Устройство и эксплуатация релейной защиты в системе тягового электроснабжения

 
 
 
 
 
dzǧDZȇȖȗȇȒȕȉȇ
 
 
 
 
 
 
 
 
ǺǸǹǷǵǰǸǹǩǵǯȄDZǸǶDzǺǧǹǧǽǯȆǷǬDzǬǰǴǵǰǮǧȀǯǹȂ
ǩǸǯǸǹǬdzǬǹȆǪǵǩǵǪǵȄDzǬDZǹǷǵǸǴǧǨǭǬǴǯȆ
 
 
ǺȞȌȈȔȕȌȖȕȘȕȈȏȌ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
dzȕȘȑȉȇǩȕȒȕȊȋȇ
ªǯȔțȗȇ-ǯȔȍȌȔȌȗȏȦ«
2023

УДК 621.31 
ББК 31.2 
К20 
 
 
 
Рецензенты: 
кандидат технических наук, доцент 
(Омский государственный университет путей сообщения) Мальцева А. В.; 
начальник тяговой подстанции ст. Омск филиала ОАО «РЖД» Московенко Д. В. 
 
 
 
 
 
 
Капралова, М. А.  
К20  
Устройство и эксплуатация релейной защиты в системе тягово- 
го электроснабжения : учебное пособие / М. А. Капралова. – Москва ;  
Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. – 104 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1525-5  
 
Рассмотрены вопросы устройства релейной аппаратуры, защиты линий 
электропередач и трансформаторов, в том числе и с использованием микропроцессорной защиты. 
Для студентов среднего профессионального образования, обучающихся 
по специальности 13.02.07 «Электроснабжение». Может быть полезно научным 
работникам и специалистам в сфере электроснабжения. 
 
УДК 621.31 
ББК 31.2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1525-5 
” Капралова М. А., 2023 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2023 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023 
2 
 

ʝˆˎ˃˅ˎˈːˋˈ 
 
Пояснительная записка ............................................................................................... 5 
 
Введение ....................................................................................................................... 7 
 
Перечень принятых сокращений ............................................................................... 9 
 
Раздел 1. Релейная аппаратура. Требования к ней, конструкция                            
и принцип работы реле  ......................................................................................... 11 
1.1. Релейная аппаратура ....................................................................................... 11 
1.1.1. Назначение и структурная схема релейной защиты ............................. 11 
1.1.2. Основные виды релейной защиты .......................................................... 12 
1.1.3. Основные требования, предъявляемые к защите .................................. 14 
1.2. Способы изображения элементов и устройств релейной защиты ............. 17 
1.3. Классификация реле 
........................................................................................ 20 
1.4. Конструкция реле ............................................................................................ 25 
1.4.1. Электромагнитные реле ........................................................................... 25 
1.4.2. Индукционные реле .................................................................................. 38 
Контрольные вопросы ........................................................................................ 44 
 
Раздел 2. Релейная защита линий электропередачи. Виды защит,                         
их назначение, схемы и принцип действия 
........................................................ 45 
2.1. Аварийные и ненормальные режимы сетей ................................................. 45 
2.2. Защиты по значению тока .............................................................................. 46 
2.2.1. Максимальная токовая защита (МТЗ) .................................................... 46 
2.2.2. МТЗ с блокировкой по напряжению 
....................................................... 48 
2.2.3. Токовая отсечка 
......................................................................................... 50 
2.2.4. Токовые направленные защиты .............................................................. 52 
2.2.5. Дистанционная защита ............................................................................. 55 
2.2.6. Дифференциальная токовая защита 
........................................................ 60 
2.2.7. Защита от замыканий на землю 
............................................................... 64 
Контрольные вопросы ........................................................................................ 66 
 
Раздел 3. Релейная защита силовых трансформаторов. Виды защит,                   
их назначение, схемы и принцип действия 
........................................................ 67 
3.1. Общие сведения о защите силовых трансформаторов 
................................ 67 
3.2. Устройства релейной защиты от повреждения трансформаторов 
............. 67 
3.2.1. Дифференциальная защита трансформаторов 
....................................... 68 
3.2.2. Газовая защита .......................................................................................... 72 
3.2.3. Токовая отсечка  
........................................................................................ 74 
3.3. Устройства релейной защиты от ненормальных режимов работы              
трансформатора  ..................................................................................................... 76 
3.3.1. Токовая защита от сверхтоков при внешних многофазных                  
коротких замыканиях ......................................................................................... 76 
3.3.2. Токовая защита от перегрузок 
................................................................. 79 
Контрольные вопросы ........................................................................................ 79 
3 
 

Раздел 4. Микропроцессорные защиты. Структура, принцип действия,            
основные функции .................................................................................................. 80 
4.1. Общие сведения 
............................................................................................... 80 
4.2. Основные сведения об интеллектуальных терминалах .............................. 84 
4.2.1. Микропроцессорные реле типов SPA-100, SPA-300 
............................. 84 
4.2.2. Устройства цифровой защиты и автоматики ЦЗАФ-3,3 кВ 
................. 85 
4.2.3. Микропроцессорный блок релейной защиты БРМЗ-27,5 
..................... 87 
4.2.4. Устройства микропроцессорной защиты «Сириус-Т» 
.......................... 92 
4.2.5. Устройство ТЭМП 2501-1Х 
..................................................................... 96 
4.2.6. Микропроцессорное устройство защиты «Орион-2» ........................... 96 
Контрольные вопросы ........................................................................................ 97 
 
Библиографический список 
...................................................................................... 98 
 
 
 
 
4 
 

ʞˑˢ˔ːˋ˕ˈˎ˟ː˃ˢˊ˃˒ˋ˔ˍ˃ 
 
Учебное пособие предназначено для изучения теоретического курса по 
ПМ01. Техническое обслуживание оборудования электрических подстанций и 
сетей МДК 01.05 «Релейная защита и автоматические системы управления 
устройствами электроснабжения» по теме 5.1 «Релейная защита оборудования 
электроустановок» для специальности 13.02.07 Электроснабжение (по отраслям). Пособие выполнено в соответствии с примерной программой, разработанной на основе Федерального государственного стандарта среднего профессионального образования по специальности 13.02.07, утвержденного приказом Министерства образования и науки РФ от «22» апреля 2014 г. № 376. 
Содержание программы реализуется в процессе освоения студентами программы подготовки специалистов среднего профессионального образования по 
специальности 13.02.07 Элек-троснабжение (по отраслям) в соответствии с требованиями ФГОС СПО. 
В результате освоения учебной дисциплины обучающийся должен освоить 
следующие профессиональные компетенции (ПК): 
1. Читать и составлять электрические схемы электрических подстанций 
и сетей. 
2. Выполнять основные виды работ по обслуживанию трансформаторов 
и преобразователей электрической энергии. 
3. Выполнять основные виды работ по обслуживанию оборудования систем релейных защит и автоматизированных систем. 
4. Разрабатывать и оформлять технологическую и отчетную документацию. 
С целью овладения указанным видом профессиональной деятельности и 
соответствующими профессиональными компетенциями обучающийся в ходе 
освоения профессионального модуля должен: 
x иметь практический опыт: 
 составления электрических схем устройств электрических подстанций и сетей; 
 модернизации схем электрических устройств подстанций; 
 технического обслуживания трансформаторов и преобразователей электрической энергии; 
 применения инструкций и нормативных правил при составлении отчетов и разработке технологических документов; 
x уметь: 
 разрабатывать электрические схемы устройств электрических подстанций и сетей; 
 вносить изменения в принципиальные схемы при замене приборов 
аппаратуры распределительных устройств; 
 обеспечивать выполнение работ по обслуживанию трансформаторов 
и преобразователей электрической энергии; 
5 
 

 использовать нормативную техническую документацию и инструкции; 
 выполнять расчеты рабочих и аварийных режимов действующих 
электроустановок и выбирать оборудование; 
 оформлять отчеты о проделанной работе; 
x знать: 
 устройство оборудования электроустановок; 
 условные графические обозначения элементов электрических схем; 
 логику построения схем, типовые схемные решения, принципиальные схемы эксплуатируемых электроустановок; 
 виды работ и технологию обслуживания трансформаторов и преобразователей; 
 виды и технологии работ по обслуживанию оборудования распределительных устройств; 
 эксплуатационно-технические основы линий электропередачи, виды 
и технологии работ по их обслуживанию; 
 основные положения правил технической эксплуатации электроустановок; 
 виды технологической и отчетной документации, порядок ее заполнения. 
 
 
6 
 

ʑ˅ˈˇˈːˋˈ 
 
Автором в изложении материала в учебных пособиях совмещена как традиционная форма изложения материала, так и фреймовые таблицы [14, 15]. 
Под фреймовой педагогической технологией автор понимает изучение 
учебного материала, структурированного определенным образом в специально 
организованной фрейм-рамке. 
Фрейм-рамка представляет собой «окно», загружаемое определенной учебной информацией, структурированной определенным образом [14]. Фрейм-описания применяются для установления закономерностей событий или процессов. 
Характерными чертами их являются высокая свернутость текста и последовательность фиксации изменения ситуации (или причинно-следственной связи 
установленных существенных элементов текста). Фреймы-описания (алгоритмы) могут быть представлены в знаково-символическом или графическом виде. 
Условно-графические обозначения, применяемые в учебном пособие: 
 
 
фрейм-описание (алгоритм); 
 
обратить внимание, логико-смысловая схема; 
 
фрейм-рамка; 
 
достоинства объекта; 
 
недостатки объекта. 
 
При составлении учебного пособия приводится сначала теоретический 
материал, по которому затем составляется фрейм-рамка (рис. В.1). 
 
 
 
Рис. В.1 – Каркас фрейм-рамки 
7 
 

Для реализации принципа системности в учебном пособии предусмотрены: 
1. Тезаурус с подробным анализом и объяснением. 
2. Межпредметные связи. Для реализации этого общедидактического принципа в пособии предусмотрено такое разделение материала на блоки, при котором в соответствии с задачами обучения сохраняется возможность согласованного изучения и освоения ПК и ОК. Учебное пособие позволяет выработать такое распределение учебного материала, которое в данной конкретной ситуации 
оказывается наиболее приемлемым. 
3. Связь теории и практики. 
4. Профессиональная направленность. 
5. Наглядность. Реализация принципа наглядности является, на наш взгляд, 
весьма важной. Определяется она использованием в учебном пособие фреймрамок и фрейм-описаний, позволяющих создать в ходе обучения яркий и адекватно, личностно-ориентированный обзор реального явления. При этом можно 
эффективно вычленить существенные компоненты явления, изменяя различные 
его характеристики, создав его целостный образ. 
6. Доступность. Содержанием этого общедидактического принципа является соответствие объема и сложности учебного материала возможностям обучаемого. 
8 
 

ʞˈ˓ˈ˚ˈː˟˒˓ˋːˢ˕˞˘˔ˑˍ˓˃˜ˈːˋˌ 
 
АВР – автоматическое включение резерва; 
АПВ – автоматическое повторное включение; 
АСУ – автоматизированная система управления; 
БУ – блок управления; 
ВЛ – воздушная линия электропередачи; 
ДЗ – дистанционная защита; 
ДУ – дистанционное управление; 
ЗЗ – «земляная» защита, замыкание на землю; 
ЗМН (ПЗ) – защита минимального напряжения, потенциальная защита; 
КА – коммутационный аппарат; 
КЗ – короткое замыкание; 
КРУ – комплектное распределительное устройство; 
КРУН – комплектное распределительное устройство наружного исполнения; 
КС – контактная сеть; 
ЛЗШ – логическая защита шин; 
ЛЭП – линия электропередачи; 
МДС – магнитодвижущая сила; 
МДТН – модуль датчиков тока и напряжения; 
МКА – модуль контроллера автоматики; 
МТЗ – максимальная токовая защита; 
НДЗ – направленная дистанционная защита; 
ННДЗ – ненаправленная дистанционная защита; 
НКУ – нормальные климатические условия; 
ОЗЗ – однофазное замыкание на землю в сети с изолированной нейтралью; 
ОКЦ – оперативный контроль цепей; 
ОМП – определение места повреждения; 
ППС – пункт параллельного соединения; 
ПС– пост секционирования; 
ПЭВМ – персональная электронно-вычислительная машина; 
РЗА – релейная защита и автоматика; 
РПВ – реле-повторитель включенного состояния; 
РПН – регулирование под нагрузкой; 
РПО – реле-повторитель отключенного состояния; 
РТЗ – резервная токовая защита; 
РУ – распределительное устройство; 
ТО – токовая отсечка; 
ТО2 – токовая отсечка (по мгновенному значению тока); 
ТП – тяговая подстанция; 
ТСН – трансформатор собственных нужд; 
ТСЦБ – трансформатор линии автоблокировки; 
ТС – телесигнализация; 
ТТНП – трансформатор тока нулевой последовательности; 
9 
 

ТУ – телеуправление; 
УРОВ – устройство резервирования отказов выключателя; 
ФКС – фидер контактной цепи; 
ФННП – фильтр напряжений нулевой последовательности; 
ФТНП – фильтр токов нулевой последовательности; 
ЦЗА – цифровые защиты и автоматика; 
ШВ – шина питания включающих катушек; 
ЭДС – электродвижущая сила. 
 
10