工厂供电系统的过电流保护.ppt
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1、第6章 工厂供电系统的过电流保护,工厂供电,天津理工大学中环信息学院自动化工程系,2,本章讲述工厂供电系统中常用的几种过电流保护装置熔断器保护、低压断路器保护和继电保护,其中继电保护广泛应用于高压供电系统中,其保护功能很多,而且是实现供电系统自动化的基础,3,第6章 工厂供电系统的过电流保护,6.1 过电流保护的任务和要求,6.2 熔断器保护,6.3 低压断路器保护,6.4 常用的保护继电器,6.5 工厂高压线路的继电保护,6.6 电力变压器的继电保护,6.7 高压电动机的继电保护,4,6.1 过电流保护的任务和要求,6.1.1 过电流保护装置的任务和类型,为了保证工厂供电系统的安全运行,避免
2、过负荷和短路引起的过电流对系统的影响,在工厂供电系统中装有不同类型的过电流保护装置。工厂供电系统的过电流保护装置有:熔断器保护、低压断路器保护和继电保护。,5,对保护装置的基本要求,选择性,速动性,可靠性,灵敏度,6,6.2 熔断器保护,熔断器在供电系统中的配置,应符合选择性保护的原则,也就是熔断器要配置得能使故障范围缩小到最低限度。此外应考虑经济性,即供电系统中配置的熔断器数量要尽量少。,熔断器在供电系统中的配置,7,如图是车间低压放射式配电系统中熔断器配置的合理方案,既可满足保护选择性的要求,配置的数量又较少。,8,2)熔体额定电流IN.FE还应躲过线路的尖峰电流IPk。,熔断器熔体电流的
3、选择,(一)保护电力线路的熔断器熔体电流的选择,1)熔体额定电流IN.FE应不小于线路的计算电流,以使熔体在线路正常运行时不致熔断,即:,式中,K为小于1的计算系数。,9,(二)保护电力变压器的熔断器熔体电流的选择,3)熔断器保护还应与被保护的线路相配合,因此还应满足条件:,式中,Ial为绝缘导线和电缆的允许载流量;KOL为绝缘导线和电缆的允许短时过负荷倍数。,保护变压器的熔断器的熔体电流,根据经验,应满足下式要求:,式中,IlN.T为变压器的额定一次电流。,10,(三)保护电压互感器的熔断器熔体电流的选择,由于电压互感器二次侧的负荷很小,因此保护高压电压互感器的RN2型熔断器的熔体额定电流一
4、般为0.5A,熔断器的选择与校验,选择熔断器应满足的条件,额定电压不低于线路的额定电压,额定电流应不低于它所装熔体的额定电流,类型应符合安装条件及被保护设备对保护的技术要求,11,非限流式熔断器,具有断流能力上下限的熔断器,其断流能力的上下限应满足,断流能力的校验,限流式熔断器,对中性点不接地的电力系统,12,6.2.4 熔断器保护灵敏度的检验,为了保证熔断器在其保护区内发生短路故障时可靠地熔断,按规定,熔断器保护的灵敏度应满足下列条件:,式中 IN.FE为熔断器熔体的额定电流;Imin为熔断器保护线路末端在系统最小运行方式下的最小短路电流;K为比值,见下表,13,前后熔断器之间的选择性配合,
5、前后熔断器的选择性配合,就是要求在线路发生故障时,靠近故障点的熔断器首先熔断,切断故障部分,从而使系统的其他部分恢复正常运行。,按熔断器的保护特性曲线来检验选择性,t前3t后,另外一般只有前一熔断器的熔体电流大于后一熔断器的熔体电流23级以上,才有可能保护其动作的选择性,14,因此由附录表10-1,可选RT-100,即,,而熔体选。,例,有一台Y型电动机,其额定电压为380V,额定功率为18.5KW,额定电流为35.5A,起动电流倍数为7。现拟采用BLV型导线穿焊接钢管敷设。该电动机采用RT0型熔断器短路保护,短路电流 最大可达13KA。试选择熔断器及其熔体的额定电流,并选择导线截面和钢管直径
6、(环境温度为30),解:,(1)选择熔体及熔断器的额定电流,15,按发热条件选择,查附录表19-2得A102的BLV型铝芯塑料线三根穿钢管时,(2)校验熔断器的断流能力,查附录表10-1,得RT100型熔断器的,其断流能力满足要求。,(3)选择导线截面和钢管直径,满足发热条件,相应选钢管SC20。,16,校验机械强度,查附录表15知,穿管铝芯线的最小截面为2.52。现A10 2,故满足机械强度要求。,(4)校验导线与熔断器保护的配合,假设该电动机安装在一般车间内,熔断器只作短路保护用,因此导线与熔断器保护的配合条件为,现,故满足熔断器保护与导线的配合要求。,17,6.3 低压断路器保护,低压断
7、路器在低压配电统中的配置,通常有三种方式,单独接低压断路器或低压断路器一刀开关的方式,18,低压断路器与磁力起动器或接触器配合的方式,低压断路器与熔断器配合的方式,19,(二)低压断路器过流脱扣器动作电流的整定 1.瞬时过流脱扣器动作电流的整定 瞬时过流脱扣器的动作电流IOP(0)应躲过线路的尖峰电流IPk,即,低压断路器脱扣器的选择和整定,(一)低压断路器过流脱扣器额定电流的选择 过流脱扣器(over-current release)的额定电流IN.OR应不小于线路的计算电流I30,即:,式中,Krel为可靠系数。,20,3.长延时过流脱扣器动作电流和动作时间的整定 长延时过流脱扣器主要用来
8、保护过负荷,因此其动作电流Iop(l)只需躲过线路的最大负荷电流,即计算电流I30。,2.短延时过流脱扣器动作电流和动作时间的整定 短延时过流脱扣器的动作电流IOP(s)应躲过线路短时间出现的负荷尖峰电流,即:,式中,Krel为可靠系数,一般取1.2。,式中,Krel为可靠系数,一般取1.1。,21,4.过流脱扣器与被保护线路的配合要求 低压断路器过流脱扣器的动作电流Iop还应满足条件:,式中,Ial为绝缘导线和电缆的允许载流量;KOL为绝缘导线和电缆的允许短时过负荷系数。,22,2.热脱扣器动作电流的整定 热脱扣器动作电流Iop.TR,(三)低压断路器热脱扣器的选择和整定 1.热脱扣器额定电
9、流的选择 热脱扣器(thermal release)的额定电流IN.TR应不小于线路的计算电流I30,即:,式中,Krel为可靠系数,可取1.1。,23,低压断路器的选择与校验,选择低压断路器应满足的条件,)低压断路器的额定电压应不低于保护线路的额定电压,2)低压断路器的额定电流不小于它所安装的脱扣器的额定电流,)低压断路器的类型应符合安装条件、保护性能及操作方式的要求。,24,)对动作时间在0.02及以下的塑壳式(型)断路器,其极限分段电流oc或oc应不小于通过它的最大三相短路冲击电流,低压断路器还必须进行断流能力的校验,)对动作时间在0.02以上的万能式(型)断路器,其极限分断电流oc应不
10、小于通过它的最大三相短路电流周期分量有效值,即,25,低压断路器过电流保护灵敏度的校验,op为瞬时或短延时过流脱扣器的动作电流;,k.min为其保护线路末端在系统最小运行方式下的单相短路电流(对和系统)或两相短路电流(对系统);,为灵敏系数的最小比值,一般取1.3,26,6.4 常用的保护继电器,概述,继电器是一种在其输入的物理量(电气量或非电气量)达到规定值时,其电气量输出电路被接通或分断的自动电器。,保护继电器按其在继电保护装置电路中的功能分,有“测量继电器”和“有或无继电器”两大类。,测量继电器装设在继电保护装置电路的第一级,用来反应被保护元件(电气设备或线路)的特性量变化情况。当其特性
11、量达到预先整定的动作值时即行动作,在保护装置中属于主保护,或称起动继电器。,27,有或无继电器是一种只按电气量是否在其工作范围内或者是否为零时而动作的电气继电器,包括时间继电器、中间继电器、信号继电器等,在继电保护装置中用来实现特定的逻辑功能,属于辅助继电器,过去也称为逻辑继电器。,保护继电器按其组成元件分,有机电型、晶体管型和微机型三类。由于机电型继电器具有可靠、便于维修和调试等优点,因此我国企业供电系统目前仍以传统的机电型继电器为主。,机电型继电器按其结构原理分,有电磁式和感应式继电器。,28,保护继电器按其反应的物理量分,有电流继电器、电压继电器、功率继电器、瓦斯继电器、欠电压(低电压)
12、继电器等。,保护继电器按其在保护装置中的功能分,有起动继电器、时间继电器、信号继电器、中间继电器(或称出口继电器)等。下图是过电流保护的框图。,当线路上发生短路时,起动用的电流继电器KA瞬时动作,使时间继电器KT起动。KT经整定一定时间后,接通信号继电器KS和中间(出口)继电器KM。KM就接通断路器QF的跳闸回路,使断路器跳闸,从而切除短路故障。,29,转动舌片式电磁型继电器.swf,30,吸引衔铁式电磁型继电器.swf,31,螺管线圈式电磁型继电器.swf,32,电磁式电流继电器和电压继电器在继电保护装置中均为起动元件,属测量继电器。常用的DL-10系列电磁式电流继电器的基本结构如图所示。过
13、电流继电器线圈中的使继电器动作的最小电流,称为继电器的“动作电流”,用Iop表示。过电流继电器线圈中的使继电器由动作状态返回到起始位置的最大电流,称为继电器的“返回电流”,用Ire表示。继电器的返回电流与动作电流的比值,称为继电器的“返回系数”,用Kre表示,6.4.2 电磁式电流继电器和电压继电器,33,电磁式电流继电器的动作电流有两种调节方法:(1)平滑调节(2)级进调节,低电压继电器的动作电压Uop,为其线圈上的使继电器动作的最高电压;其返回电压Ure,为其线圈上的使继电器由动作状态返回到起始位置的最低电压。低电压继电器的返回系数Kre=Ure/Uop1,一般Kre为1.25。越接近于1
14、,说明继电器越灵敏。,34,电磁式时间继电器,电磁式时间继电器在继电保护装置中,用来获得所需要的延时(时限),它属于机电式有或无继电器。常用的DS-110/120系列电磁式时间继电器的基本结构实物。DS-110系列用于直流,DS-120系列用于交流。DS-110/120系列电磁式时间继电器的内部结线及其图形符号和文字符号,如下图所示。,35,36,电磁式信号继电器在继电保护装置中用来发出指示信号,以提醒运行值班人员注意。它也属于机电式有或无继电器。常用的DX-11型电磁式信号继电器有电流型和电压型两种:电流型信号继电器的线圈为电流线圈,串联在二次回路内,由于其阻抗小,不影响其他二次回路元件的动
15、作;电压型信号继电器的线圈为电压线圈,阻抗大,只能并联在二次回路中。DX-11型电磁式信号继电器的基本结构如图所示。,电磁式信号继电器,37,38,电磁式中间继电器,电磁式中间继电器在继电保护装置中用作辅助继电器,以弥补主继电器触点数量或触点容量的不足。中间继电器也属机电式有或无继电器。,39,在工厂供电系统中,广泛采用感应式电流继电器来实现过电流保护和电流速断保护。由于感应式电流继电器兼有上述电磁式电流继电器、时间继电器、信号继电器和中间继电器的功能,从而可大大简化继电保护装置。感应式电流继电器属测量继电器。常用的GL-10/20系列感应式电流继电器的基本结构如图所示。,感应式电流继电器,4
16、0,41,感应式电流继电器的工作原理与感应式有功电能表一样。两个交变磁通 与 穿过可动的铝盘,分别在铝盘中感应出涡流I1和I2,在交变主磁通和铝盘中的涡流相互作用下,铝盘就要受到电磁力及电磁转矩,所以铝盘就能绕轴转动。感应式电流继电器的工作原理可用图6-16来说明。当线圈1有电流IKA通过时,电磁铁2在短路环3的作用下,产生相位一前一后的两个磁通 与,穿过可动的铝盘4。则作用在铝盘上的电磁转矩为式中 与 间的相位差;常数。上式通常称为感应式仪表的基本转矩方程。,42,由于1IKA,2IKA,而 为常数,因此。铝盘在转矩作用下转动后,铝盘切割制动永久磁铁8的磁通,在铝盘中产生涡流,这涡流又与永久
17、磁铁的磁通作用,产生一个与 反向的制动转矩,与铝盘转速 成正比,即。当铝盘转速n增大到某一定值 这时铝盘匀速转动。,1线圈 2电磁铁 3短路环 4铝盘 5钢片6铝框架 7调节弹簧 8制动永久磁铁图6-16 感应式电流继电器的工作原理,43,继电器的铝盘在上述 和 的共同作用下,铝盘受力有使框架6绕轴顺时针偏转的趋势,但受到弹簧7的阻力。,当继电器线圈电流增大到继电器的动作电流值Iop时,铝盘受到的力也增大到可克服弹簧阻力的程度,这时铝盘4带动铝框架前偏,使蜗杆10与扇形齿轮9啮合,这就叫做继电器动作。由于铝盘4继续转动,使扇形齿轮沿着蜗杆上升,最后使触点12切换,同时使信号牌掉下,从观察孔内可
18、看到红色或白色的信号指示,表示继电器已经动作。,44,通入继电器线圈的电流越大,铝盘转得越快,扇形齿轮沿蜗杆上升的速度也越快,因此动作时间越短,这就是感应式电流继电器的“反时限特性”,如下图所示曲线的abc部分为其反时限特性曲线。当流入继电器线圈的电流继续增大到预先整定的速断电流Iqb时,,电磁铁2瞬时将衔铁15吸下,使触点12切换,即瞬动元件(电磁元件)起动,这就是“瞬时速断特性”继电器的电流时间特性如右图中曲线的bbd部分。,45,动作特性曲线上对应于开始速断时间tqb的动作电流倍数,称为速断动作电流倍数。即,GL-10、20系列速断特性的动作电流倍数nqb为整定动作电流Iop的(28)倍
19、。,速断电流的含义就是指继电器线圈中使速断元件动作的最小电流,46,动作电流和时限的调节,继电器的动作电流(整定电流)Iop,可利用插销16改变线圈匝数来进行级进调节,也可利用调节弹簧7的拉力来进行平滑的细调。继电器的速断电流倍数nqb,可利用螺钉14改变衔铁15与电磁铁2之间的气隙来调节。气隙越大,nqb越大。,继电器感应元件的动作时间(动作时限),是利用螺杆13来改变扇形齿轮顶杆行程的起点,以使动作特性曲线上下移动。不过要注意,继电器动作时限调节螺杆的标度尺,是以10倍动作电流的动作时间来刻度的,也就是标度尺上所标示的动作时间,是继电器线圈通过的电流为其整定的动作电流10倍时的动作时间。因
20、此继电器的实际动作时间,与实际通过继电器线圈的电流大小有关,需从相应的动作特性曲线上去查得。,47,6.5 工厂高压线路的继电保护,概述,按GB 500621992电力装置的继电保护和自动装置设计规范规定,对3kV66kV电力线路,应装设相间短路保护、单相接地保护和过负荷保护。,继电保护装置的接线方式,保护装置的接线方式是指起动继电器与电流互感器之间的连接方式。35kV及以下高压线路的过电流保护装置,通常采用两相两继电器式和两相一继电器式两种接线方式。,48,两相两继电器式接线,接线系数,49,2、两相一继电器式(差接式),(主要用于高压电动机保护),接线系数,50,两相电流差接线在不同短路形
21、式时电流相量图,(a)三相短路,(b)A、C两相短路,(c)A、B两相短路,51,继电保护装置的操作方式,操作电源:直流电源、交流电源,投资少、运行维护方便、二次回路简单可靠,交流操作电源供电的继电保护装置主要有两种操作方式:直接动作式、“去分流跳闸”的操作方式,52,1、直接动作式,2、“去分流跳闸”的操作方式,53,6.5.4 带时限的过电流保护,带时限的过电流保护,按其动作时限特性分,有定时限过电流保护和反时限过电流保护两种。定时限就是保护装置的动作时限是按预先整定的动作时间固定不变的,与短路电流大小无关;而反时限就是保护装置的动作时限原先是按10倍动作电流来整定的,而实际的动作时间则与
22、短路电流呈反比关系变化,短路电流越大,动作时间越短。,54,1、定时限过电流保护装置的组成和原理,55,2、反时限过电流保护装置的组成和原理,反时限过电流保护装置由GL型感应式电流继电器组成,其原理如图所示。,56,3、过电流保护动作电流的整定,动作电流的整定必须满足下面两个条件。,(2)保护装置的返回电流Ire也应该躲过线路的最大负荷电流IL.max,以保证保护装置在外部故障部分切除后,能可靠地返回到原始位置,避免发生误动作。,(1)线路通过最大负荷电流(包括正常过负荷电流和尖峰电流)时保护装置不应起动,动作电流必须躲过(大于)线路的最大负荷电流IL.max。,57,(a)电路,(b)定时限
23、,(c)反时限,58,过电流保护动作整定公式:,Krel保护装置的可靠系数,Kw保护装置的接线系数,IL.max线路的最大负荷电流(含尖峰电流),Ki 电流互感器的变比,Kw 保护装置的接线系数,如果用断路器手动操作机构中的过电流脱扣器作过电流保护,则脱扣器动作电流应按下式整定,Krel脱扣器的可靠系数,可取22.5,这里已考虑了 脱扣器的返回系数。,59,4、过电流保护动作时限的整定,为了保证前后两级保护装置动作的选择性,过电流保护装置的动作时间(也称动作时限),应按“阶梯原则”进行整定。,对于定时限过电流保护,可取t=0.5s;对于反时限过电流保护,可取t=0.7s。,定时限过电流保护的动
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