Методична розробка уроку виробничого навчання на тему: Самостійна форма організації навчально – виробничої діяльності учнів

МЕТОДИЧНА  РОЗРОБКА

УРОКУ

Тема уроку:

«Релейний захист електроустаткування»

Методична тема:

Самостійна форма організації

навчально – виробничої діяльності учнів.

Розробив: викладач спецдисциплін

Томусяк   В.В.

 

Одним з ефективних шляхів приведення системи професійно-технічної освіти у відповідність до завдань виробництва є розвиток дуальної системи навчання. Вона є прикладом ефективної співпраці трьох зацікавлених суб’єктів: учня, навчального закладу та роботодавця. Таке співробітництво наближає учня до реальних умов виробництва, надає йому можливість подальшого працевлаштування, навіть конкретне робоче місце.

Ще кращі результати дає комбіноване використання модульного та дуального методів навчання в умовах виробництва. Так, наприклад, уроки з тем  «Релейний захист електроустаткування»  (ІІІ курс)  проводжу в «Департаменті високовольтних електромереж» ПАТ «Хмельницькобленерго

Навчання відбувається в три етапи:

1 етап – уроки проводяться у ВПУ №25 м. Хмельницького на базі електромонтажної майстерні традиційним методом та в класі спецдисциплін.

Цей етап включає:

-         вступні заняття по даним темам;

-         вивчення норм та правил безпеки праці;

-         ознайомлення з обладнанням, яке вивчається на даному етапі.

 Етап триває 6 годин, із яких 1 година відводиться на лекцію, 5 годин на семінар.

2 етап – урок проводяться в “Департаменті високовольтних електромереж” ПАТ ЕК «Хмельницькобленерго» з застосуванням комбінації модульного та дуального методів навчання.

3 етап -  самостійна робота, підготовка звітів та їх захист у Вищому професійному училищі №25м.Хмельницького.

Заняття в «Департаменті високовольтних електромереж»  на діючому обладнанні, в класі підготовки фахівців з релейного захисту  з використанням діючого стенду, інших. Навчання проводять фахівці з релейного захисту та служби підстанцій Хмельницькобленерго..

На третьому етапі відбувається самостійне навчання (підготовка звітів по темам у вигляді рефератів)  в бібліотеці,  читальному  залі,  в домашніх  умовах з подальшим захистом їх у навчальному закладі. Оцінювання відбувається по результатам роботи на всіх трьох етапах навчання з обговоренням оцінок, недоліків та недоробок.

І етап ( навчання в ВПУ)

План проведення уроку

Тема уроку: Релейний захист електроустаткування

Навчальна мета: Ознайомити учнів з захистом електроустаткування, релейним захистом; сформувати  знання;  розвивати пізнавальну активність та самостійність учнів;  виховувати відповідальність, повагу до професії.

Розвиваюча мета:  розвивати  професійні навики учнів під час вивчення   релейного захисту електроустаткування.

Виховна мета: виховувати в учнів творчу ініціативу, наполегливість, якість виконання робіт.

 Мотивація: силове електроустаткування коштує дорого (наприклад вартість потужних силових  трансформаторів складає 500 млн грн. і більше), ремонт електрообладнання потребує значних матеріальних затрат та часу, експлуатація високовольтного електроустаткування без релейного захисту заборонена.

Місце проведення уроку: кабінет спецдисциплін,  Департамент високовольтних електромереж ПАТ «Хмельницькобленерго», електромонтажна майстерня.

Тип уроку: комбінований

Хід уроку

І. Організаційна частина

- по списку журналу перевірити наявність учнів на уроці;

- призначити чергових;

- перевірити наявність зошитів для конспектування.

ІІ. Актуалізація опорних знань учнів з попередніх тем

-         Дайте визначення реле, назвіть його основні характеристики?

-         Класифікуйте  реле за принципом дії?

-         Класифікуйте  реле за призначенням?

-         Класифікуйте  реле за способом включення реле на струм або напругу?

-         Класифікуйте  реле за способом дії на  вимикач?

-         Дайте визначення релейного захисту?

-         Назвіть вимоги до  релейного захисту?

-         Поясніть що таке максимальний струмовий захист?

-         Назвіть вимоги до максимального струмового захисту?

-         Поясніть що таке селективність захисту?

-         Поясніть що таке чутливість захисту?

ІІІ. Вивчення нового матеріалу:

-         Загальні відомості про захист електроустаткування, релейний захист;

-         Основні вимоги до релейного захисту;

-         Класифікація реле, які використовуються в релейному захисті;

-         Принципові схеми релейного захисту електроустаткування:

а) максимальний струмовий захист:

б) направлений струмовий захист:

в) диференційний повздовжній та поперечний захист ліній:

г)диференційний захист силового  трансформатора;

д) газовий захист силового  трансформатора

Загальні відомості про захист електроустаткування, релейний захист

Релейним захистом називаються спеціальні пристрої, що складаються з реле, автоматів й інших апаратів, що забезпечують автоматичне відключення ушкодженої ділянки електричної мережі або сигнальні пристрої, що приводять у дію тільки попереджуючі сигнальні пристрої, що сповіщають оперативний персонал про ненормальний режим.

 Найнебезпечнішими є короткі замикання, що приводять до важких ушкоджень мереж й устаткування, тому при їхньому виникненні релейний захист повинен автоматично відокремити ушкоджену ділянку від іншої частини електроустановки. Якщо виниклий ненормальний режим не небезпечний для електроустановки і його можна ліквідувати без відключення (наприклад, при перевантаженнях), то завдання релейного захисту зводиться лише до приведення в дію попереджуючих сигнальних пристроїв, що сповіщають оперативний персонал про ненормальний режим.

Таким чином, основне призначення релейного захисту  - визначення пошкодженої ділянки і подача команди на автоматичне відключення її з метою швидкого відновлення нормальної роботи інших частин  електричної системи і призупинення виходу з ладу обладнання на пошкодженій ділянці. Крім того, релейний захист використовують для відшукування ненормальних режимів роботи обладнання, які можуть призвести до аварії, і сигналізації про них черговому персоналу.

Основні вимоги до релейного захисту

Основними вимогами до релейного захисту, є:

1.     швидкодія, тобто швидке відключення ушкодженої ділянки, яке або повністю виключає ушкодження, або обмежує його розміри;

2.     селективність (вибірковість) дії захисту -  це здатність захисту точно визначити місце пошкодження для відключення тільки пошкодженої ділянки найближчим до місця пошкодження вимикачем, залишаючи в роботі інші частини електричної системи;

     3.чутливість, тобто захист повинен швидко реагувати нa виниклий ненормальний режим (коротке замикання, перевантаження, зниження напруги й т.п.) у межах ділянки її дії. Чутливість захисту має бути такою, щоб він діяв при коротких замиканнях в кінці встановленої зони, через електричну дугу  і при мінімальному режимі електричної системи.

Мінімальним режимом електричної системи називають такий режим, коли мінімальні електричні навантаження, відключена частина генераторів, трансформаторів і ліній, внаслідок чого зміна величини на яку реагує захист при короткому замиканні (струм, потужність), будуть найменшими.

Чутливість захисту характеризується коефіцієнтом чутливості, який дорівнює відношенню мінімального струму короткого замикання в установленій зоні до найменшого струму, при якому захист починає працювати   Кч = І к.з.мін /  І з.с.

4.     надійність захисту – це властивість захисту діяти безвідмовно і правильно

Класифікація реле, які використовуються в релейному захисті

Реле, які використовуються в релейному захисті, класифікуються в такий спосіб:

а)       за принципом дії – на електромагнітні, – індукційні, електродинамічні, теплові, електронні, магнітоелектричні й ін.;

б)       за  призначенням – на основні, які першими починають реагувати на порушення режиму роботи й дають імпульс на включення іншої апаратури, і допоміжні, що виконують допоміжні функції;

в)       за  способом включення на струм і напругу – на первинні, обмотки яких включаються безпосередньо в електричну мережу, і вторинні, коли обмотки включаються через вимірювальні  трансформатори струму й напруги;

г)       за  способом дії на вимикач, що відключає, – на реле прямої дії, що впливають безпосередньо на вимикаючий механізм вимикача, і реле непрямої дії, які діють на механізм вимикача тільки через інші допоміжні апарати. Реле, які випускаються промисловістю виготовляють в основному на електромагнітному й індукційному принципах.  Найбільш широко застосовуються вторинні реле максимального струму прямої й непрямої дії, які виготовлені  на електромагнітному і індукційному принципах та діють із витримкою часу або миттєво.

Реле максимального струму представляє собою апарат для захисту ділянки ланцюга, де його встановлюють, у тих випадках, коли струм, який виникає на ділянці ланцюга, що захищається, перевищує значення максимального робочого струму. Реле максимального струму прямої дії – це реле РТМ – реле максимального струму миттєвої дії; реле РТВ - реле максимального струму з витримкою часу. Реле максимального струму непрямої дії – це реле РТ-40 – реле миттєвої дії, РТ-80,…РТ-90

Принципові схеми релейного захисту електроустаткування

а) максимальний струмовий захист

 Найбільш простим і дешевим видом релейного захисту кабельних і повітряних ліній з однобічним живленням від всіх видів коротких замикань і перевантажень є максимальні струмові захисти. Принцип дії такого захисту заснований на тому, що при виникненні к. з. або перевантаженні струм на ділянці лінії, яка захищається стає більшим струму, що був при нормальному режимі. Під дією збільшеного струму захист спрацьовує й відключає ушкоджену ділянку.

Захист  називається максимальним струмовим із залежною від струму характеристикою часу спрацьовування, якщо в ньому використовуються струмові реле РТ-80 або РТВ. Захист називається максимальним струмовим з незалежної від струму характеристикою часу спрацьовування, якщо використаються струмові реле РТ-40 і реле часу ЭВ.

Із числа максимальних струмових захистів найбільш простим і дешевим є струмовий захист із використанням вбудованих реле прямої дії типів РТМ і РТВ. Такий захист поширений у міських повітряних мережах і мережах промислових підприємств напругою 6—35 кв. У мережах з ізольованою нейтраллю (6–35 кв) застосовуються двофазні схеми максимального струмового захисту, які захищають мережу тільки від міжфазних к. з., а в мережах із глухозаземленою  нейтраллю (110 кв і вище) – трифазні, які  захищають мережу й від однофазних к. з. У таких мережах можливі як міжфазні, так і однофазні к. з.

Схема двофазного максимального струмового захисту із застосуванням реле РТВ наведена на рис. 1. РТВ підключаються до двох трансформаторів струму ТрТ₁ і ТрТ₂, встановленим у двох фазах мережі. Захист за цією схемою діє з витримкою часу. Якщо в схемі використано реле РТМ, то захист спрацьовує миттєво. Як   видно,   схема захисту з вбудованим реле проста, працює на змінному струмі й не вимагає додаткових джерел живлення.

Однак захист, виконаний з реле прямої дії, внаслідок його громіздкості має відносно невисоку чутливість. На рис. 2 наведена схема двофазного максимального струмового захисту із застосуванням струмових

Рис. 1 Схема двохфазного максимального струмового захисту з застосуванням реле РТВ

а)                                                               б)

Рис.2 Схема двохфазного захисту з застосуванням реле:

а) РТ 40 б) РТ 80

реле непрямої дії типу РТ-40, реле часу ЭВ, проміжного реле РП і вказівного реле РУ (захист із незалежної від струму витримкою часу). Оперативний ланцюг виконаний  на постійному струмі. Як видно зі схеми, контакти реле струму ТрТ1 і ТрТ₂ включені паралельно. При к. з. між будь-якими фазами лінії досить спрацьовування навіть одного реле, яке при замиканні своїх контактів включить оперативний ланцюг; по котушці реле часу ЭВ піде струм. Після закінчення заданої витримки часу реле ЭВ замкне свої контакти й тим самим включить оперативний ланцюг між реле ЭВ і реле РП. При цьому реле РП прийде в дію й миттєво замкне свої контакти. Котушка електромагніта відключення КО вимикача виявиться під напругою, і по ній через блокувальний контакт БК. піде струм. Під дією електромагніту привода вимикач відключиться. Вказівне  реле РУ, включене   послідовно з котушкою відключення вимикача, з появою струму в ланцюзі спрацює, при цьому випаде сигнальний прапорець, що вказує про спрацьовування максимального струмового захисту. Проміжне реле використовується в схемах захисту в тих випадках, коли контакти реле часу недостатньо потужні для замикання ланцюга котушки відключення вимикача. У той же час контакти проміжного реле не розраховані на розмикання ланцюга котушки відключення вимикача, тому в приводі вимикача відновлюється блокувальний контакт, який розриває i ланцюг.

б)направлений струмовий захист

Спрямований максимальний струмовий захист застосовується для захисту від к. з. радіальних ліній із двостороннім живленням. При к. з. у якій-небудь ділянці до неї притікають струми з обох джерел живлення й призначення захисту - відключити лінію із двох сторін від джерел живлення. Максимальний струмовий захист не можна використати в лініях із двостороннім живленням, тому що вона не забезпечує селективного відключення ушкоджень. Спрямований максимальний струмовий захист  широко застосовується для захисту  паралельно працюючих ліній живлення 6-10 кв при однобічному живленні. У цьому випадку захист установлюється на прийомних кінцях ліній в РП і діє за принципом зміни напрямку потоку потужності при к. з. у кожній з паралельно працюючих ліній.

Рис. 3 Принципова однолінійна схема направленого максимального струмового захисту:

1 – реле струму; 2- трансформатор; 3 – реле часу; 4 – реле напрямку потужності

Спрямований максимальний струмовий захист відрізняється від максимального струмового тим, що в його складі крім максимального струмового реле й реле часу є ще реле напрямку потужності.

Реле потужності виконано подібно ватметру, у якого є дві обмотки: одна - струму, що включається в ланцюг трансформатора струму лінії яка захищається, а інша - напруги, яка включається в обмотку трансформатора напруги. Принцип дії індукційного реле РБМ полягає в наступному. При протіканні по струмовій обмотці струму одного напрямку (від збірних шин убік лінії) створюється позитивний обертаючий момент. Він замикає контакт реле, і захист діє на відключення лінії. При протіканні струму протилежного напрямку створюється негативний обертаючий момент, при якому контакти реле не замикаються й захист на відключення не діє. Він подіє тільки в тому випадку, якщо струмові реле й реле напрямку потужності замкнуть свої контакти. При цьому приходить у дію реле часу, що через установлений проміжок часу дає імпульс на відключення вимикача. Принципова схема спрямованого максимального струмового захисту наведена на рис, 3.

в) диференційний повздовжній та поперечний захист ліній

Диференціальні струмові захисти є однією з різновидностей струмового захисту. Вони поділяються на поперечні – для захисту паралельних ліній і поздовжні – для захисту одинарних ліній і силових трансформаторів. При однобічному живленні лінії захист встановлюється з боку джерела живлення й захищає лінію тільки від струмів к. з. Захист є швидкодіючим (миттєвий). Поперечний диференціальний струмовий захист застосовується в тих випадках, коли дві паралельні лінії, що мають однакові опори, тобто однакові довжини, перетини й матеріал проводів, підключені до шин підстанції через один загальний вимикач (рис.5). Зі схеми видно, що вторинні обмотки однотипних трансформаторів струму обох ліній включені послідовно, тобто початок обмотки одного трансформатора з'єднується з кінцем обмотки іншого. Паралельно вторинним обмоткам трансформаторів включена обмотка струмового реле миттєвої дії РТ-40. При такому з′єднанні струми, що протікають від обмоток трансформаторів до обмотки реле, мають протилежні напрямки. У нормальному режимі струми в лініях рівні (І1 = І2) і вторинні струми в трансформаторах також приблизно рівні. Результуючий струм в обмотці реле Ір = І1- І2 = 0, тобто по обмотці реле може протікати незначний струм небалансу, викликаний деякими відхиленнями характеристик трансформаторів струму. Цей струм менше струму спрацьовування реле. При к. з. на одній з ліній, наприклад в у точці K1, струм І1 в ушкодженій лінії Л1 внаслідок зменшення опору стає більше струму,що протікає по Л2 і тоді через котушку реле пройде струм, рівний різниці вторинних струмів: Ір = І1- І2    Якщо різниця струмів більше струму спрацьовування реле, тобто Ір>І_порівн, реле   спрацює  й захист миттєво відключить вимикач. При к. з. у точці К₂ поблизу шин або на шинах наступної підстанції внаслідок незначної нерівності опорів ліній результуючий струм, що проходить через обмотку, реле, буде менше струму спрацьовування й диференціальна зашита не спрацює. Така ділянка лінії т називають «мертвої – зоною дії диференціального захисту. Ця зона зростає зі збільшенням струму спрацьовування реле й зменшується зі зростанням струму к. з. Для захисту лінії при к. з. на ділянці мертвої зони й шинах підстанції Б у доповнення до диференціального захисту на підстанції А встановлюють максимальний струмовий захист із витримкою часу. При к.з. в точці К3(зовнішнє к .з.), струми, які протікають по лініях Л1 і Л2 будуть однакові за силою і фазою. При ідентичності

трансформаторів струму ТТ1 і ТТ2 будуть однакові і вторинні струми І1 та І2, а різниця їх дорівнюватиме 0.

Рис.4 Схема максимального           Рис.5 Диференційний захист ліній:

 направленого захисту                      а) поперечний б) повздовжній                       

г)диференційний захист силового  трансформатора

Однієї з основних захистів силових трансформаторів великої потужності (6300 кВ А й вище) від різних видів коротких замикань внаслідок ушкодження обмоток, а також від ненормальних режимів, що виникають усередині кожуха трансформатора, служить поздовжній диференціальний

струмовий захист, що  являється швидкодіючим й не реагуючим на наскрізні короткі замикання.

Рис. 6  Диференційний захист трансформатора:

Принципова схема цього захисту показана на рис.6. По обидва боки силового трансформатора, що захищає, установлені трансформатори струму Тр1 і ТР2, а їхні вторинні обмотки з'єднані між собою послідовно. Паралельно ТрТ1\ і ТрТ2 підключено струмове реле РТ-40 миттєвої дії. Принцип дії захисту заснований на порівнянні  струмів на початку й кінці обмоток силового трансформатора. Зона дії захисту обмежується ділянкою між трансформаторами струму, установленими на вищій і нижчій сторонах силового трансформатора. При нормальному режимі роботи силового трансформатора й при наскрізному короткому замиканні (поза зоною дії захисту), наприклад у точці К2, струми у вторинних обмотках трансформаторів струму будуть рівні, якщо правильно підібрані коефіцієнти трансформації трансформаторів струму. При відносно рівних струмах за значенням і протилежних по напрямку через обмотку струмового реле струм протікати не буде, оскільки різниця струмів наближається до нуля й дорівнює струму небалансу. Для вирівнювання струмів у вторинних обмотках трансформаторів струму (зменшення струму небалансу) паралельно вторинній обмотці одного трансформатора включається автотрансформатор (AT). Щоб у нормальному режимі роботи силового трансформатора, а також при наскрізному  к. з.  струмове реле не спрацювало  на відключення силового трансформатора, його струм спрацьовування повинен бути більше струму небалансу. При короткому замиканні в зоні дії захисту, наприклад з точці К1, рівновага струмів в обмотці струмового реле порушиться й через неї потече повний вторинний струм к. з. Тому що цей струм більше струму спрацьовування реле, то воно миттєво спрацює й через проміжне реле відключить масляні вимикачі, установлені по обидва боки силового трансформатора.

Чутливість захисту можна підвищити при застосуванні струмового диференціального реле РНТ-565, у кожусі якого вбудовані реле РТ-40,  трансформатор, який швидко насищається і резистори.

д) газовий захист силового  трансформатора

Газовий захист є більше чутливим при різних внутрішніх ушкодженнях у трансформаторах з масляним охолодженням, чим поздовжній диференціальний струмовий захист. Так, наприклад, при замиканні невеликої кількості витків в обмотці однієї фази й зниженні рівня масла в трансформаторі диференціальний захист не діє.

У процесі експлуатації трансформаторів можуть виникати виткові замикання, пробої обмоток на корпус, короткі замикання між обмотками різних фаз і т.п., які приводять до виникнення в товщі масла електричної дуги, розряду або перегріву ізоляції. Це веде до розкладання масла й ізоляції проводів й утворенню летучих газів. Тому що гази, легше масла, вони піднімаються нагору й під дією тиску, створеного газами, масло в кожусі переміщається убік розширника.

По конструктивному виконанню існує кілька видів газових реле, як, наприклад, поплавкові, лопатеві й чашкові. Найбільш простими є поплавкові ПГ-22. У цих реле реагуючий орган виконаний у вигляді двох циліндричних поплавців (верхній і нижній), що плавають у маслі корпусу реле. Поплавці можуть за допомогою шарніру відхилятися. До циліндрів прикріплені скляні колбочки, у які впаяні контакти й налито небагато ртуті, що служить для замикання або розмикання контактів при відхиленнях циліндричних поплавців. При невеликих ненормальних режимах (підвищене перевантаження трансформатора) спрацьовує верхній поплавець, що своїм контактом включає попереджуючу сигналізацію.

При к. з. у трансформаторі спрацьовує нижній поплавець, що включає ланцюг на миттєве відключення трансформатора.

Останнім часом промисловість випускає більш вдосконалені реле із чашковими елементами РГЧЗ. Ці реле мають зручне регулювання чутливості й менше реагують на вібрацію трансформатора в порівнянні з реле ПГ-22. Реле РГЧЗ конструктивно відрізняється від поплавкових тем, що замість циліндричних поплавків у них використані відкриті металеві чашки, а замість ртутних контактів – звичайні відкриті контакти, що працюють у маслі,

Для трансформаторів всіх потужностей, установлених на внутрішніх цехових підстанціях, повинна бути передбачена газовий захист.

Заводи-виготовлювачі поставляють замовникам силові трансформатори потужністю 1000 кВ-А й вище комплектно з газовим захистом.

 На рис.62 приведена схема газового захисту. При незначних пошкодженнях спрацьовує сигнальний елемент газового реле Г і подається сигнал для обслуговуючого персоналу, при цьому спрацьовує сигнальне реле У1. При великих пошкодженнях відключаючий елемент газового реле Г діє на проміжне реле П, яке спрацьовує і відключає    трансформатор вимикачами В1 і В2. При цьому спрацьовує вказівне реле У2. Накладка Н слугує для виведення з роботи відключаю чого елемента газового реле

ІІ етап (навчання в Хмельницькобленерго)

Діючий стенд диференційного та газового захисту силового трансформатора

Фрагмент  діючого стенду диференційного та газового захисту силового трансформатора

(обмотки силового трансформатора, контрольно – вимірювальні прилади, вторинні реле максимального струму миттєвої дії РТ40, сигнальні реле, реле часу )

Фрагмент  діючого стенду диференційного та газового захисту силового трансформатора

(блок звукової сигналізації, реле, контрольно-вимірювальні прилади)

Фрагмент  діючого стенду диференційного та газового захисту силового трансформатора

(обмотки силового трансформатора, контрольно – вимірювальні прилади, вторинні реле максимального струму миттєвої дії РТ40, сигнальні реле, реле часу, проміжні реле, захист, блок звукової сигналізації, )

ІІІ етап - самостійна робота, підготовка звітів та їх захист у Вищому професійному училищі №25м.Хмельницького.