东北大学工业企业供电05第五章工业企业供电系统的保护装置

5.1 概述
5.1.1 继电保护装置的任务及基本要求
（3）继电保护装置的任务: ① 借助于断路器，自动地、迅速地、有选择地将故障元 件从供电系统中切除，以防事故扩大。 ② 给出不正常运行状态信号，以便及时处理。
③ 与其他自动化装置配合（如自动重合闸，备用电源自 动投入等），缩短事故停电时间，提高供电系统运行 的可靠性。 （4）对继电保护装置的要求
同名端接线与电流检测
电流互感器制作完成后线圈是绝缘封起来的，不标 同名端，无法形成上述减极性，影响测量结果。 电源L1 电源L1
负载L2 负载L2
5.1 概述
5.1.3 电流互感器的极性与接线方式
（2）电流互感器一、二次电流关系 忽略励磁电流的理想电流互感器，有：
I1 W1 I 2 W2 0
带时限的过电流保护；
电流速断保护； 低电压保护；
中性点不接地系统的单相接地保护；
由双电源供电时的功率方向保护。
5.2 工业企业高压配电网的继电保护
5.2.2 线路过电流保护装置
过电流保护装置——当被保护线路中电流超过某一预先 整定的值时，就使断路器跳闸的 保护装置。按其时限特性可分为定 时限和反时限两种
（2）与继电器动作有关的几个概念： · 继电器的动作电流—— · 继电器的返回电流—— · 继电器的返回系数——
I0P
能使继电器动作的最小电流。
I re
K re
使继电器由动作状态回到起始位置的最大电流。
K re
I re I op
1
越接近于1，继电器质量越高，反应越灵敏 对DL型可取0.85
5.1 概述
5.1.3 电流互感器的极性与接线方式
加极性标示方法：
流入
I1
L1
1
流出
一次：L1流入
I
K 1
二次：K1流入
I2
L2
加极性接线图
2
I1
K2
KA
I1

L1
I
I2
I2
向量图（从继电器看）

L2
K2
I2
K1
5.1 概述
5.1.3 电流互感器的极性与接线方式
为什么要标同名端： 同名端 的判断
5.1 概述
5.1.2 电磁式电流继电器工作原理 （1）电磁式继电器（DL-10）结构原理图如下:
1线圈，2电磁铁，3钢舌片，4静触点， 5动触点，6起动电流调节转杆，7标 度盘(铭牌)，8轴承，9反作用弹簧， 10轴
调节：平滑调节 拨动杆6 级进调节 :线圈1串联（动作电流 小）或并联（动作电流大）
5.3
电力变压器的继电保护
5.3.1 变压器的故障种类和继电保护的设置原则 5.3.2 变压器的电流保护装置 5.3.3 变压器的瓦斯保护 5.3.4 变压器的差动保护 5.3.5 变压器各种保护小结
第五章工业企业供电系统的保护装置
5.4 工业企业低压供电系统保护 5.5 电气设备接地 第五章总结
(2)
IA
Ia
I R1 I a
I R2 Ic
(2) KW
IR I2
1
IC
(2)
Ic
IB
A B
Io Ia ( Ic来自Ia )K15.1 概述
5.1.3 电流互感器的极性与接线方式
③ BC两相短路
(2)
IC
IA
I R1 I a
(2) KW
Ic
(2)
Ia
I R 2 Ib
K1
K2
L2
图1-减极性接线图
注：（1）为安全起见，电流互感器二次线圈的一端和铁心必须直接接地 （2）电流互感器二次不允许开路
5.1 概述
5.1.3 电流互感器的极性与接线方式
按照图1接线后的电特性： ●从同名端 电流 I1 和 I 2 KA L1和K1看， I 方向相反（I1 流入， I 2 流出） 所以
5.2.2 线路过电流保护装置
① 选择性——继电保护装置只把故障部分切除，而 保护无故障部分继续运行。
5.1 概述
5.1.1 继电保护装置的任务及基本要求
K-2 K-3 5QF
GS
2QF
3QF 1QF 4QF 图5 －1 K-1 M
1QF——K-1点短路，切断故障电机M. 3QF——K-3点短路，切断故障线路
做为K-1点短路的后备保护（1QF拒动）
第五章工业企业供电系统的保护装置
5.1 概述 5.1.1 继电保护装置的任务及基本要求
（1）工业企业供电系统运行中可能发生： 故障——最常见的是短路故障。它使电气设备由于 受短路电流产生的电动力和热作用而损坏 ，甚至使整个系统运行紊乱。 不正常运行——过负荷，长期过负荷，绝缘破坏， 引起设备损坏。 （2）继电保护装置——两种形式 ①由电流互感器和继电器等元件组成（传统）； ②由电流互感器、微机保护装置组成（现代）。
5.1.3 电流互感器的极性与接线方式
由于电流继电器是由电流互感器的二次线圈电流驱动， 所以电流互感器的电流方向（极性）及接线方式影响电 流继电器的动作电流。 （1）电流互感器的极性 为了正确接线保证测量结果和便于分析问题，电流互 感器一次和二次线圈的引出端要标示极性（即电流方 向）。 一种减极性标示方法： 一次线圈极性：任选一个端子为始端 L1 , 另一个端子 为终端 L2 。 一次电流 I 1 瞬时由始端 L1 流入到向终端 L2 ， L1 相 当于+极性
I1

L1
I2
L2

K1
K2
I2
称为减极性。
●
从与之相连的继电器看，流过
其线圈的电流方向，与取消互 感器将继电器直接串连在一次 电路中电流方向相同。
减极性接线原理图
I1
I2
向量图（从继电器看）
即在向量图中方向一致，因此
我们可以用二次电流来表示一次 电流（只须考虑变比折算）。这正是减极性标注的优点。
5.1 概述
I R 2 Ib
Ib
K
(2) W

IR I2
1
IC
A
Ic
C
I R3 I c
K
5.1 概述
5.1.3 电流互感器的极性与接线方式
③ 单相短路时（假设A相短路，电流大）
(1)
IA
Ia
IC
IB
Ic
Ib
I R1 I a I R 2 Ib I R3 I c
(3) KW
IR I2
（3）电流互感器与继电器的接线方式 为了表述流过继电器线圈的电流与电流互感器二次侧 电流的关系。引入一个接线系数:
KW
IR I2
R—relay
为了能保护各种相间短路，电流互感器与继电器常 采用下列几种接线方式：
1） 三相三继电器接线（又称完全星形接线）
5.1 概述
5.1.3 电流互感器的极性与接线方式
I R1
I R2
IA


IB
I R3
I I
I
I0
K1

IC
K1
K
1
由三继电器，三互感器 组成。 三电流互感器二次线圈 同名端接成星形。 三继电器亦接成星形。 两个星形的中性点利用 中性线连接到一起。
中性线
①
(3)
正常时和三相短路时（一、二次都是对称的） (3) (3) I I K a ∴ W ∵ R1 Ia IA
IR Ia
IC
(2)
Ic
1
IB
5.1 概述
5.1.3 电流互感器的极性与接线方式
④ BC两相短路，同上。
(2)
IC
IA
(2)
Ic
IB
Ia
I R Ia Ic Ic KW
IR Ic
1
⑤ B相单相接地，保护不动作 特点：节约投资， 不同类型故障的接线系数不同，即灵敏度不同， 适用于10KV以下的小接地系统中，作为线路或高 压电动机的保护。
定时限过电流保护装置——动作时限固定，与电流大小
无关； 反定时限过电流保护装置——根据电流大小改变动作时
间，电流大，时限短。
5.2 工业企业高压配电网的继电保护
5.2.2 线路过电流保护装置
5.2.2.1 定时限过电流保护装置
（1）保护装置的组成与工作原理
对于10KV线路，工程上多采用不完全星形接线方 式。（ 原理图、展开图见P114， 图5－8）
IA

①
IB
IC

I R2
I
Ia
(3)
Ic
Ia
Io
I R1 I a I R2 Ic
Ib
(3) KW IR I2
正常及三相短路时
1
IA
Io
(3) (3)
IC
IB
Ic
IO I a I c Ib
5.1 概述
5.1.3 电流互感器的极性与接线方式
② AB两相短路
IR I2
1
IB
Io Ic
Io 0
K
(2) W
④ AC相短路
(2)
IA
Ia

IR I2
1
(2)
IB
IC
Ic
5.1 概述
5.1.3 电流互感器的极性与接线方式
⑤ A相单相、B相单相，C相单相
(1)
IA
Ia
IC
IA
IA
Ia
IB
无
(1)
Ib Ic
IB
(1)
IC
结论：此种接线，KW=1
特点：• 不如完全星形可靠，但较经济；
(铁心中合成磁势＝一、二次线圈安匝数之差)
故有
W1 I2 W I 1 2
I1 KTA
I1'
(一次电流换算到二次)
KTA
W2 W1

I1 I2
——电流互感器的变比
（安匝是磁动势的单位，等于线圈匝数与线圈通过的电流的乘积，安匝数越 大，产生的磁场越强） 。
5.1 概述
5.1.3 电流互感器的极性与接线方式
当电磁铁线圈通入电流时，产生磁通 Φ 并使衔铁磁化， 2 产生电磁力F，在铁心未饱和前，有： F K12 KI R 当线圈中的电流 I R 增大到一定程序时，产生的吸力 F 超 过弹簧和摩擦的反抗力，铁心吸动衔铁，使接点闭合， 这时称继电器动作或启动。
5.1 概述
5.1.2
电磁式电流继电器工作原理
minminoptaopminminoptawl2wl15221定时限过电流保护装置522线路过电流保护装置5222反时限过电流保护装置1感应型电流继电器52工业企业高压配电网的继电保护522线路过电流保护装置感应式电流继电器的工作原理与感应式有功电能表一样与电磁式不同它由两组元件构成一组为感应元件另一组为电磁元件其内部结构如图所1线圈2电磁铁3短路环5钢片6铝框架7调节弹簧8制动永久磁铁9扇形齿轮10蜗杆11扁杆12继电器触点13时限调节螺杆14速断电流调节螺钉15衔铁16动作电流调节插销系列感应式电流继电器的内部结构1感应型电流继电器522线路过电流保护装置5222反时限过电流保护装置分别在铝盘中感应出涡流i1和i2在交变主磁通和铝盘中的涡流相互作用下铝盘就要受到电磁力及电磁转矩m1所以铝盘就能绕轴转动
第五章工业企业供电系统的保护装置
5.1 概述
5.1.1 继电保护装置的任务及基本要求 5.1.2 电磁式电流继电器工作原理 5.1.3 电流互感器的极性与接线方式
5.2 工业企业高压配电网的继电保护
5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.2.4 常用的保护装置 线路过电流保护装置 线路电流速断保护 单相接地保护
1
结论：此种接线
KW 1
特点：• 保护装置可反应各种类型的短路故障（三 相、二相、单相）
• 缺点：需要三互感器，三继电器，四根连接
导线，费用较高。 • 适用于大接地电流电网（中性点接地），在工 业企业供电系统中很少用。
5.1 概述
5.1.3 电流互感器的极性与接线方式
2） 两相两继电器接线（不完全星形接线） 由两继电器，两互感器 I R1 I 组成。
(3)
IC
IB
Ic
Ib
I R 2 Ib I R3 I c
IO 0
IR I2
1
(由于采用减极性接线，所有一、二次电流同方向)
5.1 概述
5.1.3 电流互感器的极性与接线方式
② 二相短路时（假设AC相短路）I a , I c电流大，方向相反
(2)
IA
(2)
Ia
IB
B
I R1 I a
• 常用于工业企业厂区6～10KV中性点不接地电网， 作为相间短路保护；
• 对B相单相短路则不起作用。
5.1 概述
5.1.3 电流互感器的极性与接线方式
3） 两相单继电器接线（两相差流）
IR
I
I R Ia Ic
Ia
Ic
① 正常运行或三相短路
(3)
IA
(3)
Ia
(3)
Ic IR
I R Ia Ic 3Ia
（线电流）
IC
Ic
KW
IB
IR I2

3I a Ia
3
5.1 概述
5.1.3 电流互感器的极性与接线方式
② AC两相短路
(2)
IA
(2)
Ia
IB
I R Ia Ic 2I a KW
IR Ia
IC
Ic
2
③ AB两相短路
(2)
IA
Ia
I R I a IC I a KW
5.1 概述
5.1.3 电流互感器的极性与接线方式
二次线圈极性： 二次电流 I 流出的二次线圈端子标注为始端 K1，另一端 2 为 K2 。 K1 相当于+极性。 将 (L1, K1 ) 称为同名端子，用符号“*”表示。
流入
I1
L1
1
2
流出

I2
I
磁通方向：右螺旋定则 电流方向：楞次定律（感应 电流磁场方向与变化磁场方 向相反）-右手螺旋定则
5.2 工业企业高压配电网的继电保护
5.2.1常用的保护装置 中性点运行方式：中性点不接地、经削弧线圈接地、 中性点接地。前两种叫小电流接地系统，后一种叫大电流 接地系统。 工业企业6－10KV高压配电网一般属于中性点不接地 系统，即小电流接地的单端供电网络。 由于厂区线路距离不长，所以线路保护也不复杂， 常用的保护装置有：
5.1.1 继电保护装置的任务及基本要求
②快速性
5.1 概述
减轻短路电流对电气设备的破坏程度，加速恢复供电 系统的正常运行，减少对其它设备运行的影响。
但在快速性与选择发生矛盾时，应首先满足选择性要 求，然后再考虑快速性。
③可靠性
发生故障时不应拒动；
正常运行时不应误动。 ④灵敏性 对保护区内发生的故障或不正常运行状态，无论其位 置如何、程度轻重均应敏锐反应并保护动作。 由于继电保护装置主要由继电器和电流互感器组成， 所以下面分别介绍这两个元件。