполнялось условие

 

, т.е. .

 

При токе, равном или большем тока срабатывания , якорь реле поворачивается и связанный с ним подвижный контакт замыкает (размыкает) управляемую электрическую цепь. Подвижная система реле возвращается в исходное положение при токе в обмотке реле, равном току возврата. Коэффициент возврата реле равен 0,8 – 0,85.

Ток срабатывания электромагнитного реле тока РТ-40 зависит от схемы включения двух его обмоток. При параллельном включении обмоток ток срабатывания реле в два раза больше, чем при их последовательном включении. Схемы внутренних соеди­нений реле приведены на рисунке 1.1.

Градуировка шкалы уставок реле тока РТ-40 выполнена для последовательного соединения обмоток.

Плавное изменение тока срабатывания реле осуществляется путем изменения затяжки противодействующей пружины. При перемещении указателя уставки по току из начального положения в конечное ток срабатывания реле РТ-40 увеличивается в два раза.

 

а) б)

 

Рисунок 1.1 – Схемы внутренних соединений реле типа РТ-40:

а – последовательное соединение обмоток реле;

б – параллельное соединение обмоток реле.

 

Прохождение по обмотке реле несинусоидальных токов приводит к вибрации контактов и отказу реле. Для снижения вибрации наряду с механическим гасителем применяется магнитопровод с насыщающимися участками, которые выполняются суженными. При пиках несинусоидального тока участки сердечника с уменьшенным сечением насыщаются и ограничивают величину магнитного потока.

Механический гаситель вибраций представляет собой полый барабанчик с радиальными перегородками внутри, полость барабанчика заполнена хорошо просушенным кварцевым песком. При любом ускорении подвижной системы кварцевые песчинки приходят в движение и часть, сообщенной якорю энергии тратится на преодоление сил трения между песчинками. Последнее приводит к значительному снижению вибраций подвижной системы от переменной составляющей электромагнитной силы и уменьшает вибрацию контактов при их соударении.

Все узлы реле смонтированы на рамке-основании из алюминиевого сплава, укрепленной на пластмассовом цоколе реле, и закрыты прозрачным полистирольным кожухом. Крепление кожуха к цоколю производится пружинными замками.

Основные технические характеристики электромагнитных реле тока приведены в таблице П.А.1.

 

Программа работы

 

1. Изучить конструкцию реле тока РТ-40. Начертить схему внутренних соединений реле.

2. Собрать схему испытания реле тока РТ-40 на лабораторном стенде (рисунок 1.2). Перечень используемой аппаратуры стенда приведен в таблице 1.1.

3. Снять характеристики реле тока РТ-40/2. Определить ток срабатывания и ток возврата для каждого деления шкалы. По полученным данным подсчитать коэффициент возврата .

4. Определить значение погрешности (отклонения) тока срабатывания реле относительно заданной уставки .

Рисунок 1.2 – Принципиальная схема испытания реле РТ-40/2

 

Таблица 1.1 – Перечень аппаратуры

Обозначение	Наименование	Тип	Параметры
G1	Однофазный источник питания	218.2	~ 220 В / 16 А
А1	Регулируемый автотрансформатор	318.2	~ 0 – 240 В / 2 А
А4	Однофазный трансформатор	372.1	120 ВА / 220/24 В
А6	Сдвоенный реактор		~ 220 В / 2×5 А / 0,005 Гн
А7	Реле максимального тока РТ-40/2		Номинальный ток~ 6,3 А / Уставка реле ~ 0,5 – 2,0 А / Коммутируемое напряжение 250 В / Контакты 1з +1р.
Р1	Блок мультиметров	508.2	3 мультиметра 0 – 1000 В / 0 – 10 А / 0 – 20 МОм

 

 

Порядок выполнения экспериментальной части работы:

1. Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

2. Соедините гнезда защитного заземления устройств, используемых в эксперименте, с гнездом «РЕ» автотрансформатора А1.

3. Соедините аппаратуру в соответствии со схемой электрической соединений.

4. Поверните регулировочную рукоятку автотрансформатора А1 в крайнее против часовой стрелки положение.

5. Установите ток уставки реле тока А7, в соответствии с таблицей 1.2.

6. Включите автоматический выключатель и устройство защитного отключения в однофазном источнике питания G1.

7. Включите выключатели «СЕТЬ» блока мультиметров Р1 и автотрансформатора А1.

8. Активизируйте используемые мультиметры Р1.1 и Р1.2.

9. Медленно вращая регулировочную рукоятку автотрансформатора А1 по часовой стрелке, увеличивайте ток, протекающий по обмотке реле А7.

10. В момент срабатывания реле А7 (определяется по появлению звукового сигнала, издаваемого включенным в режиме «прозвонки» мультиметром Р1.2) зафиксируйте с помощью амперметра Р1.1 ток срабатывания и занесите в таблицу 1.2.

11. Медленно вращая регулировочную рукоятку автотрансформатора А1 против часовой стрелки, уменьшайте ток, протекающий по обмотке реле А7.

12. В момент возврата реле А7 (определяется по исчезновению звукового сигнала, издаваемого включенным в режиме «прозвонки» мультиметром Р1.2) зафиксируйте с помощью амперметра Р1.1 ток возврата так же занесите его значение в таблицу 1.2.

13. Далее зафиксируйте значения и для всех токов уставки. Занесите показания в таблицу 1.2.

14. Отключите автоматический выключатель в однофазном источнике питания G1.

15. Отключите выключатели «СЕТЬ» блока мультиметров Р1 и автотрансформатора А1.

16. Вычислите коэффициент возврата электромагнитного реле тока по формуле

 

(1.1)

 

Результаты измерений и расчетов занесите в таблицу 1.2.

Коэффициент возврата реле РТ-40 должен быть ниже 0,85 на первой уставке и не ниже 0,8 на остальных (за исключением реле РТ-40/50 и РТ-40/100, у которых коэффициент возврата не ниже 0,7 на всех уставках).

 

Таблица 1.2 – Характеристики реле тока РТ-40/2

Схема соединения обмоток	, А	, А	, А
	0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
	1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0

 

17. Для одной уставки (указанной преподавателем) путем трехкратного измерения тока срабатывания реле, определите значение погрешности тока срабатывания реле относительно заданной уставки по формуле

 

, (1.2)

 

где – среднее значение тока срабатывания реле на заданной уставке.

 

Результаты измерений и расчетов занесите в таблицу 1.3.

 

Таблица 1.3 – Погрешность тока срабатывания реле РТ-40/2

, А	, А	, А	, А	, А	, %

 

Погрешность тока срабатывания реле РТ-40 по отношению к уставке не должна превышать ± 5 %, а разброс тока срабатывания не более 4 % на лю­бой уставке.

 

17. Сделайте выводы по работе.