Микропроцессорные защиты

Кафедра автоматизированных систем электроснабжения

 

ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Электрические и электронные аппараты»

(ГОС – 2000)

 

для студентов всех форм обучения

специальностей 140610.65 Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений (181300) и 140604.65 Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов(180400)

 (электротехника, электромеханика и электротехнологии)

 

 

Екатеринбург 2012

Задания и методические указания для выполнения практических работ по дисциплине «Электрические и электронные аппараты» для студентов всех форм обучения специальностей 140610.65 Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений (181300) и 140604.65 Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов(180400) (электротехника, электромеханика и электротехнологии). Екатеринбург, ФГАОУ ВПО «Рос. гос. проф.-пед. ун-т», 2012. 12 с.

 

Составитель: к.п.н., доцент                                Е.Д. Тельманова

 

Одобрены на заседании кафедры автоматизированных систем электроснабжения. Протокол от 12.01.2012, № 5.

 

Зав. кафедрой

автоматизированных

систем электроснабжения                                      С.В. Федорова

 

Рекомендованы к печати методической комиссией Института электроэнергетики и информатики РГППУ

Протокол от 16.01.2012, № 4.

 

Зам. председателя методической

комиссии ЭлИн РГППУ                                           А.А. Карпов

                                                                                                                

 

©	© ФГАОУ ВПО «Российский государственный профессионально-педагогический университет», 2012

                                               © Е.Д. Тельманова

Введение

В ходе практических работ по дисциплине «Электрические и электронные аппараты» выполняется исследование микропроцессорных устройств релейной защиты и автоматики.

Релейная защита и автоматика (РЗА) – это комплекс устройств, предназначенных для быстрого (при повреждениях) выявления и отделения от электроэнергетической системы повреждённых элементов этой электроэнергетической системы в аварийных ситуациях с целью обеспечения нормальной работы ее исправной части. Действия средств релейной защиты организованы по принципу непрерывной оценки технического состояния отдельных контролируемых элементов электроэнергетических систем. Релейная защита (РЗ) осуществляет непрерывный контроль состояния всех элементов электроэнергетической системы и реагирует на возникновение повреждений и ненормальных режимов. При возникновении повреждений релейная защита должна выявить повреждённый участок и отключить его от электроэнергетической системы.

Требования к релейной защите:

1. Быстродействие — это свойство релейной защиты, характеризующее скорость выявления и отделения от электроэнергетической системы повреждённых элементов. Показателем быстродействия является время срабатывания защиты — это интервал времени от момента возникновения повреждения до момента отделения от сети повреждённого элемента.

2. Селективность — свойство релейной защиты, характеризующее способность выявлять поврежденный элемент электроэнергетической системы и отключать этот элемент только ближайшими к нему выключателями. Это позволяет локализовать повреждённый участок и не прерывать нормальную работу других участков сети.

3. Чувствительность — это свойство, характеризующее способность релейной защиты выявлять повреждения в конце установленной для неё зоны действия в минимальном режиме работы энергосистемы.

4. Надежность — это свойство, характеризующее способность релейной защиты действовать правильно и безотказно во всех режимах контролируемого объекта при всех видах повреждений и ненормальных режимов, для которых данная защита предназначена, и не действовать в нормальных условиях, а также при таких повреждениях и нарушениях нормального режима, при которых действие данной защиты не предусмотрено.

 

Эволюция элементной базы релейной защиты и автоматики

 

В настоящее время до сих пор эксплуатируются электромеханические защитные устройства, которые обладают следующими недостатками:

1. Большие габариты, следовательно, большие релейные залы и увеличение строительной части.

2. Большое количество использования медных кабелей и перегрузка источников питания.

3. Большая номенклатура изделий (каждое изделие для своей цели).

4. Трудоемкость обслуживания (регулировка реле).

5. Большое число запчастей и запасных реле, которые необходимо иметь.

6. Низкая точность срабатывания из-за высокой температуры и частотной зависимости.

7. Зависимость надежности реле от механических элементов.

8. Отсутствие информации о рабочем состоянии реле в период эксплуатации.

Для преодоления этих негативных факторов появились качественно новые решения, особенно когда появились полупроводниковые приборы. Однако использование полупроводников в реле строении вызвало ряд новых проблем:

1. Низкая помехозащищенность

2. Плохая взаимозаменяемость элементов, из-за разброса параметров. Поэтому полупроводниковые устройства РЗ и автоматики на сегодняшний день вытесняются устройствами, выполненными на основе интегральных микросхем.

Однако использование таких панелей имеет следующие недостатки:

1. Сохранились больше габариты.

2. Сохранилась функциональная разобщенность устройств и элементов РЗА.

3. Увеличилось количество коммутирующих связей между устройствами, следовательно, риск ошибок оперативного персонала.

4. Узкая специализация сохранилась

5. Сохранилась система периодического технического обслуживания.

Революционный скачок в релестроении возник, когда начались промышленно изготавливаться микросхемы и микропроцессоры.

 

Микропроцессорные защиты

 

Большинство фирм производителей прекращают выпуск электромеханических реле и устройств и переходят на цифровую элементную базу. Переход на новую элементную базу не приводит к изменению принципов релейной защиты и электроавтоматики, а только расширяет ее функциональные возможности, упрощает эксплуатацию и снижает стоимость. Именно по этим причинам микропроцессорные реле очень быстро занимают место устаревших электромеханических и микроэлектронных.

Основные характеристики микропроцессорных защит значительно выше микроэлектронных, а тем более электромеханических. Так, мощность, потребляемая от измерительных трансформаторов тока и напряжения, находится на уровне 0,1—0,5 ВА, аппаратная погрешность — в пределах 2—5%, коэффициент возврата измерительных органов составляет 0,96—0,97.

Мировыми лидерами в производстве микропроцессорной защиты и автоматики являются европейские концерны ALSTOM (AREVA), ABB и SIEMENS. Общим является все больший переход на цифровую технику. Цифровые защиты, выпускаемые этими фирмами, имеют высокую стоимость, которая, впрочем, окупается их высокими техническими характеристиками и многофункциональностью.

Переход на цифровые способы обработки информации в устройствах РЗА не привел к появлению каких-либо новых принципов построения защиты электроустановок, но существенно улучшил эксплуатационные качества реле.

Современные цифровые устройства РЗА интегрированы в рамках единого информационного комплекса функций релейной защиты, измерения, регулирования и управления электроустановкой. Такие устройства в структуре автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) энергетического объекта являются оконечными устройствами сбора информации. В интегрированных цифровых комплексах РЗА появляется возможность перехода к новым нетрадиционным измерительным преобразователям тока и напряжения – на основе оптоэлектронных датчиков, трансформаторов без ферромагнитных сердечников и т. д. Эти преобразователи технологичнее при производстве, обладают очень высокими метрологическими характеристиками, но имеют малую выходную мощность и непригодны для работы с традиционной аппаратурой.

Микропроцессорное устройство релейной защиты и автоматики (МПУ РЗА) — устройство релейной защиты, реализованное на основе микропроцессорных элементов. Помимо основной функции — аварийного отключения энергетических систем, МПУ РЗА имеют дополнительные функции по сравнению с устройствами релейной защиты других типов (например, электромеханическими реле) по регистрации аварийных ситуаций.

Первое поколение МПУ РЗА копировало своих предшественников (электромеханические устройства и полупроводниковые), т.е. каждое устройство имело узкую специализацию, такая узкая специализация устройств никого не устраивала, т.е. к микропроцессорным устройствам защиты предъявлялись следующие требования защиты:

· Объединение единичных функций.

· Повышение точности селективности, гибкости релейной защиты и автоматики.

· Адаптируемость к режимам энергосистемы, отличным от номинальных, т.е. анормальные режимы.

· Возможность координации управления и защиты в пределах объекта.

Ведущие европейские фирмы (Siemens, ABB) при разработке микропроцессорных устройств РЗА выдвинули единые требования, предъявляемые при их производстве:

1. РЗ каждой фирмы должна выполняться на собственных аппаратных и программных средствах и должна функционировать как в составе комплексов управления защит, так и индивидуально.

2. РЗ любой фирмы должна работать с одним языком и протоколом обмена, иметь связь с измерительными трансформаторами, выключателями, с комплексом управления и информационной сетью.