工厂供电课件第12讲
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继电保护的基本概念 单端供电网络的保护
第三节
第四节
电力变压器的保护
低压配电系统的保护
第五节
供电系统的微机保护
自动化与电气工程学院
工厂供电课件_第4章
继电保护的历史
注意概念： 现在说继电保护是指微机保护（或叫微机继电保护），而不是以前的机 电式继电保护。
历史：
1：机电式继电保护时代（用各种继电器搭建的保护系统）：上世纪50 年代， 我国建立了自己的继电器制造业。阿城继电器厂。60年代、70年代得到 了大范围使用，是机电式继电保护的巅峰时期，80年代仍然在普遍使用。 2：上世纪80年代国外微机保护已经比较成熟，我国有相应的样机，但没有 大面积推广，90年代，我国在电力系统大面积推广使用微机保护，一直 到现在，近几年，变电站已经发展为智能变电站。
中间继电器、信号继电器、出口继电器……
自动化与电气工程学院
工厂供电课件_第4章
例如—过电流继电器 来自电流互感器二次侧的电流I，加入到过电流继电器的输入端。当 电流I大于由继电器的安装位置和工作任务而预先给定的动作值Iop时，比 较环节有输出。 在电磁型继电器中，由于需要靠电磁转矩驱动机械触点的转动与闭 合，需要一定的功率和时间，继电器有自身固有动作时间（几毫秒或几 十毫秒），一般的干扰不会造成误动； 在数字型继电器中，由于其动作速度快、功率小，为提高动作的可
变压器、线路等 所有电气设备
电流速断保护
后备保护
1.2（如满足此要求将使保护过分 复杂或在技术上难以实现时，可仅 按常见的运行方式和故障类型校验 灵敏度） 2.0
1.25 1.50
变压器
3～10kV电缆线 路 3～10kV架空线 路
纵联差动保护 中性点不直接接地电力网 中的零序电流保护
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工厂供电课件_第4章 4．对继电保护的基本要求
• 对作用于跳闸的继电保护，在技术上有四个基本要求：
• 可靠性 • 灵敏性
• 选择性
• 速动性
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工厂供电课件_第4章
(1) 可靠性
指在该保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时，它不
应该拒绝动作，而在任何其他该保护装置不应该动作的情况下，则不应该 误动作。 不误动； 不拒动。 为了满足可靠性的要求，保护装置接线应尽可能简单，力求减少继电 器接点，避免保护装置断线、短路、接地和错误的接线，所有辅助元件如 连接端子、连接导线以及安装施工，都应当十分可靠。
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工厂供电课件_第4章
3．继电保护装置的构成
跳闸 发信号 整定值
故障量
测量部分
逻辑部分
执行部分
• • •
测量部分：测量从被保护对象输入的有关电气量，并与已给定的整定值 进行比较，根据比较结果，给出逻辑信号。 逻辑部分：根据测量部分的输出，使保护装置按照一定的逻辑关系工作， 最后确定是否应该使断路器跳闸或发出信号。 执行部分：根据逻辑部分传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。
• 故障原因：
• 误操作：（运行时）
故障后果： （1）损坏设备、缩短设备使用寿命。 （2）破坏系统运行的稳定性。 （3）用户电压下降；破坏工作稳定，影响产品质量。 （4）供电质量：电压、频率、谐波。
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工厂供电课件_第4章 供电系统的保护
二、供电系统中保护装置的作用与类型 在供电系统中需装设不同类型的保护装置，在发生故障时能自动检测 出故障，并且迅速、及时地将故障区域从供电系统中切除，以免系统设备 继续遭到破坏。当系统处于不正常运行时，如过载、欠电压等情况时，能 发出报警信号，以便及时处理，保证安全可靠地供电。 供电系统中常见的保护装置类型主要有如下三种： (1) 继电保护装置 是一种能反映供电系统中电气元件（线路、变压器、 母线、用电设备等）发生故障或处于不正常运行状态、并动作于断路器跳 闸或发出信号的自动装置，其适用于要求供电可靠性较高的高压供电系统 中。（目前都是微机保护装置）
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工厂供电课件_第4章
二、继电器与继电特性
1．继电器 继电器是组成继电保护装置的基本元件。它是一种能自动执行断、续控制的部 件，当其输入量达到一定值时，能使其输出的被控制量发生预计的状态变化，如触 点打开、闭合，或电平由高变低、由低变高等，具有对被控电路实现“通”、“断” 控制的作用。
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工厂供电课件_第4章
(2) 熔断器保护
广泛适用于高、低压供电系统。由于装置简单经济，
曾在供电系统中应用普遍（目前应用越来越少）。但是它的断流能力较小， 选择性差，熔体熔断后更换不方便，不能迅速恢复供电，因此在要求供电 可靠性较高的场所不宜用。
(3) 低压断路器保护
又称低压自动开关保护，由于低压断路器带有多
种脱扣器，能够进行过电流、过负载、失电压和欠电压保护等，而且可作
为控制开关进行操作，因此在对供电可靠性要求较高且频繁操作的低压供
电系统中广泛应用。
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工厂供电课件_第4章
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工厂供电课件_第4章
第一节
继电保护的基本概念
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工厂供电课件_第4章
一、继电保护 1、基本概念与组成 继电保护：继电保护的技术和由各种继电保护设备组成的保护系统。
I re kre I op
• •
动作电流：能使继电器动作的最小电流称为动作电流，以Iop表示。 返回电流：能使继电器返回的最大电流为返回电流，以Ire表示。 为了保证动作后输出状态的稳定性和可靠性，过电流继电器的返回 系数恒小于1。 继电保护规定：过流继电器的不应低于0.85；低电压继电器的应不 大于1.25。尽量接近于1。
工厂供电课件_第4章
几个概念： 后备保护：电力系统发生故障时，最近的保护装置或应该首先动作的保护 装置（主保护）将动作并切断电源，从而保证设备及人身安全。为了更 加可靠，一旦这些保护拒绝动作时还设置了后备保护，如果主保护不动 作，一段时间后后备保护将动作切断电源，保护设备和人身的安全。后 备保护有专门设置的，也有用上一级保护来作为主保护的后备保护的 ， 分为近后备与远后备。 纵联差动保护：采用纵向差动保护的测量元件，用来比较被保护元件两端 电流的大小和相位之差，从而判断保护区内是否发生短路 ，可用于线路、 发电机、变压器及母线等。纵联差动保护只在保护区内短路时才动作 ， 区外故障不动作。 横联差动保护：横差保护--用于两台并联运行的变压器（各项技术参数相同） 或线路。差动继电器安装于各台变压器（一般安装于高压侧）或出线端， 差异分析及动作分析同前。(很少使用）。
定性。
注意：必须在满足选择性的基础上
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4．对继电保护的基本要求
•
对作用于跳闸的继电保护，在技术上有四个基本要求：
• 可靠性 • 灵敏性 • 选择性 • 速动性
• • •
可靠性最重要 灵敏性直接影响可靠性 选择性影响快速性
继电保护除应满足上述基本要求外，还要求其投资省、便于整定、 调试和运行维护，并尽可能满足系统运行时所要求的灵活性。
继电器是一种在其输入的物理量（电量或非电量）达到规定值时， 其电气输出电路被接通（导通）或分断（阻断、关断）的自动电器。
分类：
按反应的物理量分为：电流继电器、电压继电器、气体继电器……
按实现的型式分为：电磁式、感应式、数字式…… 按继电器在保护回路中所起的作用分为：量度继电器、时间继电器、
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工厂供电课件_第4章
(3) 选择性
当供电系统发生故障时，离故障点最近的保护装置应先动作，切除故 障，而供电系统的其他无故障部分继续运行，满足这一要求的动作就叫有 选择性。
k点 故 障
QF2 动 作
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图解：下图中各断路器都装有保护。 K1点短路时，保护只跳开1QF 和2QF，使其余部分继续供电；又如 K3点短路，断路器 1QF～6QF均有短路电流，保护只应跳6QF，除变电站 D停电外，其余继续供电。 K3点短路时，若6QF因本身失灵或保护拒动而不能跳开，此时5QF的 保护应使5QF跳闸，这显然符合选择性的要求，这种作用称为远后备保护。
I k. min ks I op
I k. min——系统在最小运行方式时保护区末端的短路电流；
I op ——保护装置一次侧动作电流。
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工厂供电课件_第4章
（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
kS＝Ik(n)／Iop Ik(n)——保护区内故障的最小短路电流值
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工厂供电课件_第4章
(4) 速动性
保护装置在可能的条件下，应尽快地动作切除事故，以减少对用电设
备的影响，如果故障能在0.2s内切除，则一般电动机就不会停转。迅速的
动作还能减轻对系统的破坏程度，减轻对元件的损害程度，减少用户在低 电压下工作的时间和停电时间，加速恢复正常运行的过程，提高系统的稳
南瑞继保、南瑞科技、南京南自、许继电气、北京四方、深圳南瑞、积 成电子、东方电子、北京科东等；（配电网的厂家更多，如：淄博科汇、 特瑞德等）
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工厂供电课件_第4章
一、为什么要对供电系统进行保护？
• • •
工矿企业供电系统在运行中，可能出现各种故障和不正常运行状态。 故障：相间短路、接地短路，变压器、电动机一相绕组的匝间短路等。 不正常运行状态：过负荷、一相断线、小接地电流系统中的单相接地等。 • 外部原因： （如雷击等） • 内部原因： （如绝缘老化、损坏等）
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工厂供电课件_第4章 (2) 灵敏性
保护装置对其保护区内发生故障或不正常运行状态的反应能力称为灵敏
性，如果保护装置对其保护区内极轻微的故障都能及时地反应动作，即具有 足够的反应能力，说明保护装置的灵敏度高（但有时可靠性与灵敏性是矛盾 的）。保护装置灵敏与否，一般都用灵敏系数（ks）来衡量。以过电流保护 为例，灵敏系数表示为：
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工厂供电课件_第4章 三、继电保护用的电流互感器
供电系统中主要是采用电流保护，下面着重对电流互感器的两个重要 方面进行介绍 1．电流互感器的10%误差曲线 电流互感器的电流误差是指测出的电流kTAI2对实际电流I1的相对误差 百分值，即
靠性并防止干扰信号引起的误动作，故考虑了必须使测量值大于动作值
的持续时间超过2~3ms时，继电器才能动作于输出。
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2．继电特性 为保证继电器动作后可靠地有输出，防止当输入电流在整定值附近波 动时输出不停地跳变，对继电器有明确的动作特性要求。 正常电流时输出高电平E0，继电器触点开
（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
kS＝Uop／Uk(n) Uk(n)——保护区内故障的最大残压值
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（2）灵敏性
被保护的电气设 备 继电保护装置类型 过电流保护 最低灵敏度 1.5（如满足此要求将使保护复杂 时，灵敏度可降为1.25） 2.0
I Iop
输出低电平E1，闭合继电器触点
输出高电平E0，继电器触点开
I I re
无论起动和返回，继电器的动作都 是明确的，它不可能停留在某一个 中间位置，这种动作特性常称之为 “继电特性”。
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工厂供电课件_第4章
其中，返回电流Ire与起动电流Iop的比值称为继电器的返回系数kre，
工厂供电课件_第4章
第4 章
供电系统的保护
内容提要：概述供电系统保护的一些基本知识和基本问题 首先简要说明继电保护的基本概念； 然后介绍单端供电网络的保护， 电力变压器的保护，
低压配电系统的保护；
最后介绍供电系统的微机保护。
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工厂供电课件_第4章
第4章
第一节 第二节
供电系统的保护
具体包括：
继电保护的设计、配置、整定、调试等技术 从获取电量信息的互感器二次回路、经过继电保护装置、至断路器跳闸
线圈的一整套设备
2．继电保护的任务 ① 发生故障时，自动、迅速、有选择地借助于断路器将故障部分从供电系 统中切除；如：过流I段动作。 （继电保护动作于断路器跳闸）
② 当设备出现不正常运行状态时，根据运行条件而动作于发出信号、减负 荷或者跳闸。如：过负荷报警 （继电保护动作于发信号）
第三节
第四节
电力变压器的保护
低压配电系统的保护
第五节
供电系统的微机保护
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继电保护的历史
注意概念： 现在说继电保护是指微机保护（或叫微机继电保护），而不是以前的机 电式继电保护。
历史：
1：机电式继电保护时代（用各种继电器搭建的保护系统）：上世纪50 年代， 我国建立了自己的继电器制造业。阿城继电器厂。60年代、70年代得到 了大范围使用，是机电式继电保护的巅峰时期，80年代仍然在普遍使用。 2：上世纪80年代国外微机保护已经比较成熟，我国有相应的样机，但没有 大面积推广，90年代，我国在电力系统大面积推广使用微机保护，一直 到现在，近几年，变电站已经发展为智能变电站。
中间继电器、信号继电器、出口继电器……
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例如—过电流继电器 来自电流互感器二次侧的电流I，加入到过电流继电器的输入端。当 电流I大于由继电器的安装位置和工作任务而预先给定的动作值Iop时，比 较环节有输出。 在电磁型继电器中，由于需要靠电磁转矩驱动机械触点的转动与闭 合，需要一定的功率和时间，继电器有自身固有动作时间（几毫秒或几 十毫秒），一般的干扰不会造成误动； 在数字型继电器中，由于其动作速度快、功率小，为提高动作的可
变压器、线路等 所有电气设备
电流速断保护
后备保护
1.2（如满足此要求将使保护过分 复杂或在技术上难以实现时，可仅 按常见的运行方式和故障类型校验 灵敏度） 2.0
1.25 1.50
变压器
3～10kV电缆线 路 3～10kV架空线 路
纵联差动保护 中性点不直接接地电力网 中的零序电流保护
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工厂供电课件_第4章 4．对继电保护的基本要求
• 对作用于跳闸的继电保护，在技术上有四个基本要求：
• 可靠性 • 灵敏性
• 选择性
• 速动性
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(1) 可靠性
指在该保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时，它不
应该拒绝动作，而在任何其他该保护装置不应该动作的情况下，则不应该 误动作。 不误动； 不拒动。 为了满足可靠性的要求，保护装置接线应尽可能简单，力求减少继电 器接点，避免保护装置断线、短路、接地和错误的接线，所有辅助元件如 连接端子、连接导线以及安装施工，都应当十分可靠。
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3．继电保护装置的构成
跳闸 发信号 整定值
故障量
测量部分
逻辑部分
执行部分
• • •
测量部分：测量从被保护对象输入的有关电气量，并与已给定的整定值 进行比较，根据比较结果，给出逻辑信号。 逻辑部分：根据测量部分的输出，使保护装置按照一定的逻辑关系工作， 最后确定是否应该使断路器跳闸或发出信号。 执行部分：根据逻辑部分传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。
• 故障原因：
• 误操作：（运行时）
故障后果： （1）损坏设备、缩短设备使用寿命。 （2）破坏系统运行的稳定性。 （3）用户电压下降；破坏工作稳定，影响产品质量。 （4）供电质量：电压、频率、谐波。
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工厂供电课件_第4章 供电系统的保护
二、供电系统中保护装置的作用与类型 在供电系统中需装设不同类型的保护装置，在发生故障时能自动检测 出故障，并且迅速、及时地将故障区域从供电系统中切除，以免系统设备 继续遭到破坏。当系统处于不正常运行时，如过载、欠电压等情况时，能 发出报警信号，以便及时处理，保证安全可靠地供电。 供电系统中常见的保护装置类型主要有如下三种： (1) 继电保护装置 是一种能反映供电系统中电气元件（线路、变压器、 母线、用电设备等）发生故障或处于不正常运行状态、并动作于断路器跳 闸或发出信号的自动装置，其适用于要求供电可靠性较高的高压供电系统 中。（目前都是微机保护装置）
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二、继电器与继电特性
1．继电器 继电器是组成继电保护装置的基本元件。它是一种能自动执行断、续控制的部 件，当其输入量达到一定值时，能使其输出的被控制量发生预计的状态变化，如触 点打开、闭合，或电平由高变低、由低变高等，具有对被控电路实现“通”、“断” 控制的作用。
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(2) 熔断器保护
广泛适用于高、低压供电系统。由于装置简单经济，
曾在供电系统中应用普遍（目前应用越来越少）。但是它的断流能力较小， 选择性差，熔体熔断后更换不方便，不能迅速恢复供电，因此在要求供电 可靠性较高的场所不宜用。
(3) 低压断路器保护
又称低压自动开关保护，由于低压断路器带有多
种脱扣器，能够进行过电流、过负载、失电压和欠电压保护等，而且可作
为控制开关进行操作，因此在对供电可靠性要求较高且频繁操作的低压供
电系统中广泛应用。
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第一节
继电保护的基本概念
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一、继电保护 1、基本概念与组成 继电保护：继电保护的技术和由各种继电保护设备组成的保护系统。
I re kre I op
• •
动作电流：能使继电器动作的最小电流称为动作电流，以Iop表示。 返回电流：能使继电器返回的最大电流为返回电流，以Ire表示。 为了保证动作后输出状态的稳定性和可靠性，过电流继电器的返回 系数恒小于1。 继电保护规定：过流继电器的不应低于0.85；低电压继电器的应不 大于1.25。尽量接近于1。
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几个概念： 后备保护：电力系统发生故障时，最近的保护装置或应该首先动作的保护 装置（主保护）将动作并切断电源，从而保证设备及人身安全。为了更 加可靠，一旦这些保护拒绝动作时还设置了后备保护，如果主保护不动 作，一段时间后后备保护将动作切断电源，保护设备和人身的安全。后 备保护有专门设置的，也有用上一级保护来作为主保护的后备保护的 ， 分为近后备与远后备。 纵联差动保护：采用纵向差动保护的测量元件，用来比较被保护元件两端 电流的大小和相位之差，从而判断保护区内是否发生短路 ，可用于线路、 发电机、变压器及母线等。纵联差动保护只在保护区内短路时才动作 ， 区外故障不动作。 横联差动保护：横差保护--用于两台并联运行的变压器（各项技术参数相同） 或线路。差动继电器安装于各台变压器（一般安装于高压侧）或出线端， 差异分析及动作分析同前。(很少使用）。
定性。
注意：必须在满足选择性的基础上
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4．对继电保护的基本要求
•
对作用于跳闸的继电保护，在技术上有四个基本要求：
• 可靠性 • 灵敏性 • 选择性 • 速动性
• • •
可靠性最重要 灵敏性直接影响可靠性 选择性影响快速性
继电保护除应满足上述基本要求外，还要求其投资省、便于整定、 调试和运行维护，并尽可能满足系统运行时所要求的灵活性。
继电器是一种在其输入的物理量（电量或非电量）达到规定值时， 其电气输出电路被接通（导通）或分断（阻断、关断）的自动电器。
分类：
按反应的物理量分为：电流继电器、电压继电器、气体继电器……
按实现的型式分为：电磁式、感应式、数字式…… 按继电器在保护回路中所起的作用分为：量度继电器、时间继电器、
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(3) 选择性
当供电系统发生故障时，离故障点最近的保护装置应先动作，切除故 障，而供电系统的其他无故障部分继续运行，满足这一要求的动作就叫有 选择性。
k点 故 障
QF2 动 作
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图解：下图中各断路器都装有保护。 K1点短路时，保护只跳开1QF 和2QF，使其余部分继续供电；又如 K3点短路，断路器 1QF～6QF均有短路电流，保护只应跳6QF，除变电站 D停电外，其余继续供电。 K3点短路时，若6QF因本身失灵或保护拒动而不能跳开，此时5QF的 保护应使5QF跳闸，这显然符合选择性的要求，这种作用称为远后备保护。
I k. min ks I op
I k. min——系统在最小运行方式时保护区末端的短路电流；
I op ——保护装置一次侧动作电流。
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（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
kS＝Ik(n)／Iop Ik(n)——保护区内故障的最小短路电流值
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(4) 速动性
保护装置在可能的条件下，应尽快地动作切除事故，以减少对用电设
备的影响，如果故障能在0.2s内切除，则一般电动机就不会停转。迅速的
动作还能减轻对系统的破坏程度，减轻对元件的损害程度，减少用户在低 电压下工作的时间和停电时间，加速恢复正常运行的过程，提高系统的稳
南瑞继保、南瑞科技、南京南自、许继电气、北京四方、深圳南瑞、积 成电子、东方电子、北京科东等；（配电网的厂家更多，如：淄博科汇、 特瑞德等）
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一、为什么要对供电系统进行保护？
• • •
工矿企业供电系统在运行中，可能出现各种故障和不正常运行状态。 故障：相间短路、接地短路，变压器、电动机一相绕组的匝间短路等。 不正常运行状态：过负荷、一相断线、小接地电流系统中的单相接地等。 • 外部原因： （如雷击等） • 内部原因： （如绝缘老化、损坏等）
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保护装置对其保护区内发生故障或不正常运行状态的反应能力称为灵敏
性，如果保护装置对其保护区内极轻微的故障都能及时地反应动作，即具有 足够的反应能力，说明保护装置的灵敏度高（但有时可靠性与灵敏性是矛盾 的）。保护装置灵敏与否，一般都用灵敏系数（ks）来衡量。以过电流保护 为例，灵敏系数表示为：
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供电系统中主要是采用电流保护，下面着重对电流互感器的两个重要 方面进行介绍 1．电流互感器的10%误差曲线 电流互感器的电流误差是指测出的电流kTAI2对实际电流I1的相对误差 百分值，即
靠性并防止干扰信号引起的误动作，故考虑了必须使测量值大于动作值
的持续时间超过2~3ms时，继电器才能动作于输出。
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2．继电特性 为保证继电器动作后可靠地有输出，防止当输入电流在整定值附近波 动时输出不停地跳变，对继电器有明确的动作特性要求。 正常电流时输出高电平E0，继电器触点开
（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
kS＝Uop／Uk(n) Uk(n)——保护区内故障的最大残压值
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（2）灵敏性
被保护的电气设 备 继电保护装置类型 过电流保护 最低灵敏度 1.5（如满足此要求将使保护复杂 时，灵敏度可降为1.25） 2.0
I Iop
输出低电平E1，闭合继电器触点
输出高电平E0，继电器触点开
I I re
无论起动和返回，继电器的动作都 是明确的，它不可能停留在某一个 中间位置，这种动作特性常称之为 “继电特性”。
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其中，返回电流Ire与起动电流Iop的比值称为继电器的返回系数kre，
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第4 章
供电系统的保护
内容提要：概述供电系统保护的一些基本知识和基本问题 首先简要说明继电保护的基本概念； 然后介绍单端供电网络的保护， 电力变压器的保护，
低压配电系统的保护；
最后介绍供电系统的微机保护。
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第4章
第一节 第二节
供电系统的保护
具体包括：
继电保护的设计、配置、整定、调试等技术 从获取电量信息的互感器二次回路、经过继电保护装置、至断路器跳闸
线圈的一整套设备
2．继电保护的任务 ① 发生故障时，自动、迅速、有选择地借助于断路器将故障部分从供电系 统中切除；如：过流I段动作。 （继电保护动作于断路器跳闸）
② 当设备出现不正常运行状态时，根据运行条件而动作于发出信号、减负 荷或者跳闸。如：过负荷报警 （继电保护动作于发信号）