1、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
2、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
3、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,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。,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
4、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SPUopUKmaxUKmax保护区内故障的最大残压值,思 考 故
5、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,Ikmin -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,
6、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
7、: 1.躲过线路的计算电流： INFEI30 2.躲过线路的尖峰电流： INFEKIpk -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（GB5005593） 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,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：INFEKOLIal 式中-Ial为绝缘导线和电缆允许载流量；-KoL
8、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0.81，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：INFE=（1.52）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,山东农业大学电气工程系,(四)
9、保护并联电容器的熔断器IN.FE=K IN.CIN.C 电容器额定电流K 高压跌落式熔断器：1.21.3限流式熔断器，一台电容器时： 1.52.0一组电容器时：1.31.8,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,Ikmin 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 根据工作环境条件要求选择熔断器的型号； 熔断器额定电压应不低于保护线路的额定电压； 熔断器的额定电流应
10、不小于其熔体的额定电流，即INFUIN.FE 校验断流能力 ：,有限流能力（RN、RT0型）,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23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：配电用断路器；电动机保护用断路器;照明用断路器;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
11、,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,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,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,
12、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
13、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
14、作电流应躲过线路的尖峰电流,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 =22.5。,山东农业大学电气工程系,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
15、过电流脱扣器时，其短延时范围为30270ms，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,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
16、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,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（0.350.7）UN时便能动作。分励脱扣器主要用于断路器的分闸操作，在（0.851.1）UN时便能可靠动作。欠压和分励脱扣器的额定电压
17、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-实现长延时过载保护，与长延时过流脱扣器等效,电磁脱扣器-实现瞬时短路保护与瞬时过流脱扣器等效,实际使用中过流脱扣器和热脱扣器无须严格区分,山东农业大学电气工程系,(四)过流脱扣器与配电线路的配合要求,式中，Ial为绝缘导线或电缆的允许载流量；KOL为导线或电缆允许的短时过负荷系数。对瞬时和短延时过流脱扣器KOL=4.5，对长延时过流脱扣器 KOL=1.1。对有爆炸气体区域内的配电线路KOL=0.8。当上述配合要求得不到满足时，可改选脱扣器动作电流，或增大配电线路导线截面。,低压断路器还需考虑与配电线路的配合，防止被保护线
18、路因过负荷或短路故障引起导线或电缆过热，其配合条件为：,过流脱扣器与配电线路的配合,规范有明确要求,山东农业大学电气工程系,(五) 低压配电系统保护,1.变压器保护一般设置三段保护. 其中-尖峰电流 Ipk=(24)I2NT计算电流 I30=I2NT,根据经验,变压器低压侧总断路器瞬时保护过流脱扣器动作电流整定为变压器额定电流的34倍是适宜的,短延时动作电流可适当减小.,山东农业大学电气工程系,(五) 低压配电系统保护,2.配电线路保护一般据需要设置二段或三段保护. 其中-尖峰电流应根据负荷情况具体计算,3.电动机保护一般据需要设置二段-瞬时和长延时保护,而又以瞬时短路保护为主,因为低压断路器
19、的过负荷保护性能与电动机的过载特性不匹配.尖峰电流 Ipk=KstIN.M计算电流 I30=IN.M,山东农业大学电气工程系,故针对电机保护,还应设置 过载保护装置,传统手段-设置热继电器(兼有断相保护);热继电器的脱扣值热不动作电流为11.05 倍的INM 低电压保护-电压继电器大型电机现一般采用综合保护装置. 6倍长延时电流整定值的可返回时间电动机实际起动时间，按起动时负载的轻重，可选用的可返回时间为1S、3S、5S、8S、12S、15S中某一档。,(五) 低压配电系统保护,山东农业大学电气工程系,Iop(l)=K1I30 Iop(o)=K2I30,4.照明线路保护一般据需要设置二段:瞬时
20、和长延时保护,山东农业大学电气工程系,(五) 低压配电系统保护,5.并联电容器的保护低压电容器一般采用熔断器保护.熔体额定电流整定: IN.FE=(1.431.65)IN.C,山东农业大学电气工程系,四、低压断路器灵敏度校验,6.3 低压断路器保护,式中，Iop为瞬时或短延时过流脱扣器的动作电流整定值。Ikmin为保护线路末端在最小运行方式下的短路电流，对TN和TT系统Ikmin应为单相短路电流，对IT系统则为两相短路电流。,山东农业大学电气工程系,五、前后级低压断路器选择性的配合,6.3 低压断路器保护,按保护特性曲线进行校验,由于低压断路器保护特性时间误差为20%30%，为防止误动作，应把
21、前一级动作时间计入负误差（提前动作），后一级动作时间计入正误差（滞后动作），在这种情况下，仍要保证前一级动作时间大于后一级动作时间，才能保证前后级断路器选择性配合。,山东农业大学电气工程系,6.3 低压断路器保护,为了保证前后级断路器选择性要求，在动作电流选择性配合，前一级的动作电流大于后一级动作电流的1.2倍，或过流脱扣器额定电流大出12档即：,Iop.11.2Iop.2,在动作时间选择性配合，如果后一级（靠近负载）采用瞬时过流脱扣器，则前一级（靠近电源）要求采用短延时过流脱扣器;如果前后级都采用短延时脱扣器，则前一级短延时时间应至少比后一级短延时时间大一级。,山东农业大学电气工程系,六、低
22、压断路器的选择与校验,6.3 低压断路器保护,在选择低压断路器时应满足下列条件： 低压断路器的型号及操作机构形式应符合工作环境、保护性能等方面的要求； 低压断路器的额定电压应不低于装设地点线路的额定电压； 低压断路器的（等级）额定电流应不小于它所能安装的最大脱扣器的额定电流； 低压断路器的短路断流能力应不小于线路中最大三相短路电流。,山东农业大学电气工程系,低压断路器断流能力校验,6.3 低压断路器保护,对塑壳式（DZ型或其他型号）断路器，其分断时间在0.02S以下时,对万能式（DW型）断路器，其分断时间在0.02S以上时,或,山东农业大学电气工程系,例6-2 某0.38kV动力线路，采用低压
23、断路器保护，线路计算电流为125A，尖峰电流为390A，线路首端最大三相短路电流为7.6kA，末端最小单相短路电流为2.5kA，线路允许载流量为165A（BLV三芯绝缘导线穿塑料管，30时），试选择低压断路器。,6.3 低压断路器保护,解：低压断路器用于配电线路保护，选择DW16系列断路器，查附录表确定配置瞬时和长延时过流脱扣器。,1瞬时脱扣器额定电流选择及动作电流整定 INORI30=125A，故选取INOR=200A脱扣器 Iop（0）Krel Ipk=1.35390A=527A 根据上表中的整定倍数，选择3倍整定倍数的瞬时脱扣器，则动作电流整定值为：3200=600527A,山东农业大学
24、电气工程系, 与保护线路的配合 Iop（0）=600A4.5Ial=4.5165A=742.5A 满足要求 2长延时过流脱扣器的动作电流整定 动作电流整定 Iop（l）Krel I30=1.1125A=137.5A 选取128160200中整定电流为160A（0.8倍）的脱扣器，则Iop（l）=160A 与保护线路的配合 Iop=160KOL Ial=1165A=165A 满足要求 3断路器额定电流选择 IN.QFIN.OR =200A 查附录表选630A DW16系列断路器。,山东农业大学电气工程系,4.断流能力校验Ioc=50kAI K（3）=7.6kV 满足要求5.灵敏度校验Sp=4.2
25、1.3灵敏度满足要求。 所选低压断路器为DW16-630，脱扣器额定电流为160A。,本节结束,山东农业大学电气工程系,6.4 常用保护继电器,按继电器的结构原理分，有电磁式、感应式、数字式、微机式等继电器。 按继电器反应的物理量分有电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、气体继电器等。 按继电器反应的物理量变化分，有过量继电器和欠量继电器，如过电流继电器、欠电压继电器。,按继电器在保护装置中的功能分，有起动继电器、时间继电器、信号继电器和中间继电器等。,一、概述,供配电系统的继电保护装置由各种保护用继电器构成。保护继电器的种类很多。,山东农业大学电气工程系,山东农业大学电气工程系,供配电系统
26、中常用的继电器主要是电磁式继电器和感应式继电器。在现代化的大用户中也开始使用微机式继电器或微机保护。,二、电磁型电流继电器（DL型）,电磁式电流继电器的内部结构如图7-6所示，图7-7是其内部接线图和图形符号，电流继电器的文字符号为KA。,（一）结构,集中表示的图形符号,分开表示的图形符号,（二）工作原理,山东农业大学电气工程系,（二）工作原理,当电流通过继电器线圈1时，电磁铁2中产生磁通，对Z形铁片3产生电磁吸力，若电磁吸力大于弹簧9的反作用力，Z形铁片就转动，带动同轴的动触头5转动，使常开触头闭合，继电器动作。,山东农业大学电气工程系,动作电流(Iop)：线圈中使继电器动作的最小电流。 返
27、回电流(Ire)：使继电器由动作状态返回到起始位置时的最大电流。 返回系数(Kre)：继电器的返回电流与动作电流之比称为返回系数Kre，即,基本参数：,过电流继电器的返回系数小于1，返回系数愈大，继电器愈灵敏，电磁式电流继电器的返回系数通常为0.85。,山东农业大学电气工程系,继电特性：,输出,输入,Iop,Ire,输入动作值,输入返回值,有输出,无输出,山东农业大学电气工程系,粗调：改变继电器两个电流线圈的联结方式 (串、并联) 细调：改变反作用弹簧的反作用力矩,动作电流的调节方法,（二）工作原理,电磁式电流继电器的动作极为迅速，动作时间为百分之几秒，可认为是瞬时动作的继电器。,山东农业大学
28、电气工程系,三、电磁型电压、中间、时间、信号继电器,DJ型电磁式电压继电器的结构和工作原理与DL型电磁式电流继电器基本相同。不同之处仅是电压继电器的线圈为电压线圈，匝数多，导线细，与电压互感器的二次绕组并联。 电压继电器文字符号用KV表示。,（一）电磁式电压继电器,山东农业大学电气工程系,电磁式电压继电器有过电压和欠电压继电器两大类，其中欠电压继电器在工厂供电系统应用较多。欠电压继电器的起动电压Uop是使其动作的最高电压;返回电压Ure是使其返回的最低电压;返回系数Kre Ure Uop 。由于欠电压继电器的返回电压大于起动电压，所以其返回系数Kre大于1，一般在 11.2之间。,山东农业大学
29、电气工程系,作用：时间继电器用于继电保护装置中，使继电保护获得需要的延时，以满足选择性要求。DS型电磁式时间继电器的内部结构如图6-8所示。它由电磁系统、传动系统、钟表机构、触头系统和时间调整系统等组成。图6-9是DS110型、112型时间继电器的内部接线图和图形符号。时间继电器的文字符号为KT。DS-110型为直流时间继电器，DS-120型为交流时间继电器，延时范围均为0.19秒。,（二）电磁式时间继电器,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,作用：信号继电器在继电保护装置中用于发出指示信号，表示保护装置已动作，同时接通信号回路，发出灯光或者音响信号。,（三
30、）电磁式信号继电器,信号继电器的内部结构如图6-10所示。 图6-11是其内部接线图和图形符号。 信号继电器的文字符号为KS。,山东农业大学电气工程系,DX-11型信号继电器有两种：电流型和电压型。电流型信号继电器串联接入二次电路，电压型信号继电器并联接入二次电路。,图6-12是DZ-10型中间继电器的内部结构图。其内部接线图和图形符号如图6-13所示。中间继电器的文字符号为KM。当中间继电器的线圈通电时，衔铁动作，带动触头系统使动触头与静触头闭合或断开。,（四）电磁式中间继电器,作用：扩充保护装置出口继电器的接点数量和容量 也可以使触点闭合或断开时带有不大的延时(0.40.8S) 或者通过继
31、电器的自保持，以适应保护装置的需要。,山东农业大学电气工程系,山东农业大学电气工程系,时间继电器在保护装置中起延时作用，以保证保护装置动作的选择性。 中间继电器的作用是为了扩充保护装置出口继电器的接点数量和容量，也可以使触点闭合或断开时带有不大的延时(0.40.8S)，或者通过继电器的自保持，以适应保护装置的需要。 信号继电器用于各保护装置回路中，作为保护动作的指示器,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,山东农业大学电气工程系,DL-10系列电流继电器,DL-30系列电流继电器,山东农业大学电气工程系,JY10、20、30系列集成电路
32、电压继电器,山东农业大学电气工程系,SSJ10、20、30系列集成电路时间继电器,山东农业大学电气工程系,四、感应型电流继电器（GL型）,（一）结构,GL-10和20型感应式电流继电器的内部结构如图6-14所示。图6-15是其内部接线图和图形符号。感应式电流继电器有两个系统：感应系统和电磁系统。继电器的感应系统主要由线圈1，带短路环3的电磁铁2和装在可偏转的框架6上的铝盘4组成。继电器的电磁系统由电磁铁2和衔铁15组成。,（二）工作原理,山东农业大学电气工程系,山东农业大学电气工程系,当继电器的线圈中通过电流时，电磁铁在无短路环的磁极内产生磁通1，在带短路环的磁极内产生磁通2，两个磁通作用于铝
33、盘，产生转矩M1，使铝盘开始转动，同时铝盘转动切割永久磁铁8的磁通，在铝盘上产生蜗流，蜗流与永久磁铁的磁通作用，又产生一个与转矩M1方向相反的制动力矩M2，当铝盘转速增大到某一定值时，M1=M2，这时铝盘匀速转动。,感应式机构基本战局转矩方程：,山东农业大学电气工程系,继电器的铝盘在上述M1和M2的作用下，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,当通过继电器线圈中的电流增大到继电器的动作电流时，铝盘受力增大，克服弹簧阻力，框架顺时针偏转，铝盘前移，使蜗杆10与扇形齿轮9啮合，这就叫继电器的感应系统动作。由于铝盘的转动，扇形齿轮沿着蜗杆上升，最后使继电器触头12闭合，同时信号
34、牌掉下，从观察孔中可看到红色的信号指示，表示继电器已动作。从继电器感应系统动作到触头闭合的时间就是继电器的动作时限。,图6-16 感应式电流继电器的动作特性曲线,继电器线圈中的电流越大，铝盘转速越快，扇形齿轮上升速度也越快，因此动作时限越短。这就是感应式电流继电器的“反时限”特性，如曲线中的ab段,当继电器线圈中的电流继续增大时，电磁铁中的磁通逐渐达到饱和，作用于铝盘的转矩不再增大，使继电器的动作时限基本不变。这一阶段的动作特性称为定时限特性，如曲线中的bc段。,当继电器线圈中的电流进一步增大到继电器的速断电流整定值时，电磁铁2瞬时将衔铁15吸下，触头闭合，同时也使信号牌掉下。这是感应式继电器
35、的速断特性，如图6-16曲线 段,山东农业大学电气工程系,当继电器线圈中的电流进一步增大到继电器的速断电流整定值时，电磁铁2瞬时将衔铁15吸下，触头闭合，同时也使信号牌掉下。这是感应式继电器的速断特性，如图6-16曲线 段,整个装置由带延时动作的感应部分与瞬时动作的电磁部分组成。,山东农业大学电气工程系,小 结 1感应系统部分： 动作电流是指继电器铝盘轴上蜗杆与扇形齿片相咬合时，线圈所需要通入的最小电流。 动作电流的整定值通过插孔板拧入螺钉来改变线圈的匝数来调整（2，2.5，34.5，5，69，10A）。 返回电流是指便扇形齿片脱离蜗杆返回到原来位置时的最大电流。 动作时间是指从轴上蜗杆与扇形
36、齿片相咬合起到接点闭合这一段时间。,山东农业大学电气工程系,通入继电器的电流越大，铝盘转速越快，动作时间就越短，这种特性称为反时限特性。,继电器电磁系统的速断动作电流与继电器的感应系统动作电流之比，称为速断电流倍数，用nqb表示。,时限螺钉指示盘上的刻度，指通入10倍动作电流整定值时的动作时间。或者说感应式电流继电器动作时间特性是10倍动作电流整定值时的动作时间来标定的。,山东农业大学电气工程系,2电磁速断部分电磁系统的速断特性即当通入继电器线圈的电流大到整定值的某个倍数时，未等感应系统动作，衔铁右端瞬时被吸下，接点立即闭合。动作电流值通过改变衔铁与电磁铁心之间气隙来调整，其速断动作电流调整范
37、围是感应系统整定电流值的28倍。GL-10型继电器本身带有信号掉牌，而且接点容量又较大，所以组成反时限过电流保护时，无需再接入其他继电器。,山东农业大学电气工程系,综上所述，感应式电流继电器具有前述电磁式电流继电器、时间继电器、信号继电器、中间继电器的功能，从而使继电保护装置使用元件少、接线简单，在中小型工厂供配电系统中得到广泛应用。 基本结构，反时限动作特性，电流速断特性，先合后断转换触点。,山东农业大学电气工程系,GL-10（20）系列继电器的时限特性曲线,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,第六章第一节 作业,供配电技术,第六章 供配电系统的继电保护6
38、.5 工厂高压线路的继电保护山东农业大学电气与电子工程学院2006年10月 制作,山东农业大学电气工程系,定时限过电流保护 反时限过电流保护 瞬时电流速断保护 限时电流速断保护 阶段式（三段式）保护的应用及评价,6.5 高压线路的继电保护,山东农业大学电气工程系,6.5 高压线路的继电保护,一、电力线路的常见故障和保护配置 用户内部的高压电力线路的电压等级一般为635KV，线路较短，通常为单端供电，常见的故障主要有相间短路、单相接地、过负荷。因此，继电保护比较简单，按GB50062-92电力装置的继电保护和自动装置设计规范规定应采用电流保护，装设相间短路保护、单相接地保护和过负荷保护。,山东农
39、业大学电气工程系,针对线路的相间短路保护，主要采用带时限的过电流保护，和瞬时电流速断保护，保护动作于断路器跳闸当过流保护的动作时限不超过0.50.7秒时，可不装设电流速断保护。单相接地保护有两种方式：绝缘监察装置（零序电压保护）和零序电流保护。保护动作于信号。 线路的过负荷保护只对可能经常出现的过负荷电缆线路才予装设，一般延时动作于信号。,6.5 高压线路的继电保护,山东农业大学电气工程系,二、电流互感器的接线方式,保护装置的接线方式是指作为相间短路的过电流保护用的电流继电器与电流互感器二次线圈之间的连接方式。分为三种： 三相完全星形接线方式 两相不完全星形接线 两相电流差接线接线系数KW ：
40、指通过继电器的电流 IK与电流互感器二次电流 I2的比值，即：KWIKI2。,山东农业大学电气工程系,三相完全星形接线方式,山东农业大学电气工程系,三相完全星形接线方式是用三台电流互感器与三只继电器对应连接的。可以反映任何形式短路故障。可见：KW 1,山东农业大学电气工程系,两相不完全星形接线,两相不完全星形接线方式是在 A、C两相装有电流互感器，分别与两只电流继电器相连接。可以反映除B相单相接地短路以外的所有故障。可见：KW 1,山东农业大学电气工程系,两相不完全星形接线方式还可以接成两相三继电器形式，以提高可靠性。可见：KW 1,有何 作用？,山东农业大学电气工程系,两相电流差接线,两相电
41、流差接线方式由两台电流互感器和一只电流继电器组成。正常工作时，通过继电器的电流 为：,山东农业大学电气工程系,2、两相一继电器式(图6-20),三相短路AC相间短路AB或BC相间短路,不同的相间短路时，接线系数是不一样的。,因而灵敏系数也不一样。一般情况下：保护整定时取KW 灵敏度校验时取KW 1,Why?!,山东农业大学电气工程系,三种接线方式性能比较,山东农业大学电气工程系,电流互感器的误差曲线,电流互感器的误差主要与一次电流和二次负载值Z2有关系。,电流互感器二次电流和一次电流的关系曲线图,山东农业大学电气工程系,电流互感器的10%误差曲线,指电流互感器一次电流倍数m（又称10%倍数）与
42、电流误差等于10%所允许的二次负载值Z2al的关系曲线。,山东农业大学电气工程系,利用10%误差曲线校验电流互感器,1。计算一次电流倍数m 2。计算允许负载值查10%误差曲线 3。计算实际负载值4。比较负荷大小如果Z2Z2al，则说明电流互感器的误差不超过10%。,山东农业大学电气工程系,如果Z2Z2al，不满足要求，则采取以下措施： （1）增大连接导线截面，或缩短导线长度，以减小二次负载。 （2）改变变比较大的电流互感器，降低一次电流倍数，增大二次负载值。 （3）将两个电流互感器二次线圈串联，使二次允许负载增大一倍。,山东农业大学电气工程系,三、过电流保护,当通过线路的电流大于继电器的动作电
43、流，保护装置起动，并用时限保证动作的选择性，这种继电保护装置称为过电流保护。按其动作时间特性分为两种：由电磁式电流继电器等构成的定时限过电流保护和由感应式电流继电器构成的反时限过电流保护。,（一）定时限过电流保护装置的接线和工作原理,山东农业大学电气工程系,（一）定时限过电流保护装置的接线和工作原理,组成：四部分 起动元件(KA)、时限元件(KT)、信号元件(KS)、执行元件(KM),定时限过电流保护装置的原理图和展开图,原理图：所有元件的组成部分都集中表示，称为原理图图6-25,展开图：所有元件的组成部分按所属回路分开表示，一般称为展开图，展开图简明清晰，广泛应用于二次回路图。,山东农业大学
44、电气工程系,原理图，其各继电器及元件均以整体的图形加以表示，互相连接的交流回路、直流回路都综合画在一起。优点是能直观清晰地表示它们之间的电气连接及其动作原理，便于阅读，整体概念较强，但是在应用上具有一定局限性。例如在线路较复杂时，就难以绘制原理图了，另外线路彼此交叉也给识图带来较大困难，使安装调试和检修维护工作十分不便。另外，从原理图中还会发现只画出各继电器元件间的连接情况，至于元件的内部接线，引出端子及回路的标号，以及直流电源的情况等，均未能表示出来。这样也给安装调试检修维护和分折其工作原理带来不便，因此，除原理图外，又产生了与之相对应的展开图和安装图。,山东农业大学电气工程系,展开图: 以
45、电气原理图为基础，将继电器和元件用展开的形式来表示的接线图，称为展开图。如图所示为三段式电流保护的展开图，其特点是分别绘制保护的交流电流回路（或交流电压回路）及直流回路，并且同一个继电器或元器件的不同部分（如线圈，触点等），可以分开画，即属于哪个回路就画到哪个回路之中。另外对于同一个继电器或元器件的线圈、触点等，都应标注相同的名称。,山东农业大学电气工程系,在绘制或阅读展开图时，应遵守以下规则： 1 回路的排列次序，一般是先绘制或阅读交流电流回路及交流电压回路，后绘制或阅读直流回路； 2每个回路内各行的排列顺序，对交流回路来说应按,U、V、W. 相序排列，对直流回路则按其动作顺序由上而下依次排
46、列； 3 每一行中各元件（线圈、触点等）的连接顺序，应按实际情况和接线方便来绘制； 4 控制回路应按要求标注数字标号，以方便查线、试调和维护。,山东农业大学电气工程系,发电，变电和输配电系统二次直流回路、交流回路的数字标号范围,山东农业大学电气工程系,在阅读展开图时，一般应按先交流回路、后直流回路，由上而下、从左至右的顺序识图。 为了方便识图，常在展开图的右侧加上简要的文字说明表，以说明各行回路或元器件的性质或作用，如“瞬时电流速断”、“出口中间继电器”、“跳闸回路”、“定时限过电流”、“时限电流速断”等。由此可见，将展开图应用于复杂的保护线路绘制，极大地方便了设计制图、识图、试调和检修等工作
47、，所以在工程设计和安装施工中被广泛采用。,阅读展开图,山东农业大学电气工程系,（二）反时限过电流保护装置的接线和工作原理,组成：感应式的电流继电器。图6-26该继电器具有反时限特性，动作时限与短路电流大小有关，短路电流愈大，动作时限愈短。,工作原理：“去分流跳闸”图6-26,正常运行时，跳闸线圈被继电器的常闭触点短路，电流互感器二次侧电流经继电器线圈及常闭触点构成回路，保护不动作。当线路发生短路时，继电器动作，其常闭触点打开，电流互感器二次侧电流流经跳闸线圈，断路器QF跳闸，切除故障线路。,山东农业大学电气工程系,采用先合后断触点的原因：若常闭触点先断开，将造成CT二次侧开路，这是不允许的；增
48、加1-2常开触点，可以防止其常闭触点在正常工作时由于外界震动等偶然因素使之断开而导致的断路器误跳闸的事故。,山东农业大学电气工程系,（三）保护整定计算,过电流保护的整定计算有动作电流整定，动作时限整定和灵敏度校验三项内容。,1、过流保护动作电流的整定,图6-27,过电流保护装置的动作电流必须满足下列 两个条件：a）正常运行时，保护装置不动作，即保护装置一次侧的动作电流Iop1应大于线路的最大负荷电流IL.max（正常过负荷电流和尖峰电流），即Iop1IL.max； b）保护装置在外部故障切除后，可靠返回到原始位置。,山东农业大学电气工程系,如图6-20所示线路2WL在K点发生短路时，由于短路电流远大于线路的负荷电流，线路1WL和2WL的过电流保护同时起动，为保证保护的选择性，保护2首先动作，断路器2QF跳闸，切除故障线路2WL。故障切除后，1WL的保护1应可靠返回，要求保护1的返回电流Ire1大于线路最大负荷电流IL.max（应包含电动机的自起动电流），即Ire1IL.max。由于过电流保护Iop1大于Ire1，所以，以Ire1IL.max作为动作电流整定依据，同时引入可靠系数Krel，将不等式改写成等式。,山东农业大学电气工程系,过电流保护装置的动作电流必须满足的 两个条件：,
