Система питания двигателя

Система питания двигателя

Система питания двигателя предназначена для хранения возимого запаса топлива и подачи его в двигатель. В карбюраторных двигателях в цилиндры двигателя подается смесь бензина с воздухом. В дизелях дизельное топливо впрыскивается в камеры сгорания двигателя. Вот поэтому принципиальные схемы систем питания карбюраторных двигателей и дизелей различны.

Особенности устройства системы питания. Система питания карбюраторного двигателя состоит из ряда приборов и деталей. Бензин из бака, уровень в котором фиксируется указателем, проходит фильтр — отстойник. Насосом (он приводится в работу от двигателя) топливо подается к карбюратору. В карбюраторе образуется горючая смесь из частиц бензина и воздуха, поступающего через воздухоочиститель. Из впускной трубы эта смесь распределяется по цилиндрам двигателя 6. Отработавшие газы выпускной трубой выводятся к глушителю и далее в атмосферу.

Система питания дизеля вместо карбюратора имеет топливный насос высокого давления. Топливо подается топливным насосом в каждый цилиндр двигателя 9. Воздух из воздухоочистителя поступает во впускную трубу и от нее в камеры сгорания двигателя.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

Описанные приборы и детали сохраняются и у пожарного автомобиля. Энергия отработавших газов двигателя пожарного авто-люби л я используется для обеспечения работы газоструйного вакуум-аппарата, который размещается вдоль левой продольной балки рамы. В стационарных условиях работы от выхлопной трубы и газоструйного вакуум-аппарата выделяется большое количество теплоты. Это становится опасным в пожарном отношении для пожарного автомобиля. Поэтому в систему питания вносят ряд измерений по размещению топливных баков, фильтров и т, п.

Рис. 1. Система питания карбюраторного двигателя:
1 — бензиновый бак; 2 — указатель уровня бензина; 3 — воздухо—очиститель; 4 — карбюратор; 5 — впускная труба; 6 — двигатель; 7— выпускная труба; 8 — глушитель; 9 — насос; 10 — отстойник; 11 — топливный фильтр

После внесения изменений в конструкцию бензобаки испытывают под давлением 120 кПа (в течение 5 мин не должно обнаружиться течи воды).

Рис. 2. Система питания дизеля: 1 — топливный бак; 2 — указатель уровня топлива; 3 — топливный фильтр грубой очистки; 4 — топливоподающий насос; 5 — топливный фильтр тонкой очистки; 6 — топливный насос высо* кого давления; 7 — воздухоочиститель; 8 — впускная труба; 9 — двигатель; 10 — выпускная труба; 11 — глушитель

Рис. 3. Система выпуска отработавших газов:
1 — приемные патрубки; 2 —газоструйный вакуум-аппа-рат; 3 — глушитель; 4 — фланцевые соединения; 5 — телескопические соединения; 6 — обогреватель цистерны; 7 — обогреватель насосного отделения

Наибольшему изменению в системах питания двигателей базовых автомобилей, используемых для пожарных машин, подвергаются системы выпуска отработавших газов.

Система выпуска отработавших газов пожарных автомобилей показана на принципиальной схеме рис. 3. Она включает соединения с приемными патрубками, газоструйный вакуум-аппарат с сиреной, глушитель, обогреватели цистерны и насосного отделения. В системе используются фланцевые и телескопические соединения.

В зависимости от особенностей компоновки пожарного автомобиля, предполагаемых климатических условий его эксплуатации рассматриваемая схема системы выпуска отработавших газов может применяться полностью или частично.

У ряда автоцистерн нет обогревателей цистерн, например, АЦ-40 (131)-137, АЦ-30 (66)-146. Обогрев цистерн у них обеспечивается размещением выпускных труб вблизи днищ цистерн. Суммарное сопротивление движению газов не должно превышать определенных пределов. Это обусловлено тем, что с увеличением сопротивлений повышается коэффициент остаточных газов в цилиндрах двигателя и, следовательно, уменьшается коэффициент наполнения и мощность двигателя.

При работе пожарного автомобиля на пожарах или учениях ухудшаются условия теплоотвода от деталей системы выхлопа, так как при работе на месте отсутствует омывание нагретых деталей потоком воздуха, имеющегося при движении автомобиля. Поэтому ряд деталей защищен теплоизоляционными щитками. С этой целью изгибают выхлопные трубы, удаляя их от механизмов трансмиссий (коробок передач, коробок отбора мощности и т. д.).

Обслуживание систем питания двигателей пожарных автомобилей производится с периодичностью и в объеме базового шасси.

—

Топливо из бака поступает в металлический ленточно-щелевой фильтр грубой очистки и по трубе в подкачивающий насос.

Рис. 4. Схема питания двигателя:
1 — соединительная трубка топливного бака; 2 — фильтр грубой очистки; 3 —фильтрующий элемент фильтра грубой очистки; 4 — спускная пробка; 5 — пружина; 6 —труба; 7 — регулятор; 8 — топливный насос; 9 — подкачивающий насос; 10 — воздухоочиститель; 11 — ручной насос; 12 — продувочная пробка; 13 — трубка от головки топливного насоса к подкачивающему насосу; 14 — трубка высокого давления; 15—впускной трубопровод; 16 — вихревая камера в головке двигателя; 17 — продувочный вентиль на фильтре тонкой очистки; 18 — форсунка; 19 — трубка от подкачивающего насоса к фильтру тонкой очистки; 20 — трубка от фильтра тонкой очистки к головке топливного насоса; 21 —трубка от фильтра тонкой очистки к бачку-компенсатору; 22 — бачок-компенсатор; 23 — фильтр тонкой очистки; 24 — пружина; 25 — трубка от бачка компенсатора к топливному манометру; 26 — топливный манометр

Ручной насос служит для заполнения топливной системы топливом перед пуском двигателя, а также для удаления воздуха из системы через вентиль и пробку в головке насоса. При работе двигателя ручной насос выключают. От подкачивающего насоса топливо под давлением по трубке подается в фильтр тонкой очистки, который состоит из четырех фильтрующих элементов из хлопчатобумажной нити. Очищенное топливо по трубке нагнетается в головку топливного насоса, откуда попадает в плунжерные пары. Топливный насос с помощью регулятора в зависимости от нагрузки двигателя дозирует топливо и под давлением 10—14 МПа нагнетает его в необходимой очередности к форсунке по трубке высокого давления.

При давлении 0,5 МПа игла распылителя форсунки, отжимая пружину, приподнимается и топливо впрыскивается в вихревую камеру. Просачивающееся между иглой и корпусом распылителя топливо сливается через трубку. Излишнее топливо из головки топливного насоса по трубке возвращается в подкачивающий насос. Воздух для образования смеси всасывается из атмосферы через трехступенчатый воздухоочиститель и впускной трубопровод.

Топливный насос состоит из четырех плунжерных пар и кулачкового вала с приводом от шестерни коленчатого вала через промежуточную шестерню, шестерню привода, шлицевой фланец и шлицевую втулку. Частота вращения кулачкового вала в два раза меньше частоты коленчатого вала. Кулачки на валу расположены так, чтобы обеспечить порядок работы цилиндров двигателя 1—3—4—2.

Перемещением рейки управляет центробежный регулятор. Рычагом регулятора первоначально устанавливают рейку, а значит, и плунжеры на определенные частоты вращения дизеля. В дальнейшем при увеличении нагрузки на дизель его частоты падают, на что реагируют грузики регулятора — они сходятся. Под действием пружин рейка идет вправо и поворачивает все плунжеры, увеличивая подачу топлива. Двигатель набирает необходимые частоты вращения. Допустим, нагрузка с двигателя снята, частоты вращения его начинают при прежней подаче топлива возрастать. И опять реагирует центробежный регулятор: под действием центробежной силы грузики регулятора разойдутся, сожмут пружины и через муфту и тягу переместят рейку влево. Подача топлива уменьшается, двигатель снова будет работать на необходимых частотах. Центробежный регулятор автоматически поддерживает заданную частоту вращения вала двигателя при изменении нагрузки. Он также ограничивает наибольшую частоту вращения вала и обеспечивает устойчивую работу двигателя. При пуске дизеля натягивают рукоятку обогатителя (увеличивают ход рейки вправо) и подача топлива максимально увеличивается.

Общее устройство и принцип действия системы питания

Система
питания дизельного двигателя обеспечивает
раздельную подачу воздуха и топлива в
цилиндры, а также отвод из них продуктов
сгорания в окружающую среду.

В
зависимости от выполняемых функций
элементы системы питания можно условно
разделить на три группы: приборы,
обеспечивающие подачу воздуха; приборы,
обеспечивающие подачу топлива; приборы,
обеспечивающие отвод отработавших
газов в атмосферу.

Рассмотрим
общее устройство системы питания на
примере двигателя Д-240 (рис. 32).

32.
Система питания двигателя Д-240 (тракторов
МТЗ-80, МТЗ-82, Т-70С

1
— глушитель; 2 — воздухоочиститель; 3 —
электрофакельный подогреватель; 4, 14 —
топливопроводы низкого давления; 5 —
дренажная трубка; 6 — топливопровод
высокого давления; 7— заливная горловина;
8—баки; 9 — топливомерная трубка; 10 —
сливной кран; 11 и 13 — фильтры грубой и
тонкой очистки топлива; 12 — продувочный
вентиль; 15 — регулятор топливного насоса
высокого давления; 16 — рычаг регулятора;
17 — подкачивающий насос с насосом ручной
подкачки; 18 — перепускной топливопровод;
19 — топливный насос высокого давления;
20—форсунка; 21 — камера сгорания; 22 —
выпускной коллектор; 23 — заслонка
аварийной остановки двигателя.

Воздух,
засасываемый в цилиндры двигателя при
тактах впуска, очищается в воздухоочистителе.

Воздухоочистители,
в которых применяются несколько способов
очистки воздуха, называются комбинированными.
Именно такие в настоящее время применяются
на тракторах.

Итак,
очистку и подачу воздуха в цилиндры
двигателя обеспечивают воздухоочиститель,
впускная труба и впускной коллектор.
Во впускной трубе некоторых двигателей
установлена заслонка 23, предназначенная
для немедленной остановки двигателя в
аварийной ситуации.

При
наличии турбокомпрессора (СМД-60,
СМД-62) подача воздуха в цилиндры
осуществляется более сложным путем:
воздух нагнетается центробежным
компрессором, который имеет привод от
турбины, приводимой в действие
отработавшими газами, выходящими через
выпускную трубу и глушитель в атмосферу.

К
элементам системы подачи топлива
относятся топливный бак 8, фильтры грубой
11 и тонкой 13 очистки топлива, подкачивающий
насос 17, насос высокого давления 19,
форсунки 20, топливопроводы низкого 4,
14 и высокого 6 давления. ч.тающим нягосом 17 и
нагнетается под давлением примерно 0,2
MПa в фильтр тонкой очистки 13. От фильтра
тонкой очистки топливо подается в
головку топливного насоса 19, а оттуда
— к его секциям. Поскольку к насосу
топливо подается с избытком, чтобы
избежать подсоса воздуха, часть его
перепускается специальным клапаном и
возвращается по топливопроводу 18 в
подкачивающий насос.

В
некоторых двигателях (СМД-60, СМД-62 и др.)
топливо отводится не к подкачивающему
насосу, а в бак. Это исключает излишний
подогрев, уменьшение цикловой подачи
топлива и снижение мощности двигателя.

Секции
топливного насоса в соответствии с
порядком работы цилиндров двигателя и
в необходимом количестве подают топливо
по топливопроводам высокого давления
6 к форсункам 20, которые впрыскивают его
под давлением в пределах 17,5 МПа в камеры
сгорания. Топливо, просочившееся через
зазоры между деталями форсунок, отводится
дренажными трубками 5 в бак.

Очищенный
воздушным фильтром 2 воздух поступает
во время такта впуска через впускную
трубу и впускной коллектор в цилиндр.
При такте сжатия он сжимается и нагревается
Подача в эту среду струи мелкораспыленного
топлива приводит к образованию
топливо-воздушной смеси, которая
самовоспламеняется.

33.
Схема типовой топливной системы
тракторного дизельного двигателя.

1—топливозаборник
с краном; 2 — сливной кран; 3 — отстойник;
4 — датчик сигнализатора воды; 5 —
топливный бак: 6 — сетчатый фильтр; 7 —
насос ручной подкачки; 8 — подкачивающий
насос; 9 — клапан удаления воздуха; 10 —
фильтр тонкой очистки; 11 — насос высокого
давления; 12 — дроссель; 13 — датчик
сигнализатора загрязненности фильтров;
14 — перепускной клапан.

Заданный
скоростной режим работы двигателя
поддерживается регулятором 15, который
автоматически изменяет подачу топлива
в цилиндры при изменении нагрузки. Рычаг
регулятора 16 служит для включения и
изменения подачи топлива в цилиндры.

Насос
ручной подкачки обеспечивает заполнение
системы топливом и удаление из нее
воздуха.

В
результате проведенных научно-исследовательских
работ по совершенствованию топливных
систем дизелей в части повышения качества
очистки топлива и улучшения приспособленности
к техническому обслуживанию разработана-
и внедряется тракторными заводами
типовая система подачи топлива,
представленная на рис. 33. Характерными
особенностями такой системы являются
следующие.

1.
Применен сигнализатор, дающий оперативную
информацию о накоплении воды в отстое,
образующемся в баке, с целыо своевременного
ее удаления. Контроль производится
дистанционно, из кабины трактора.

Принцип
работы сигнализатора основан на
существенном различии электрического
сопротивления воды и дизельного топлива.

Датчик
сигнализатора (рис. 34) представляет
собой электрод 4, изолированный от
корпуса отстойника и связанный с
пороговой электрической схемой, состоящей
из транзистора 5, источника питания
постоянного тока 7, сигнальной лампы 6.

34.
Сигнализатор воды в отстойнике.

1
— отстойник; 2—вода; 3 — топливо; 4
—электрод; 5 — транзистор; 6 — сигнальная
лампа; 7 — источник питания.

При
достижении водой определенного уровня
(обусловленного расположением датчика)
резко снижается сопротивление между
датчиком и корпусом отстойника. В
результате возрастает сила тока в
базовой цепи транзистора: транзистор
открывается, возрастает сила тока в
цепи эмиттера с источником питания,
и загорается сигнальная лампа,
установленная на щитке приборов.

2.
Применен сигнализатор состояния фильтра
тонкой очистки и топливоподкачивающего
насоса. Для обеспечения надежного
наполнения топливом насоса высокого
давления, сохранения его производительности
и мощности двигателя на всех режимах
его работы необходимо, чтобы давление
подаваемого к насосу топлива было не
ниже определенного (минимального)
значения. Снижение давления может быть
обусловлено загрязнением фильтра тонкой
очистки, повышенным износом
топливо-подкачивающего насоса или
неисправностью перепускного клапана.

Сигнализатор
представляет собой датчик мембранного
типа 13 (см. рис. 33), соединенный с сигнальной
лампочкой, и дроссель 12, необходимый
для демпфирования колебаний топлива в
полости датчика. Питается сигнализатор
от электрооборудования трактора.
Загорание лампочки информирует
тракториста о том, что давление топлива
подаваемого к топливному насосу высокого
давления ниже критического.

3.
В контуре перепуска топлива из фильтра
тонкой очистки в бак установлен клапан,
обеспечивающий эффективную предпусковую
прокачку топливной системы и автоматическое
удаление воздуха в процессе работы.

Что такое энергосистема? Определение и структура энергосистемы

Определение: Энергетическая система представляет собой сеть, состоящую из системы генерации, распределения и передачи. Он использует форму энергии (например, уголь и дизельное топливо) и преобразует ее в электрическую энергию. Энергосистема включает в себя устройства, подключенные к системе, такие как синхронный генератор, двигатель, трансформатор, автоматический выключатель, проводник и т.  д.

Электростанция, трансформатор, линия электропередачи, подстанции, распределительная линия и распределительный трансформатор – это шесть основных компонентов. энергосистемы. Электростанция вырабатывает мощность, которая повышается или понижается через трансформатор для передачи.

Линия передачи передает мощность на различные подстанции. Через подстанцию ​​мощность передается на распределительный трансформатор, который понижает мощность до соответствующего значения, подходящего для потребителей.

Энергосистема представляет собой сложное предприятие, которое можно разделить на следующие подсистемы. Ниже подробно описаны подсистемы энергосистемы.

Генераторная подстанция

На электростанции топливо (уголь, вода, атомная энергия и т.д.) преобразуется в электрическую энергию. Электроэнергия вырабатывается в диапазоне от 11 кВ до 25 кВ, что является повышением для передачи на большие расстояния. Электростанция генерирующей подстанции в основном подразделяется на три типа: тепловая электростанция, гидроэлектростанция и атомная электростанция.

Генератор и трансформатор являются основными компонентами электростанции. Генератор преобразует механическую энергию в электрическую. Механическая энергия поступает от сжигания угля, газа и ядерного топлива, газовых турбин или иногда двигателя внутреннего сгорания.

Трансформатор с очень высокой эффективностью передает мощность с одного уровня на другой. Мощность, передаваемая от вторичной обмотки, примерно равна первичной, за исключением потерь в трансформаторе. Повышающий трансформатор снизит потери в линии, по которой осуществляется передача мощности на большие расстояния.

Передающая подстанция

Передающая подстанция несет воздушные линии, которые передают генерируемую электрическую энергию от генерации к распределительным подстанциям. Он поставляет большую часть электроэнергии только на крупные подстанции или очень крупным потребителям.

Линии электропередач в основном выполняют две функции:

1. Они передают энергию от генерирующих станций к оптовым приемным станциям.
2. Соединяет между собой две или более генерирующих станций. Соседние подстанции также соединяются между собой линиями электропередач.

Напряжение передачи работает при напряжении более 66 кВ и стандартизировано на 69 кВ, 115 кВ, 138 кВ, 161 кВ, 230 кВ, 345 кВ, 500 кВ и 765 кВ, линейное. Линия электропередачи выше 230 кВ обычно называется сверхвысоким напряжением (СВН).

Линия высокого напряжения заканчивается на подстанциях, которые называются подстанциями высокого напряжения, приемными подстанциями или первичными подстанциями. На подстанции высокого напряжения напряжение понижается до подходящего значения для следующей части потока к нагрузке. Очень крупные промышленные потребители могут обслуживаться непосредственно системой передачи.

Подстанция передачи

Часть системы передачи, которая соединяет подстанции высокого напряжения через понижающий трансформатор с распределительными подстанциями, называется подсистемой передачи.

Уровень напряжения субпередачи варьируется от 90 до 138 кВ. Система субпередач напрямую обслуживает некоторые крупные отрасли промышленности. Конденсатор и реактор расположены на подстанциях для поддержания напряжения линии электропередачи.

Работа вспомогательной системы передачи аналогична работе распределительной системы. Она отличается от распределительной системы следующим образом.

1. Подсистема передачи имеет более высокий уровень напряжения, чем распределительная система.
2. Поставляет только большие нагрузки.
3. Он питает только несколько подстанций по сравнению с распределительной системой, которая питает некоторые нагрузки.

Распределительная подстанция

Компонент системы электроснабжения, соединяющий всех потребителей в районе с источниками электроэнергии, называется распределительной системой. Электростанции соединены с генерирующими подстанциями линиями электропередачи. Они питают некоторые подстанции, которые обычно расположены в удобных точках вблизи центров нагрузки.

Подстанции распределяют электроэнергию на бытовых, коммерческих и относительно мелких потребителей. Потребителям требуются большие блоки мощности, которые обычно подаются в подсистему передачи или даже в систему передачи.

Электроэнергетика, защита систем, контроль и мониторинг

Защита — это отрасль электроэнергетики, связанная с принципами проектирования и работы оборудования (называемого «реле» или «реле защиты»), которое обнаруживает ненормальные состояния энергосистемы и инициировать корректирующие действия как можно быстрее, чтобы вернуть энергосистему в ее нормальное состояние. Быстрота срабатывания является важным элементом систем релейной защиты — часто требуется время срабатывания порядка нескольких миллисекунд. Следовательно, вмешательство человека в защиту работы системы невозможно. Реакция должна быть автоматической, быстрой и вызывать минимальное нарушение работы энергосистемы.

ПРИРОДА ЗАЩИТЫ

Как правило, реле не предотвращают повреждение оборудования; они срабатывают после того, как уже произошло некоторое обнаруживаемое повреждение. Их цель состоит в том, чтобы ограничить, насколько это возможно, дальнейшее повреждение оборудования, свести к минимуму опасность для людей, снизить нагрузку на другое оборудование и, прежде всего, как можно быстрее удалить неисправное оборудование из энергосистемы, чтобы целостность и стабильность остальной системы сохраняется. Существует аспект управления, присущий релейным системам, который дополняет обнаружение неисправностей и помогает вернуть энергосистему в приемлемую конфигурацию как можно скорее, чтобы можно было восстановить обслуживание потребителей. Также жизненно необходимо постоянно контролировать питание и защитные системы для анализа операций на предмет правильной работы и исправления ошибок в конструкции, применении или настройках.

Надежность, безотказность и безопасность

Под надежностью обычно понимают меру уверенности в том, что часть оборудования будет работать так, как предполагалось. Реле, в отличие от большинства другого оборудования, могут быть ненадежными двумя способами. Они могут не работать, когда от них ожидают, или они могут работать, когда от них не ожидают. Это приводит к двоякому определению «надежности», меры уверенности в том, что реле сработает правильно при всех неисправностях, для которых они предназначены, и «безопасности», меры уверенности в том, что реле не сработает неправильно при неисправности. любая вина.

Зоны защиты

Реле имеют входы от нескольких трансформаторов тока (ТТ), и зона защиты ограничена этими ТТ. В то время как трансформаторы тока обеспечивают возможность обнаружения неисправности внутри зоны, автоматические выключатели (CB) позволяют изолировать неисправность, отключая все силовое оборудование в зоне. Таким образом, граница зоны обычно определяется CT и CB. Когда КТ является частью CB, она становится естественной границей зоны. Если ТТ не является составной частью выключателя, особое внимание следует уделить логике обнаружения и прерывания неисправности. ТТ по-прежнему определяет зону защиты, но для реализации функции отключения необходимо использовать каналы связи. На рис. 1 показаны зоны защиты в типичной системе.

Скорость реле

Конечно, желательно как можно быстрее устранить неисправность в энергосистеме. Однако реле должно принимать решение на основе напряжения

и формы сигналов тока, которые сильно искажены из-за переходных явлений, следующих за возникновением неисправности. Ретранслятор должен разделять значимую и важную информацию, содержащуюся в этих сигналах, на которой должно основываться решение о безопасной ретрансляции. Эти соображения требуют, чтобы ретранслятору потребовалось определенное время для принятия решения с необходимой степенью определенности. Зависимость между временем срабатывания реле и степенью его достоверности является обратной и является одним из самых основных свойств всех систем защиты.

Хотя время срабатывания реле часто колеблется в широких пределах, реле обычно классифицируют по скорости срабатывания следующим образом:

Мгновенное —

Эти реле срабатывают, как только принимается безопасное решение. Никакой преднамеренной задержки времени для замедления срабатывания реле не вводится.

Временная задержка —

Преднамеренная временная задержка вставлена ​​между временем принятия решения реле и началом действия отключения.

Высокоскоростной —

Реле, срабатывающее меньше указанного времени. Установленное время в современной практике составляет 50 миллисекунд (3 цикла в системе с частотой 60 Гц).

Сверхвысокая скорость —

Этот термин не включен в существующие стандарты реле, но обычно считается, что время работы составляет 4 миллисекунды или менее.

Основная и резервная защита

Основная система защиты для данной зоны защиты называется основной системой защиты. Он работает в кратчайшие сроки и выводит из эксплуатации наименьшее количество оборудования. На сверхвысоком напряжении

(230 кВ и выше) обычно используют дублирующие системы первичной защиты на случай, если какой-либо элемент в одной цепи первичной защиты не сработает. Таким образом, это дублирование предназначено для покрытия отказа самих реле. Можно использовать реле другого производителя или реле с другим принципом работы, чтобы избежать отказов по общей причине. Время работы и логика отключения как основной, так и дублирующей системы одинаковы.

Дублировать каждый элемент цепи защиты не всегда практично. В частности, в системах с более низким напряжением используется резервная релейная защита. Резервные реле работают медленнее основных реле и, как правило, удаляют больше системных элементов, чем может быть необходимо для устранения неисправности. Они могут быть установлены локально, то есть на той же подстанции, что и первичные реле, или удаленно.

ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ РЕЛЕ

Как правило, при возникновении неисправности (короткого замыкания) токи увеличиваются, а напряжения уменьшаются. Помимо этих изменений величины, могут произойти и другие изменения. Принципы работы реле основаны на обнаружении этих изменений.

Обнаружение уровня

Это самый простой из всех принципов работы реле. Любой ток выше или напряжение ниже установленного уровня может означать, что внутри зоны защиты существует неисправность или какое-либо другое ненормальное состояние. На рис. 2 показаны реле максимального тока с независимым временем и с обратнозависимой выдержкой времени.

Сравнение величин

Этот принцип работы основан на сравнении одной или нескольких рабочих величин. Реле сработает, когда векторное разделение между двумя или более цепями отличается от нормальных рабочих параметров. На рисунке 3 I _A и I _B могут быть равны или иметь фиксированное отношение друг к другу.

Дифференциальное сравнение

Это один из наиболее чувствительных и эффективных методов обеспечения защиты от неисправностей, показанный на рис. 4. Алгебраическая сумма всех токов, входящих в защищаемую зону и выходящих из нее, будет близка к нулю, если в ней нет неисправности. зона и будет суммой I ₁ и I ₂ , если в зоне имеется неисправность. Детектор уровня может использоваться для обнаружения величины этого сравнения, или может применяться специальное реле, такое как процентное дифференциальное реле или реле подавления гармоник. Это наиболее распространенное защитное устройство, используемое для генераторов, двигателей, шин, реакторов, конденсаторов и т. д. Его единственный недостаток заключается в том, что оно требует токов от концов зоны защиты, что может потребовать чрезмерной длины кабеля или системы связи.

Сравнение фазового угла

Этот тип реле сравнивает относительный фазовый угол между двумя величинами переменного тока. Он обычно используется для определения направления тока по отношению к эталонной величине. Нормальный поток мощности в заданном направлении приведет к изменению фазового угла между напряжением и током вокруг угла коэффициента мощности (например, 30°), в то время как мощность в обратном направлении будет отличаться на 180°. В условиях короткого замыкания, поскольку импеданс в первую очередь представляет собой индуктивность линии, угол сдвига фаз тока по отношению к напряжению будет близок к 90°.

Измерение расстояния

Этот тип реле сравнивает местный ток с местным напряжением. По сути, это измерение

импеданса с точки зрения реле. Реле импеданса зависит от того факта, что длина линии (т. Е. Расстояние до нее) для данного диаметра проводника и расстояния определяет его полное сопротивление. Это наиболее часто используемое реле для защиты высоковольтных линий электропередач. Как показано на рисунке 5, зоны можно определить как «зону один», которая обеспечивает мгновенную защиту менее чем 100 процентов связанного сегмента линии, и зоны два и три, которые охватывают больше, чем задействованная линия, но должны быть задержаны для обеспечения координации.

Содержание гармоник

Токи и напряжения в энергосистеме обычно имеют синусоидальную форму основной частоты энергосистемы плюс другие нормальные гармоники

(например, третья гармоника, создаваемая генераторами). Аномальные состояния или неисправности могут быть обнаружены путем обнаружения любых аномальных гармоник, которые сопровождают такие состояния.

Измерение частоты

Нормальная работа энергосистемы при частоте 50 или 60 Гц в зависимости от страны. Любое отклонение от этих значений указывает на то, что проблема существует или неизбежна.

КОНСТРУКЦИЯ РЕЛЕ

Следующее обсуждение охватывает очень небольшую выборку возможных конструкций. Конкретные данные должны быть получены от производителей.

Предохранитель

Предохранитель представляет собой датчик уровня, одновременно являющийся датчиком и отключающим устройством. Он устанавливается последовательно с защищаемым оборудованием и работает за счет плавления плавкого элемента в ответ на протекание тока.

Электромеханические реле

Силы срабатывания создаются комбинацией входных сигналов, накопленной энергии в пружинах и амортизаторах. Реле плунжерного типа состоит из подвижного плунжера внутри неподвижного электромагнита. Обычно он применяется в качестве датчика мгновенного уровня. Реле индукционного типа аналогично работе однофазного двигателя переменного тока тем, что требует взаимодействия двух потоков через диск или чашку. Потоки могут создаваться двумя отдельными входами или одним входом, электрически разделенным на две составляющие. В зависимости от обработки входов (т. е. один ток разделен на два потока, два тока или ток и напряжение) эта конструкция может использоваться для реле максимального тока с выдержкой времени, направленного реле или дистанционного реле.

Твердотельные реле

Все функции и характеристики электромеханических реле могут выполняться твердотельными устройствами в виде дискретных компонентов или интегральных схем. В них используются маломощные компоненты, либо аналоговые схемы для обнаружения неисправностей, либо измерительные схемы в качестве цифровых логических схем для работы. Существуют преимущества производительности и экономики, связанные с гибкостью и уменьшенным размером твердотельных устройств. Их настройки более воспроизводимы и имеют более узкие допуски. Их характеристики могут формироваться путем настройки логических элементов, в отличие от фиксированных характеристик индукционных дисков или чашек.

Компьютерные реле

Часто говорят, что реле — это аналоговый компьютер. Он принимает входные данные, обрабатывает их электромеханическим или электронным способом для создания крутящего момента или логического выхода, приводящего к замыканию контактов или выходному сигналу. С появлением прочных, высокопроизводительных микропроцессоров стало очевидным, что цифровой компьютер может выполнять ту же функцию. Поскольку обычные входы состоят из напряжений и токов энергосистемы, необходимо получить цифровое представление этих параметров. Это делается путем дискретизации аналоговых сигналов и использования соответствующего компьютерного алгоритма для создания подходящих цифровых представлений сигналов.

СХЕМЫ ЗАЩИТЫ

Отдельные типы электрических аппаратов, конечно же, требуют защитных схем, специально применимых к рассматриваемой проблеме. Однако существуют общие принципы обнаружения, схемы ретрансляции и устройства, применимые ко всем.

Защита линии электропередачи

Линии электропередачи используют самые разнообразные схемы и оборудование. В порядке возрастания стоимости и сложности это предохранители, реле максимального тока мгновенного действия, реле максимального тока с выдержкой времени, направленные реле максимального тока, дистанционные реле и пилотная защита. Предохранители используются в основном в распределительных сетях. Реле максимального тока мгновенного действия обеспечивают защиту первой зоны в низковольтных системах. Реле максимального тока с выдержкой времени обеспечивают резервную защиту низковольтных систем. Направленные реле максимальной токовой защиты требуются в контурных системах, где ток короткого замыкания может протекать в любом направлении. Дистанционные реле обеспечивают функцию блокировки и отключения для пилотной реле и резервной защиты первой, второй и третьей зон в высоковольтных и сверхвысоковольтных системах. Пилотная защита обеспечивает первичную защиту для 100 процентов линейного сегмента путем передачи информации с каждого терминала на все остальные терминалы. Для этого требуется канал связи, такой как носитель линии электропередач, оптоволокно, микроволновая печь или проводной контрольный сигнал.

Вращающееся устройство

Основной схемой защиты генераторов и двигателей является дифференциальное реле. Доступ ко всем точкам входа в охраняемую зону обычно легко доступен, не требуется согласования с защитой другого подключенного оборудования, а неисправная зона быстро идентифицируется. Защита двигателя также включает реле максимального тока мгновенного действия и выдержки времени для резервирования.

Оборудование подстанции

Дифференциальная релейная защита является универсальной схемой защиты шин и трансформаторов. Пусковой ток, связанный с силовыми трансформаторами, требует специального дифференциального реле, использующего фильтры для обеспечения сдерживания гармоник, чтобы различать ток включения и ток короткого замыкания.

Реле максимального тока мгновенного действия и с выдержкой времени являются наиболее распространенными защитными устройствами, используемыми на шунтирующих реакторах, конденсаторах и сервисном оборудовании станций.

УПРАВЛЕНИЕ

Неисправности на линиях электропередачи носят преимущественно временный характер, и автоматическое повторное включение является необходимым дополнением к функции релейной защиты. Время повторного включения должно быть больше, чем время, необходимое для рассеивания продуктов дуги, связанных с неисправностью. Это зависит от напряжения системы и колеблется от 15–20 циклов при 138 кВ до 30 циклов для систем 800 кВ. Автоматическое повторное включение требует наличия надлежащих защитных и операционных блокировок.

Вращающееся оборудование, трансформаторы и кабели, как правило, не имеют временных неисправностей, а автоматическое повторное включение не предусмотрено.

МОНИТОРИНГ

С годами важность мониторинга производительности энергосистемы и оборудования неуклонно возрастает.

Осциллографы и другие регистраторы неисправностей, такие как последовательность событий, по своей природе являются автоматическими устройствами. Время, затрачиваемое на распознавание и запись параметров системы во время неисправности, исключает любое вмешательство оператора. Наиболее распространенными начальными значениями являются токи и напряжения, связанные с самой неисправностью. Фазные токи увеличиваются, фазные напряжения уменьшаются, а ток заземления обычно очень мал, поэтому все они являются естественными кандидатами на роль триггерных механизмов. На сигнал с частотой 60 Гц накладываются переходные компоненты, которые сопровождают неисправности и другие события переключения. Они выявляются на осциллографических записях и являются важным элементом анализа работоспособности. Рисунок 6 представляет собой типичную запись

однофазное замыкание на землю и неудачное быстрое повторное включение.

С появлением цифровых реле ситуация резко изменилась. Реле могут не только регистрировать ток и напряжение короткого замыкания и вычислять место повреждения, но и передавать эту информацию в центральный пункт для анализа. Некоторые цифровые устройства используются исключительно в качестве регистраторов неисправностей.

Stanley H. Horowitz

См. также : Производство электроэнергии; Электроэнергия, надежность системы и; Системы передачи и распределения электроэнергии.

БИБЛИОГРАФИЯ

Блэкберн, Дж. Л. (1952) Поляризация реле заземления. AIEE Trans., Часть III, PAS, Vol. 71, декабрь, стр. 1088–1093.

Горовиц, С. Х., и Фадке, А. Г. (1996). Релейная система энергоснабжения. Нью-Йорк: John Wiley & Sons, Inc.

Энергетическое инженерное общество IEEE. (1980). Релейная защита для энергосистем, изд. Стэнли Х. Горовиц. Нью-Йорк: IEEE Press.

Энергетическое инженерное общество IEEE. (1992). Релейная защита для энергосистем II, изд. Стэнли Х. Горовиц. Нью-Йорк: IEEE Press.

IEEE Power System Relaying Comm. (1979). Аспекты защиты многотерминальных линий. Специальная публикация IEEE № 79 TH0056-2-PWR. Нью-Йорк: IEEE Press.

Льюис, В. А., и Типпетт, Л. С. (1947). Фундаментальные основы дистанционной ретрансляции в трехфазных системах. AIEE Trans., Vol. 66, стр. 694–708.

Мейсон, Ч. Р. (1956). Искусство и наука защитной ретрансляции. Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья.

Westinghouse Electric Corp.