建筑供配电与照明技术课件-7

第第7章章 供配电系统的过电流保护供配电系统的过电流保护l主要内容主要内容过电流保护装置的任务和要求过电流保护装置的任务和要求三段式电流保护原理及整定计算三段式电流保护原理及整定计算 变压器保护原则变压器保护原则低压断路器保护低压断路器保护l重点、难点重点、难点过电流保护装置的任务和要求过电流保护装置的任务和要求三段式电流保护原理及整定计算三段式电流保护原理及整定计算6/16/20241第7章 供配电系统的过电流保护主要内容7/28/202317.1 过电流保护装置的任务和要求过电流保护装置的任务和要求l任务：任务：系统出现不正常状态时，发出报警信号。（过负系统出现不正常状态时，发出报警信号。（过负荷、单相接地、一相断线等）荷、单相接地、一相断线等）系统出现短路故障时，作用开关跳闸并报警。系统出现短路故障时，作用开关跳闸并报警。l 1KV以上高压系统，采用继电保护装置和高以上高压系统，采用继电保护装置和高压熔断器保护。压熔断器保护。l1KV以下低压系统，采用低压断路器和低压以下低压系统，采用低压断路器和低压熔断器保护。熔断器保护。6/16/202427.1 过电流保护装置的任务和要求任务：7/28/20232要求：要求：l选择性选择性切除故障部分，防止越级跳闸。切除故障部分，防止越级跳闸。l速动性速动性尽快速切断故障，减少故障存在的时间。尽快速切断故障，减少故障存在的时间。l灵敏性灵敏性指对故障或不正常运行状态的反映能力。指对故障或不正常运行状态的反映能力。用灵敏度或灵敏系数来衡量用灵敏度或灵敏系数来衡量l可靠性可靠性不拒动、不拒动、不误动不误动。6/16/20243要求：选择性7/28/20233灵敏度灵敏度l对反映故障时参数量增加的保护装置对反映故障时参数量增加的保护装置 其灵敏系数为：其灵敏系数为：Sp=（过电流）（过电流）l对反映故障时参数量降低的保护装置，对反映故障时参数量降低的保护装置，其灵敏系数为：其灵敏系数为：Sp=（欠电压）（欠电压）灵敏系数整定：灵敏系数整定：1.2、1.25、1.5、2。6/16/20244灵敏度对反映故障时参数量增加的保护装置7/28/202347.2 熔断器保护熔断器保护l熔断器配置如图熔断器配置如图注意：低压系统中注意：低压系统中PE线和线和PEN线上，不允许线上，不允许装设熔断器。装设熔断器。6/16/202457.2 熔断器保护熔断器配置如图7/28/20235熔断器熔体电流的选择熔断器熔体电流的选择熔断器额定电流熔断器额定电流 IN.FU和熔体的额定电流和熔体的额定电流 IN.FE的的确定：确定：l IN.FE(1.42.5)I30l IN.FE=(0.31.0)IN.FU l断流能力的校验，即：断流能力的校验，即：（限流型，如（限流型，如RN4 （非限流型非限流型 l （对具有断流能力上（对具有断流能力上l 下限的熔断器，如下限的熔断器，如 l RW4)6/16/20246熔断器熔体电流的选择熔断器额定电流 IN.FU和熔体的额定电熔断器灵敏度校验熔断器灵敏度校验K见表见表6-1熔断器之间的选择性配合熔断器之间的选择性配合要求：上级的熔断时间大于下级熔断时间要求：上级的熔断时间大于下级熔断时间 考虑到熔断器熔断时间的偏差考虑到熔断器熔断时间的偏差 t 13t26/16/20247熔断器灵敏度校验K见表6-17/28/202377.3 常用的保护继电器常用的保护继电器l1、作用：用来接通或断开控制或保护回、作用：用来接通或断开控制或保护回路。路。l2、区别：接触器主回路（、区别：接触器主回路（I5A）、继电）、继电器多用于控制电路（器多用于控制电路（I5A）。）。l3、种类：、种类：电磁式继电器电磁式继电器 D 电流继电器电流继电器 L感应式继电器感应式继电器 G 电压继电器电压继电器 Y整流式继电器整流式继电器 L 功率继电器功率继电器 G晶体管继电器晶体管继电器 B 中间继电器中间继电器 Z 信号继电器信号继电器 X6/16/202487.3 常用的保护继电器1、作用：用来接通或断开控制或保护回1）电磁式电流、电压继电器（图）电磁式电流、电压继电器（图6-6）l作用：当电流超过某一整定值时继电器动作。作用：当电流超过某一整定值时继电器动作。l工作原理：工作原理：6/16/202491）电磁式电流、电压继电器（图6-6）作用：当电流超过某一l动作电流（动作电流（Iopk）：）：能使继电器动作的最小电流。能使继电器动作的最小电流。l返回电流（返回电流（IreK）：）：能使继电器返回的最大电流。能使继电器返回的最大电流。l返回参数（返回参数（Kre）：）：l整定方法：整定方法：A、平滑调节（调弹簧）。、平滑调节（调弹簧）。B、级进调节（线圈抽头或串、并联）。、级进调节（线圈抽头或串、并联）。l动作时间：动作时间：0.010.05s。l特点：接点容量较小，不能直接作用于特点：接点容量较小，不能直接作用于断路器跳闸，必须通过其它继电器转换。断路器跳闸，必须通过其它继电器转换。6/16/202410动作电流（Iopk）：7/28/2023102）电磁式中间继电器（1）作用：）作用：A、提供足够数量的触点以便同时控制不同的、提供足够数量的触点以便同时控制不同的电路。电路。B、增加触点容量，以便接通断开较大的电流、增加触点容量，以便接通断开较大的电流回路（如跳闸回路）。回路（如跳闸回路）。C、提供必要的延时特性，以满足保护及自动、提供必要的延时特性，以满足保护及自动装置的要求。装置的要求。（2）种类：电压式、电流式。）种类：电压式、电流式。l瞬动、延时动作。瞬动、延时动作。l瞬动时间：瞬动时间：0.050.06s 6/16/2024112）电磁式中间继电器（1）作用：7/28/202311l结构6/16/202412结构7/28/2023123)电磁式时间继电器电磁式时间继电器 l（1）特点：延时动作l（2）原理：钟表机构 6/16/2024133)电磁式时间继电器（1）特点：延时动作7/28/20234）电磁式信号继电器）电磁式信号继电器（1）种类：）种类：电流型、电压型。电流型、电压型。（2）作用：）作用：动作指示（灯光、音响信号），以便判别故障动作指示（灯光、音响信号），以便判别故障性质。性质。（3）原理）原理 图图7106/16/2024144）电磁式信号继电器（1）种类：7/28/2023145）感应式继电器）感应式继电器（1）结构组成与工作原理 图6-146/16/2024155）感应式继电器（1）结构组成与工作原理 图6-147/2l、两部分组成：一是感应系统（动作反时限），、两部分组成：一是感应系统（动作反时限），二是电磁系统（动作瞬时）。二是电磁系统（动作瞬时）。l、继电器的动作时限：从继电器动作到触点闭、继电器的动作时限：从继电器动作到触点闭合这段时间。合这段时间。l动作特性动作特性反时限特性：反时限特性：动作时间与电流成反比动作时间与电流成反比有限反时限特性：有限反时限特性：电流变大，动作时间基本不变电流变大，动作时间基本不变电磁系统的动作时间：电磁系统的动作时间：0.050.1s。l（2）动作电流与动作时限的调节）动作电流与动作时限的调节l动作电流：使蜗杆与扇形齿轮齿合的最小电流。动作电流：使蜗杆与扇形齿轮齿合的最小电流。l感应系统动作电流调整：利用插销感应系统动作电流调整：利用插销20改变继电器改变继电器线圈的匝数来调整。线圈的匝数来调整。l感应系统动作时限调整：改变扇形齿轮的起始位感应系统动作时限调整：改变扇形齿轮的起始位置。置。l优点：接点容量大；直接作用于断路器跳闸。优点：接点容量大；直接作用于断路器跳闸。l缺点：结构复杂，精确度较低。缺点：结构复杂，精确度较低。6/16/202416、两部分组成：一是感应系统（动作反时限），二是电磁系统（动6）晶体管继电器）晶体管继电器l（1）电路组成：（五部分）：电压形成）电路组成：（五部分）：电压形成回路、启动回路、时限回路、出口信号回回路、启动回路、时限回路、出口信号回路以及工作电源。路以及工作电源。l优缺点：优缺点：质量轻，质量轻，体积小，体积小，耗电少，耗电少，寿命长，寿命长，工作可靠。工作可靠。6/16/2024176）晶体管继电器（1）电路组成：（五部分）：电压形成回路、启7)微机保护装置微机保护装置 l微机保护的硬件组成微机保护的硬件组成 6/16/2024187)微机保护装置 微机保护的硬件组成 7/28/202317.4 工厂高压线路的过电流保护工厂高压线路的过电流保护 l继电保护的接线方式继电保护的接线方式 完全星型接线（三相三继电器接法）完全星型接线（三相三继电器接法）不完全星形接线（两相继电器接法）不完全星形接线（两相继电器接法）两相电流差接线（两相一继电器接法）两相电流差接线（两相一继电器接法）6/16/2024197.4 工厂高压线路的过电流保护 继电保护的接线方式 7/2接线系数接线系数流入继电器的电流与电流互感器二次测电流的比值流入继电器的电流与电流互感器二次测电流的比值 完全星型接线（三相三继电器接法）完全星型接线（三相三继电器接法）不完全星形接线（两相继电器接法）不完全星形接线（两相继电器接法）两相电流差接线（两相一继电器接法）两相电流差接线（两相一继电器接法）（U、V、W三相短路）三相短路）（U、V 或或V、W相间短路）相间短路）（U、W相间短路）相间短路）6/16/202420接线系数流入继电器的电流与电流互感器二次测电流的比值7/28l过电流：电流超过额定电流或整定电流。过电流：电流超过额定电流或整定电流。l过电流保护：就是利用过流时电流增大的过电流保护：就是利用过流时电流增大的特点构成的保护装置。特点构成的保护装置。l分类：分类：定时限过电流保护定时限过电流保护反时限过电流保护反时限过电流保护无时限电流速断保护无时限电流速断保护有时限电流速断保护。有时限电流速断保护。6/16/202421过电流：电流超过额定电流或整定电流。7/28/2023217.4.1定时限过电流保护定时限过电流保护 l保护装置的工作原理 l组成：组成：电流互感器电流互感器电流继电器电流继电器时间继电器时间继电器信号信号继电器继电器中间中间继电器继电器原理原理:过流过流电流继电器动作电流继电器动作KT延时闭合延时闭合KS显示显示KM动作动作YR跳闸。跳闸。6/16/2024227.4.1定时限过电流保护 保护装置的工作原理 原理:过流保护装置的时限特性保护装置的时限特性 在供电线路上，每级设有保护，为实现选在供电线路上，每级设有保护，为实现选择性，各级保护的动作时限应相互配合择性，各级保护的动作时限应相互配合l时限配合：采用阶梯原则。时限配合：采用阶梯原则。l时限级差：定时限时限级差：定时限t=0.50.7sl 反时限反时限t=0.70.9sl可见可见:选择性选择性的实现，通过的实现，通过不同的时间构不同的时间构成。成。6/16/202423保护装置的时限特性 在供电线路上，每级设有保护，为实保护装置的整定计算保护装置的整定计算整定包括：动作电流、动作时限。动作电流、动作时限。l1）动作电流的整定）动作电流的整定 （1）躲过最大工作电流。）躲过最大工作电流。（2）返回电流）返回电流Ire应大于最大工作电流：应大于最大工作电流：可靠系数可靠系数自起动系数自起动系数6/16/202424保护装置的整定计算整定包括：动作电流、动作时限。可靠系数自起l换算到电流互感器二次测整定电流换算到电流互感器二次测整定电流l2）灵敏度校验）灵敏度校验l（1）最小的短路电流大于动作电流）最小的短路电流大于动作电流l（2）要求：保护装置灵敏度系数的最小允许值，）要求：保护装置灵敏度系数的最小允许值，对于主保护还要求对于主保护还要求Kr1.5，对于后备保护区，对于后备保护区Kr1.2。6/16/202425换算到电流互感器二次测整定电流7/28/202325l当保护装置灵敏度度不满足时：当保护装置灵敏度度不满足时：降低继电器的动作电流降低继电器的动作电流提高继电器的返回系数提高继电器的返回系数等方法来提高保护装置的灵敏度。等方法来提高保护装置的灵敏度。l3）保护装置的时限整定）保护装置的时限整定l（1）原则：阶梯原则。）原则：阶梯原则。l（2）位于电网末端的过电流保护装置不）位于电网末端的过电流保护装置不设延时元件。设延时元件。l（3）t不可过小，否则可能造成误动。不可过小，否则可能造成误动。6/16/202426当保护装置灵敏度度不满足时：7/28/2023267.4.2 反时限过电流保护反时限过电流保护 l基本元件：基本元件：GL型感应式电流继电器或晶体型感应式电流继电器或晶体管继电器，可组成反时限过电流保护装置。管继电器，可组成反时限过电流保护装置。l整定计算整定计算l电流同前电流同前l时限配合时限配合l配合点满足时限配合点满足时限级差要求级差要求6/16/2024277.4.2 反时限过电流保护 基本元件：GL型感应式电流继电7.4.3 电流速断保护电流速断保护 l一般要求，当过电流保护装置的动作时限一般要求，当过电流保护装置的动作时限如果超时如果超时1s。还应装设电流速断保护。还应装设电流速断保护。l种类种类:瞬时（无时限）电流速断保护瞬时（无时限）电流速断保护限时（有时限）电流速断保护。限时（有时限）电流速断保护。l1、无时限电流速断保护（瞬动保护）、无时限电流速断保护（瞬动保护）组成：组成：电流互感器电流互感器 电流继电器电流继电器 信号信号继电器继电器 中间中间继电器继电器6/16/2024287.4.3 电流速断保护 一般要求，当过电流保护装置的动作时l原理：原理：短路时，由电流继电器动作，作用信号短路时，由电流继电器动作，作用信号并跳闸。并跳闸。不能用时间实现选择性，只能用电流。不能用时间实现选择性，只能用电流。l1）动作电流的整定）动作电流的整定 速断保护的动速断保护的动作电流应大于被保作电流应大于被保护线路末端的最大护线路末端的最大短路电流。短路电流。6/16/202429原理：7/28/202329l2）电流速断的）电流速断的“死区死区”l由图，电流速断保护只能保护线路的一部由图，电流速断保护只能保护线路的一部分。分。l没有得到保护的一段线路就称为电流速断没有得到保护的一段线路就称为电流速断保护的保护的“死区死区”。l保护范围：保护范围：与短路故障的种类有关，还与电力系统与短路故障的种类有关，还与电力系统的运行方式有关。的运行方式有关。在正常运行方式下，其最小保护范围应不小在正常运行方式下，其最小保护范围应不小于被保护线路全长的于被保护线路全长的15%20%。l3）灵敏度效验公式6/16/2024302）电流速断的“死区”7/28/2023302、限时电流速断保护装置、限时电流速断保护装置l1）限时电流速断保护装置比无时限速断）限时电流速断保护装置比无时限速断保护大一时限差保护大一时限差t（0.5s）即可。）即可。l2）两阶段速断保护装置：）两阶段速断保护装置：无时限速断、限时电流速断保护装置。无时限速断、限时电流速断保护装置。l第一级速断装置；瞬时电流速断保护装置第一级速断装置；瞬时电流速断保护装置l第二级速断装置：限时电流速断保护装置第二级速断装置：限时电流速断保护装置l第一段线路的限时电流速断保护的动作电第一段线路的限时电流速断保护的动作电流要比下一段线路的瞬时速断装置的动作流要比下一段线路的瞬时速断装置的动作电流大。电流大。6/16/2024312、限时电流速断保护装置1）限时电流速断保护装置比无时限速断7.4.4 三段式电流保护装置三段式电流保护装置 l第一段保护第一段保护-瞬时电流速断瞬时电流速断 （作为主保护）（作为主保护）l第二段保护第二段保护-限时电流速断（近后备保护）限时电流速断（近后备保护）l第三段保护第三段保护-定时限过电流保护（后备保定时限过电流保护（后备保护）护）l应用应用l310kV：一般用两段式电流保护装置。：一般用两段式电流保护装置。l35300kV：三段式电流保护装置。：三段式电流保护装置。死区死区保护范围保护范围6/16/2024327.4.4 三段式电流保护装置 第一段保护-瞬时电流7.4.5 单相接地保护单相接地保护 l绝缘监视装置绝缘监视装置 l作用：监视电网的对地绝缘。作用：监视电网的对地绝缘。l原理接线图原理接线图l组成：组成：一个三相五柱式电一个三相五柱式电压互感器、三个电压互感器、三个电压表和一个电压继压表和一个电压继电器。电器。l信号显示：信号显示：音响、灯光和掉牌。音响、灯光和掉牌。l缺点：动作无选择性缺点：动作无选择性 6/16/2024337.4.5 单相接地保护 绝缘监视装置 7/28/20233零序电流保护零序电流保护l利用故障线路零序电流比非故障线路零序电流大的特点，实现有选择性的保护。非故障线路非故障线路:IE1 方向母线到线路方向母线到线路故障线路：故障线路：(N-1)IE1方向线路到方向线路到母线母线单相接地特点：单相接地特点：6/16/202434零序电流保护利用故障线路零序电流比非故障线路零序电流大的特点l动作电流：动作电流：l灵敏度：灵敏度：l单相接地故障，按流过保护装置最小零序电单相接地故障，按流过保护装置最小零序电流来校验。流来校验。l1）计算公式：）计算公式：l l2）要求：）要求：l电缆线路：电缆线路：Kr1.25l架空线路：架空线路：Kr1.5。l当零序电流保护不能满足选择性要求或灵敏当零序电流保护不能满足选择性要求或灵敏度不够时可装设零序功率方向保护装置。度不够时可装设零序功率方向保护装置。6/16/202435动作电流：7/28/2023357.4.6 零序功率方向保护零序功率方向保护 l是根据故障线路的零序功率与非故障线路的零序功率输送方向相反的原理设计的。l接线原理：动作条件 A.1A2 6/16/2024367.4.6 零序功率方向保护 是根据故障线路的零序功率与非故7.5 电力变压器的保护电力变压器的保护 l变压器内部故障：相间短路、匝间短路、单相接地短路。l变压器外部故障：引出线、绝缘套筒相间短路或接地。l变压器不正常运行状态：过负荷、油面过低、温度升高和外部短路引起的过流等。l变压器保护瓦斯保护电流速断保护过电流过负荷保护单相短路保护6/16/2024377.5 电力变压器的保护 变压器内部故障：相间短路、匝间短路7.5.1 变压器的瓦斯保护变压器的瓦斯保护 l适用：室外变压器适用：室外变压器S800kVA和室内和室内S400kVA的油浸变压器。的油浸变压器。l瓦斯保护装置保护范围，油箱内部故障和瓦斯保护装置保护范围，油箱内部故障和油面降低等不正常运行状态。油面降低等不正常运行状态。6/16/2024387.5.1 变压器的瓦斯保护 适用：室外变压器S800kV7.5.2 变压器的速断保护变压器的速断保护 l保护范围：变压器内部、外部套管和引出线保护范围：变压器内部、外部套管和引出线上的全部故障。上的全部故障。l电源侧为大接地电电源侧为大接地电流系统时采用完全星流系统时采用完全星形接线。形接线。l电源侧为小接地电电源侧为小接地电流系统时采用两相不流系统时采用两相不完全星形接线。完全星形接线。6/16/2024397.5.2 变压器的速断保护 保护范围：变压器内部、外部套管l整定整定l灵敏系数灵敏系数:l适用：容量较小的变压器适用：容量较小的变压器l当当S10000kVA；并列运行的；并列运行的S7300kVA的变压的变压器采用纵联差动保护。器采用纵联差动保护。6/16/202440整定7/28/2023407.5.3 变压器的过负荷保护变压器的过负荷保护 l保护对象：反映变压器不正常运行状态。l动作电流的整定：躲过变压器的额定电流整定。l动作延时：l一般取10sl大于变压器的过电流保护的动作时间和电动机的启动时间。6/16/2024417.5.3 变压器的过负荷保护 保护对象：反映变压器不正常运7.5.4 变压器的纵联差动保护变压器的纵联差动保护 l原理：l比较一、二次电流差l正常时，不平衡电流很小l故障时，一次有短路电流，二次侧没有，不平衡电流很大6/16/2024427.5.4 变压器的纵联差动保护 原理：7/28/202347.6 低压配电线路保护低压配电线路保护7.6.1 线路短路保护线路短路保护-低压断路器低压断路器l瞬时过电流脱扣器整定电流瞬时过电流脱扣器整定电流配电线路配电线路-躲过尖峰电流躲过尖峰电流照明线路照明线路K取值见书表取值见书表6-6l短延时短延时过电流脱扣器整定电流过电流脱扣器整定电流l灵敏度灵敏度l l K1.36/16/2024437.6 低压配电线路保护7.6.1 线路短路保护-l7.6.2 线路过负荷保护l低压断路器长延时脱扣器动作电流6/16/2024447.6.2 线路过负荷保护7/28/2023447 小结小结l保护装置的任务和要求保护装置的任务和要求l了解继电器组成、作用、原理了解继电器组成、作用、原理l掌握三段式电流保护组成、作用（保护范掌握三段式电流保护组成、作用（保护范围）、原理及整定。围）、原理及整定。l低压线路的保护低压线路的保护6/16/2024457 小结保护装置的任务和要求7/28/202345