Вивчення та дослідження мікроелектронного реле РС-80М2

Кабінет Міністрів України Національний університет біоресурсів і природокористування України Навчально-науковий інститут енергетики і автоматики Кафедра електропостачання

Релейний захист і автоматика

(спецкурс)

Лабораторний практикум

Для студентів

ОКР «Магістр» зі спеціальностей:

«Енергетика і електротехнічні системи АПК»

та «Електротехнічні системи електроспоживання»

Київ 2011

УДК 621.331

ББК 31.27

Ф 49

Методичні вказівки та поради до лабораторних робіт з дисципліни «Релейний захист і автоматика розподільних електричних мереж» для студентів магістерської програми зі спеціальності 8.100.101 «Енергетика і електротехнічні системи АПК» та «Електротехнічні системи електроспоживання «.

Укладач: к.т.н., професор Резніченко Т.П.

Рецензенти: к.т.н., професор Лут М.Т.

Видання здійснено за авторським редагуванням.

Відповідальний за випуск професор Резніченко Т.П.

Вступ Релейний захист — це специфічний вид електроавтоматики. Призначенням релейного захисту є локалізація пошкоджень, попередження або скорочення збитків в електричних мережах внаслідок коротких замикань, аномальних режимів роботи окремих елементів, забезпечення стійкості, надійності та «живучості» систем електропостачання.

Являючись складовою частиною комплексу пристроїв автоматики, релейний захист має свою специфіку, що виділяє його в самостійний науковий та науково-технічний напрямок, основи якого базуються на фундаментальних положеннях теорії стаціонарних та нестаціонарних електромагнітних процесів, теорії надійності, математичної логіки, електроніки та мікроелектроніки. Відповідно до вимог ПУЕ релейний захист являється обов’язковою частиною всіх електроенергетичних установок (об'єктів, систем) напругою 1000 В і вище. Релейний захист має особливо важливе і самостійне функціональне призначення, являє собою складну інформаційну систему, що складається з комплексу взаємозв'язаних електромагнітних, електронних і мікроелектронних пристроїв та систем (блоків)живлення.

Останнє десятиліття характеризується появою ряду нових технічних рішень і пристроїв захисту на мікропроцесорній основі: МІСОМ, Р122, SРАК-801, МРЗС-05,РЗЛ-01 тощо. Ці пристрої релейного захисту мають високу надійність, чутливість і швидкодію. Системи релейного захисту на базі цих пристроїв мають дещо підвищену складність і вимагають більш високої кваліфікації технічного персоналу та спеціального оснащення для проведення робіт з наладки і технічного обслуговування. Метою спецкурсу «Релейний захист і автоматика» являється формування у студентів знань, умінь і уявлень з питань теорії та практики застосування релейного захисту в розподільних електричних мережах.

Перед початком виконання кожної роботи студент знайомиться з обладнанням і пристроями лабораторної установки, записує їх паспортні дані та оцінює діапазон параметрів спрацювання захистів.

Лабораторна робота № 1

Вивчення та дослідження мікроелектронного реле РС-80М2

1. Призначення та основні функції реле.

2. Принцип дії, особливості конструкції та характеристики реле.

3. Дослідження характеристик спрацювання реле.

4. Процедура зміни установок спрацювання реле в процесі наладки і експлуатації.

Таблиця 1.1. Паспортні дані пристроїв і обладнання лабораторної установки Призначення, будова та основні функції реле

1. Мікроелектронне статичне реле РС-80М призначене для використання в схемах РЗА розподільних електричних мереж напругою 6… ЮкВ від між фазних к.з. та перевантажень.

Реле РС-80М є функціональним аналогом електромеханічних реле серій РТ-80(90) і забезпечує:

— максимальний струмів захист (МСЗ) з незалежною та двома залежними характеристиками спрацювання;

— струмову відсічку з витримкою часу 70−100мс або 150−200мс;

— можливість виведення струмової відсічки з передньої панелі або дистанційно.

Мал. 1.2. Загальний вид та конструктивні елементи передньої панелі РС-80М.

Функціональна схема реле представлена на мал. 1.3.

Значення уставок струму спрацювання, витримки часу, кратності струму відсічки, їх кількість і дискретність наведені в табл. 1.2.

Мал.1.3. Функціональна схема реле РС-80М2

ТС — трансформатор струму, С — конденсатор, ВП — випрямляч, ПН — підсилювач напруги, ДЖ — джерело живлення, ФУ1, ФУв, ФУt — формувачі уставок струму, відсічки і часу відповідно, ФНЧ — фільтр нижніх частот, ФП1, ФП2 — функціональні перетворювачі, S — перемикач характеристик спрацювання, ДОН — джерело опорної напруги, К1, К2, К3 — компаратори напруги, І - інтегратор, R1… R4 — резистори, Sv1, Sv2 — ключі напруги, VS1 -тріак, 2, 4, 8, 10, 16, 18, 22, 24 — клеми для підключення, Релектромеханічне реле.

Таблиця 1.2. Значення уставок по І і t

Реле РС 80 М2−1,3,5,7, РС 80МЗ містять 2 перемикаючих вихідні контакта (ВЫХОД 1, ВЫХОД 2).

Реле РС80М2−2,6,4,8 містять 2 групи вихідних контактів (ВЫХОД 1, ВЫХОД 2), кожна із яких складається із одного перемикаючого і одного замикаючого (нормально розімкнутого — далі НР) контакту.

Реле РС 80М2−9,10,16,17 містять 2 перемикаючих вихідних контактів (ВЫХОД 1, ВЫХОД 2) і групу сигнальних контактів (ВЫХОД 3), яка складається із одного замикаючого (НР) і одного розмикаючого (НЗ) контактів. При цьому група контактів (ВЫХОД 3) являється двостабільною. Спрацювання контактів (ВЫХОД 3) проходить одночасно з спрацюванням контактів (ВЫХОД 2). Повернення у вихідне положення контактів (ВЫХОД 3) проходить тільки після подачі на вхід реле (СБРОС ВЫХОДА) з постійною або змінною напругою значенням 220 В± 20% U ном.

Реле РС80М2−18 містить замикаючий вихідний контакт «ВЫХОД 1» підвищеної потужності. Модифікацікації реле РС80М2 визначаються значенням уставок струму спрацювання, функцією вихідних контактів і наявністю дистанційного блокування відсічки.

Дослідження характеристик спрацювання

1. Задавшись значеннями кратності струму Іо*=2,4,6,8,10 визначте час спрацювання реверс-80М2 та побудуйте незалежну характеристику спрацювання. Порівняйте теоретичну та експериментальну характеристики, оцініть похибку експериментальної характеристики для Іуст =…А:

реле струм установка

2. Задавшись значеннями струму спрацювання МСЗ в діапазоні І кратностей 1; 2; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 4,5; 5 побудуйте залежну нормальну характеристику спрацювання реле. Порівняйте теоретичну та експериментальну характеристики, оцініть похибку експериментальної характеристики для І уст.=…А.

Вибір струму спрацювання захисту за умов відстроювання від струму навантаження не відрізняється від вибору уставок захисту з незалежною характеристикою. Однак вибір уставки за умовами узгодження значно ускладнюється. Захисти повинні бути узгоджені у всіх точках характеристики, тому узгодження краще виконувати графічно. Для цього за наведеними формулами розраховуються декілька точок, які наносяться на графік і через них проводиться крива, і на той же графік наноситься характеристика наступного захисту. Погодження залежного наступного захисту з незалежною характеристикою виконують окремо за струмом і за часом. За часом характеристика погоджується при максимальній величині струму КЗ в місці установки наступного захисту, в ньому час спрацювання захисту з залежною характеристикою має бути на ступінь вищим, ніж уставка за часом попереднього захисту. За струмом узгодження виконується на уставках спрацювання захисту. Як уже говорилося, відношення уставок спрацювання попереднього захисту до уставки наступного має бути > 1,2.

Редагування уставок кратності струмів і виставлення уставок

Редагування уставок відсічки здійснюється за тим же принципом, що і завдання уставок струму. Мінімальна уставка відсічки рівна 2 крат. Набір значення уставки здійснюється в гніздах «ОТСЕЧКА, КРАТ».

Приклади.

1. Для редагування уставки відсічки І0* = 5,25 крат., необхідно вставити перемички в гнізда біля позначень «2», «1», «0,25».

І0* = 2+2+1+0,25=5,25 крат.

2. Для редагування уставки відсічки І0* = 2 крат, встановлювати перемички в гнізда не потрібно.

І0* = 2+0,0 = 2 крат.

3. Для редагування уставки відсічення І0* = 17,75 крат, необхідно вставити перемички в гнізда біля позначень «8», «4», «2», «1», «0,5», «0,25».

І0*= 2+8+4+2+1+0,5+0,25=17,75 крат.

Редагування уставок часу.

Набір здійснюється в гніздах «УСТАВКИ ВРЕМЕНИ, С». Редагування уставок часу здійснюється за тим же принципом, що і редагування уставок струму з тією істотною різницею, що установлена в гніздо перемичка зменшує значення уставки часу на величину, вказану біля цього гнізда, вийнята з гнізда перемичка збільшує значення уставки часу на величину, вказану біля цього гнізда.

Мінімальна уставка часу рівна 0,3с.

Приклади.

1. Для редагування уставки часу tу=4,3с необхідно залишити без перемичок гнізда біля позначень «3,2», «0,8». У решту гнізд необхідно вставити перемички. tу = 0,3+3,2+0,8=4,3 с.

2. Для редагування уставки іу — 25,8 с встановлювати перемички в гнізда не потрібно.

tу = 0,3+12,8+6,4+3,2+1,6+0,8+0,4+0,2+0,1 =25,8 с.

3. Для редагування уставки їу = 0,3 с необхідно вставити перемички у всі гнізда.

tу = 0,3+0,0 =0,3 с.

4. Для редагування уставки tу = 9,7 с необхідно залишити без перемичок гнізда позначені «6,4», «1,6», «0,8», «0,4», «0,2». В решту гнізд необхідно вставити перемички.

tу = 0,3+6,4+1,6+0,8+0,4+0,2 =9,7 с.

Редагування витримки відсічки.

Для редагування витримки відсічки 70−100 мс необхідно вставити перемичку в гніздо з написом «ЗАДЕРЖКА ОТСЕЧКИ». Для редагування витримки відсічки 150−200 мс необхідно вийняти перемичку з гнізда «ЗАДЕРЖКА ОТСЕЧКИ».

При необхідності відключити відсічку, слід вставити перемичку в гніздо «ОТСЕЧКА».

За відсутності перемички в гнізді «ОТСЕЧКА» струмова відсічка функціонує. Реле РС 80М2−1. .8,10 крім того, має можливість дистанційного блокування відсічки.

Дистанційне блокування і блокування з передньої панелі діють відповідно до логічної функції «ИЛИ». При вставленій перемичці в гніздо «ОТСЕЧКА» струмова відсічка реле буде вимкнена незалежно від зовнішнього НР контакту, підключеного до клем 16,18 (13,15-для РС80М2−10). Також, при замиканні зовнішнього НР контакту струмова відсічка реле буде вимкнена від наявності перемички в гнізді «ОТСЕЧКА».

Вибір характеристики спрацювання здійснюється встановленням перемички в одне з гнізд з написом «ЗАВИСИМОСТЬ».

Для вибору незалежної характеристики спрацювання (1) необхідно вставити перемичку в гніздо 1.

Для вибору залежної характеристики спрацювання (2) необхідно вставити перемичку в гніздо 2.

Для вибору залежної характеристики спрацювання (3) необхідно вставити перемичку в гніздо 3.

В процесі експлуатації реле може виникнути необхідність в зміні уставок і характеристик реле. При цьому джерело вхідного струму реле може бути вимкнене або ввімкнене.

3.1. Зміна уставок і характеристик при вимкненому джерелі струму.

Зміна здійснюється відповідно до розділу 2 справжнього технічного опису. Порядок встановлення перемичок в гнізда довільний.

3.2. 3міна уставок і характеристик реле, що знаходиться під струмом.

3.2.1. Зміна уставок відсічки, часу, зміна часу витримки відсічки, ввімкнення або вимкнення блокування відсічки, зміна характеристик спрацювання здійснюється аналогічно п. 3.1.

3.2.2. Зміну уставки струму виконують таким чином:

— визначають відповідно до п. 2.1. розміщення перемичок в гніздах «УСТАВКА ТОКА Іу, А» для нової уставки;

— вставляють в вільні гнізда «УСТАВКИ ТОКА Іу, А» необхідно для нової уставки перемички;

— виймають з гнізд «УСТАВКИ ТОКА Іу, А» непотрібні для нової уставки перемички .

Приклад.

Діапазон уставок 1 — 2,27 А. Стара уставка — 1,24А, нова уставка — 1,12А. Для старої уставки перемички встановлені в гнізда «0,16», «0,08».

1. Визначаємо розміщення перемичок для нової уставки. Перемички повинні бути вставлені в гнізда «0,08», «0,04».

2. Вставляємо перемичку у вільне гніздо «0,04». В результаті, перемички будуть встановлені в гнізда «0,16», «0,08», «0,04».

3. Виймаємо перемичку з гнізда «0,16». Одержуємо розміщення перемичок, відповідно п.1

Додаток 1

Розташування перемичок (поз.8,дод.4) в гніздах УСТАВКИ ЧАСУ залежно від значення уставок струму.

Примітки. «+» перемичка встановлена.

«-"перемичка не встановлена.

Гнізда УСТАВКИ СТРУМУ умовно пронумеровані цифрами 1,2,3,4,5,6,7. Нумерація проведена в напрямку «зверху вниз» (Додаток 4), тобто:

— умовно пронумерованому гнізду 1 відповідає гніздо з найбільшим значенням уставки струму (0,64 А-для діапазону 1−2А, 1,28А — для діапазону 2−4А, 2,56А — для діапазону 4−8А, 5Д2А — для діапазону 8−16А);

— умовно пронумерованому гнізду 7 відповідає гніздо з найменшим значенням уставки часу струму (0,01 Адля діапазону 1−2А; 0,02Адля діапазону 1−2А; ОДА — для діапазону 2−4А; 0,04Адля діапазону 4−8А; 0,08Адля діапазону 8- 16 А).

Додаток 2

б) Розташування перемичок (поз.8,дод.4) в гніздах УСТАВКИ ЧАСУ залежно від значення уставок часу Примітки: «+» перемичка встановлена.

«-"перемичка не встановлена.

Гнізда УСТАВКИ ЧАСУ умовно пронумеровані цифрами 1,2,3,4,5,6,7,8.

Нумерація проведена в напрямку «зверху вниз», тобто:

— умовно пронумерованому гнізду 1 відповідає гніздо з найбільшим значенням уставки часу (12,8 с);

— умовно пронумерованому гнізду 8 відповідає гніздо з найменшим значенням уставки часу (0,1 с).

Додаток З

в) Розташування перемичок (поз.8,дод.4) в гніздах ВІДСІЧКА залежно від значення уставки відсічки.

Додаток 4

Додаток 6

Програма перевірки і настройки Призначення Програма призначена для автоматичної швидкої перевірки статистичних реле максимального струму РС80М2−11,12,13,14,18.

Програма дозволяє здійснити перевірку технічних параметрів реле: струм спрацювання, повернення і коефіцієнт повернення МСЗ;

— струм спрацювання СВ; час спрацювання МСЗ і СВ;

— функцію спрацювання контактів при дешунтуванні;

— час різночасовості пуску і спрацювання МСЗ;

— зняття характеристик спрацювання МСЗ;

— блокування відсічки.

Після закінчення перевірки, програма дозволяє отримати протокол.

Головне вікно програми Головне вікно програми є вікном вводу параметрів і уставок реле.

Графічне завдання уставок. Для зручності, у програмі передбачений альтернативний ввод уставок — графічний.Діапазон уставок вибирається у списку, при цьому перераховуються значення перемичок. Перемичка з чорним фоном — не встановлена, з білим та червоним — встановлена.

Рис. Задавання уставок на передній панелі реле РС-80.

Схема під'єднання реле

Схеми для реле РС80М2−11,12,18 і реле РС80М2−13,14 дані окремо. Схема підключення до реле формується динамічно, виходячи із заданих параметрів реле і умов перевірки.

Схеми під'єднання для реле РС80М2−11,12,18

Схеми задані для реле РС80М2, як найбільш універсального. Відмінності мають місце тільки у назвах номерів клем входів/виходів.

Відмінності для реле РС80М2−11-дискретний вхід РЕТОМ-51 № 1 не використовується. Відмінності для реле РС80М2−18:

— дискретні входи РЕТОМ-51 № 2,3,4,5 не використовуються;

— канали навантаження РЕТОМ-51 иА, ив не використовуються ;

— ВХІД 1 реле під'єднується до дискретного входу РЕТОМ-51 № 1;

— до входу БЛОКУВАННЯ ВІДСІЧКИ під'єднується контактний вихід РЕТОМ-51 № 1.

Всього є шість варіантів під'єднання до реле РЕТОМ 51:

1) Струм перевірки реле не перевищує 20А. При цьому номери клем для під'єднання до каналів струму РЕТОМ вказуються в залежності від обраного в параметрах реле діапазону установок.

Табл.1. Під'єднання входів та виходів при струмі до 20 А

Рис. Схема під'єднання реле РС80М до РЕТОМ-51

2) Струм перевірки більше 20 А і не перевищує 60А. Використовується паралельне під'єднання 3-х джерел струму РЕТОМ-51 почергово до фаз реле. Номери клем для під'єднання до каналів струму РЕТОМ так само вказуються в залежності від обраного в параметрах реле діапазону уставок. В таблиці буде відображатися фаза, вказана в умовах перевірки.

Табл. Під'єднання входів та виходів при струмі до 60 А (до фази, А або С)

Рис. Схема під'єднання реле РС80М до РЕТОМ-51 при використанні 3-х джерел струму в режимі однофазного джерела до 60 А.

3) Струм перевірки більше 60А і не перевищує 100А. При цьому використовується один проміжний трансформатор струму РЕТ -10.

Табл. ід'єднання входів та виходів при струмі до 100 А (до фази, А або С) з використанням PET-10

Рис. Схема під'єднання реле РС80М — 51 з використанням одного ПТС типу PET — 10.

4) Струм перевірки більше 60 А і не перевищує 100А, при цьому використовуються два проміжних трансформатори струму PET-10.

Табл. Під'єднання входів та виходів при струмі до 100 А (до фази, А або С) з використанням PET-10 (під'єднання до обох фазАіС)

Рис. Схема під'єднання реле РС80М до РЕТОМ-51 з використанням 2-х ПТС типу PET-10.

Схема під'єднання для реле РС 80−13,14.

При під'єднанні рєле РС80М2−13-дискретний вхід РЕТОМ-51 № 1 не використовується.

1) Струм перевірки реле не перевищує 20А. При цьому номери клем для під'єднання до каналів струму РЕТОМ-51 вказуються в залежності від вибраного у параметрах реле діапазону установок.

Табл. Під'єднання входів та виходів при струмі до 20 А

Рис. Схема під'єднання реле РС80М до РЕТОМ-51

2) Струм перевірки більше 20А і не перевищує 60А. Використовується паралельне під'єднання 3-х джерел струму РЕТОМ-51 почергово до фаз реле. Номери клем для під'єднання до каналів струму РЕТОМ так само вказуються в залежності від обраного у параметрах реле діапазону уставок. У таблиці буде відображатися фаза, вказана в умовах перевірки.

Табл. Під'єднання входів та виходів при струмі до 60 А (до фази, А або С)

Рис. Схема під'єднання реле РС80М до РЕТОМ-51 при використанні 3-х джерел струму в режимі однофазного джерела до 60А.

3) Струм перевірки більше 60 А і не перевищує 100А, використовується один проміжний трансформатор струму PET-10.

Табл. Під'єднання входів та виходів при струмі до 100 А (до фази, А або С) з використанням PET-10

Рис. Схема під'єднання реле РС80М до РЕТОМ-51 з використанням 1-го ПТС типу PET-10

4) Струм перевірки більше 60 А і не перевищує 100А. При цьому використовуються два проміжних трансформатори струму PET-10.

Табл. Під'єднання входів та виходів при струмі до 100 А з використанням PET-10 (до обох фаз, А і С)

Рис. Схема під'єднання реле РС80М до РЕТОМ-51 з використанням 2-х ПТС типу РЕТ-1.

Завдання параметрів і уставок У випадку, коли уставка відсічки перекриває характеристику МТС, у програмі з’являється наступний напис:

Уставка СВ накладається на характеристику МСЗ.

Рекомендується на час перевірки характеристик вивести СВ з роботи.

Алгоритм визначення струмів спрацювання наступний, пошук виконується від 0,81 уставки до 1,21 уставки з кроком 5% від цього діапазону, після визначення спрацювання крок зменшується до 2,5%.

У випадку, коли уставки відсічки виставляються в межах 100−200А, то перевірити їх з допомогою РЕТОМ-51 важко через високий опір у місці під 'єднання до струмових входів реле. В цьому випадку слід користуватися іншим перевірочним пристроєм, який дозволяє отримати вхідний струм до 200А — У5053, РЕТОМ-11, РЕТОМ-11М та ін. Перед перевіркою необхідно правильно ввести всі уставки!

Після закінчення перевірок на друк видається протокол, куди заносяться результати всіх перевірок з відхиленнями і оцінкою похибки, графіки часово-струмових характеристик з таблицями.

Вид характеристики спрацювання (виданий протокол) подача струму на фазу, А реле:

Вид характеристики спрацювання (виданий протокол) подача струму на фазу С реле: