搜索
供配电工程第6章供配电系统的过电流保护山东农业大学电气工程系2006年9月制作山东农业大学电气工程系第6章工厂供电系统的过电流保护•6.1过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微机继电保护山东农业大学电气工程系序:继电保护的必要性系统运行过程中,故障不可避免!请看一组现场照片:山东农业大学电气工程系35KV高压电缆头击穿山东农业大学电气工程系地线短路烧毁10KV负荷开关山东农业大学电气工程系烧坏的刀开关山东农业大学电气工程系短路烧毁电厂主开关山东农业大学电气工程系35KV开关柜爆炸现场山东农业大学电气工程系•继电保护是变电所二次回路的重要组成部分，也是供电设计的主要内容。本章讲述继电保护的基本知识和理论，继电保护的整定计算方法。第一节过电流保护的任务和要求继电保护装置是能反应供电系统中的电气设备发生故障或不正常工作状态，并能动作于断路器跳闸或启动信号装置发出预报信号的一种自动装置。•一、继电保护的概念山东农业大学电气工程系第一节过电流保护的任务和要求二、继电保护的任务自动地、迅速地、有选择性地将故障元件从供电系统切除，使其他非故障部分迅速恢复正常供电；能正确反应电气设备的不正常运行状态，并根据要求，发出预报信号；山东农业大学电气工程系•三、继电保护的基本原理•四、对继电保护的基本要求测量部分逻辑部分执行部分跳闸发信号故障量整定值选择性速动性灵敏性可靠性山东农业大学电气工程系1．选择性当供电系统发生短路故障时，继电保护装置动作，只切除故障元件，并使停电范围最小，以减小故障停电造成的损失。保护装置这种能挑选故障元件的能力称为保护的选择性。KA1KA2QF1QF2K1WL2WL3WL在图所示系统中，在K点发生短路故障，应由离故障点最近的保护装置2动作，使断路器2QF跳闸，将故障线路2WL切除，线路1WL和3WL仍继续运行。山东农业大学电气工程系2．速动性注意：必须在满足选择性的基础上Why?!发生故障时，继电保护应该尽快地动作切除故障，减小故障引起的损失，提高电力系统的稳定性。为了减小由于故障引起的损失，减少用户在故障时低电压下的工作时间，以及提高电力系统运行的稳定性，要求继电保护在发生故障时尽快动作将故障切除。山东农业大学电气工程系3．灵敏性继电保护装置的灵敏性以灵敏系数SP来衡量。灵敏度愈高，反应故障的能力愈强。灵敏性是指继电保护在其保护范围内，对发生故障或不正常运行状态的反应能力在继电保护的保护范围内，不论系统的运行方式、短路的性质和短路的位置如何，保护都应正确动作。山东农业大学电气工程系（2）对于反应故障时参数量降低的保护装置例如：低电压保护的灵敏系数为SP＝Uop／UK·maxUK·max——保护区内故障的最大残压值思考故障点位于何处?（1）对于反应故障时参数量增加的保护装置例如：过电流保护的灵敏系数为·minkpopISKIIk·min---保护装置在保护区内在电力系统最小运行方式下的最小短路电流。山东农业大学电气工程系4．可靠性继电保护装置在其所规定的保护范围内发生故障或不正常工作时，一定要准确动作，即不能拒动；不属其保护范围的故障或不正常工作时，一定不要动作，即不能误动。另外：还要考虑经济性目标：技术上安全可靠，经济上合理山东农业大学电气工程系五、工厂供电系统的过电流保护的类型•1、熔断器保护；•2、低压断路器保护；•3、继电保护；1、熔断器保护是最早的、也是最古老的继电保护方式；适用于高低压供电系统。简单,经济,应用广泛;但断流能力较小,选择性差熔体熔断后需更换。山东农业大学电气工程系2、低压断路器保护也称为一次式或直动式继电器，在低压电力线路上应用广泛；3、高压线路的继电保护方式很多，主要有：三段式电流保护、距离保护、高频保护（短线路的纵联差动保护）、零序电流保护等）。山东农业大学电气工程系六、学习继电保护应注意的几个问题•1、理解各类保护的原理；•2、理解各类保护的作用（也就是要知道保护装置所反映的故障类型）；•3、对各类保护的整定计算有一定认识。本节结束山东农业大学电气工程系一、熔断器在供电系统中的配置图6-1主要考虑:选择性、经济性(一)保护线路的熔断器熔体电流的选择条件:★1.躲过线路的计算电流：IN·FE≥I30★2.躲过线路的尖峰电流：IN·FE≥KIpk-------K为小于1的计算系数6.2熔断器保护二、熔断器熔体电流的选择山东农业大学电气工程系《通用用电设备配电设计规范》（GB50055—93）熔断体的额定电流应大于电动机的额定电流，且其安秒特性曲线计及偏差后略高于电动机起动电流和起动时间的交点。K系数的取值范围线路情况起动时间K值单台电动机3s以下0.25～0.353～8s（重载起动）0.35～0.58s以上及频繁起动、反接制动0.5～0.6多台电动机按最大一台电动机起动情况0.5～1I30与Ipk较接近时1山东农业大学电气工程系(一)保护线路的熔断器熔体电流的选择条件:★3.熔断器保护还应考虑与被保护线路配合，在被保护线路过负荷或短路时能得到可靠的保护，还应满足下式条件：IN·FE≤KOLIal式中----Ial为绝缘导线和电缆允许载流量；-----KoL为绝缘导线和电缆允许短时过负荷系数。当熔断器作短路保护时，绝缘导线和电缆的过负荷系数取2.5，明敷导线取1.5；当熔断器作过负荷保护时，各类导线的过负荷系数取0.8～1，对有爆炸危险场所的导线过负荷系数取下限值0.8。山东农业大学电气工程系(二)保护电力变压器（高压侧）熔断器熔体电流的选择考虑到变压器的正常过负荷能力（20%左右）、变压器低压侧尖峰电流及变压器空载合闸时的励磁涌流，熔断器熔体额定电流应满足：IN·FE=（1.5~2）I1N.T(三)保护电压互感器的熔断器熔体电流的选择选择RN2型专用熔断器作电压互感器短路保护，其熔体额定电流为0.5A·0.5NFEIA山东农业大学电气工程系(四)保护并联电容器的熔断器IN.FE=KIN.CIN.C—电容器额定电流K—高压跌落式熔断器：1.2~1.3限流式熔断器，一台电容器时：1.5~2.0一组电容器时：1.3~1.8山东农业大学电气工程系山东农业大学电气工程系山东农业大学电气工程系山东农业大学电气工程系6.2熔断器保护三、熔断器保护灵敏度校验·min·kpNFEISKIIk·min熔断器保护线路末端在最小运行方式下的最小短路电流。对于中性点直接接地系统为Ik(1)，中性点不接地系统为Ik(2)。山东农业大学电气工程系四、熔断器的选择与校验★⑴根据工作环境条件要求选择熔断器的型号；★⑵熔断器额定电压应不低于保护线路的额定电压；★⑶熔断器的额定电流应不小于其熔体的额定电流，即IN·FU≥IN.FE★⑷校验断流能力：有限流能力（RN、RT0型）(3)OCkII(3)OCshII无限流能力（RW、RM型）山东农业大学电气工程系五、前后熔断器之间的选择性配合图6-3低压线路中，熔断器较多，前后级间的熔断器在选择性上必须配合，以使靠近故障点的熔断器最先熔断。★实际的熔断时间与标准保护特性曲线查得的时间可有±30%～±50%的误差，所以必须满足t13t2一般前级熔断器的熔体电流应比后级大2～3级。本节结束山东农业大学电气工程系一、低压断路器的种类和类型1.按用途常分为：①配电用断路器；②电动机保护用断路器;③照明用断路器;④漏电保护用断路器。2.按结构型式分有两大类。塑壳式框架式6.3低压断路器保护山东农业大学电气工程系3.按功能分为：6.3低压断路器保护短路瞬时保护过流保护：(三段保护)短路短延时保护短路保护过载长延时保护失压(欠压)保护★⑴断路器保护功能：低压断路器三段保护功能类似于高压系统中的电流速断,带时限过电流及过负荷保护.山东农业大学电气工程系★⑵低压断路器保护功能的实现低压断路器保护功能的实现是借助于不同类型的脱扣器完成的.6.3低压断路器保护瞬时(动作)过流脱扣器过流脱扣器：短延时(动作)过流脱扣器短路保护长延时(动作)过流脱扣器过载保护(智能型)框架式低压断路器功能最强,通常设置三种类型的过流脱扣器,即山东农业大学电气工程系6.3低压断路器保护其长延时动作过流脱扣器动作电流值，可按一定步距在其额定电流（称为过流脱扣器额定电流用IN.OR表示）以下一定范围内调整；瞬时(动作)过流脱扣器和短延时(动作)过流脱扣器动作电流值可按过流脱扣器额定电流的倍数（一般为整数）整定(智能型)框架式低压断路器动作电流整定特点山东农业大学电气工程系6.3低压断路器保护电磁脱扣器---实现瞬时动作瞬时动作短路保护热脱扣器---实现长延时动作长延时动作过载保护塑壳式低压断路器,通常设置两种类型的过流脱扣器,即(热动型)复式脱扣器可实现:其长延时动作电流(调整极不方便)的整定,实质是选择热脱扣器的额定电流(用IN.TR表示),而热脱扣器的额定电流是一组不连续的系列值------不可调(或不便调)!瞬时动作电流则按热脱扣器额定电流的(整数)倍数选择-----即也不连续!山东农业大学电气工程系6.3低压断路器保护欠压脱扣器---实现欠压(失压)保护分励脱扣器---实现远程自动控制塑壳式低压断路器中已有电子式,其动作电流具有一定的可调性塑壳式框架式均可根据需要装设:山东农业大学电气工程系二、低压断路器常用的配置方式图6-4三、低压断路器脱扣器的选择和整定6.3低压断路器保护(一)低压断路器过电流脱扣器动作电流的整定1.瞬时过流脱扣器的动作电流的整定整定原则：瞬时和短延时过流脱扣器的动作电流应躲过线路的尖峰电流()oporelpkIKI≥式中，Krel为可靠系数。对动作时间在0.02s以上的断路器，如DW型、ME型等，Krel=1.35。对动作时间在0.02s以下的断路器，如DZ型等，Krel=2～2.5。山东农业大学电气工程系()opsrelpkIKI≥2.短延时过流脱扣器的动作电流和动作时间的整定短延时过流脱扣器动作电流Iop(s)也应躲过线路尖峰电流Ipk，即式中，Krel为可靠系数，一般取1.2短延时脱扣器动作时间一段不超过1s，通常分为0.2、0.4、0.6秒三级，但是现在一些新产品中短延时的时间也有所不同，如DW40型断路器其定时限特性为0.1、0.2、0.3、0.4s四级，ME系列断路器采用半导体过电流脱扣器时，其短延时范围为30~270ms，分级式，每级30或60ms。可根据保护要求确定动作时间。山东农业大学电气工程系()30oplrelIKI≥3.长延时过流脱扣器的动作电流和动作时间的整定长延时过流脱扣器动作电流Iop(l)需躲过线路最大负荷电流即计算电流I30，即式中，Krel为可靠系数，一般取1.1长延时过流脱扣器用于过负荷保护，动作时间为反时限特性。一般不可选。但应结合短延时动作时间校验尖峰电流时的可返回时间。山东农业大学电气工程系配电保护型断路器的反时限断开特性山东农业大学电气工程系过流脱扣器的瞬时和短延时动作电流，按照其额定电流IN.OR的倍数来整定，即选择过流脱扣器瞬时和短延时动作的整定倍数K。瞬时和短延时动作电流应不大于整定倍数与过流脱扣器额定电流的积，即()oplNORII≤()opoNORIKI≤()opsNORIKI≤山东农业大学电气工程系各种型号断路器的脱扣器动作电流整定倍数不一样。不同类型过流脱扣器如瞬时、短延时、长延时，其动作电流倍数也不一样。有些型号断路器动作电流倍数分档设定，而有些型号断路器动作电流倍数可连续调节。山东农业大学电气工程系(二)低压断路器(热动型)复式脱扣器动作电流的整定（三）欠电压脱扣器和分励脱扣器选择欠压脱扣器主要用于欠压或失压（零压）保护，当电压下降低于（0.35～0.7）UN时便能动作。分励脱扣器主要用于断路器的分闸操作，在（0.85～1.1）UN时便能可靠动作。欠压和分励脱扣器的额定电压应等于线路的额定电压，并按直流或交流的类型及操作要求进行选择。热脱扣器-----实现