Обзор реле напряжения

Как возникает провал напряжения?

1.Токи включения

Одна из известных причин небольшого провала напряжения — это токи включения конденсаторов, двигателей или других устройств. На следующем рисунке можно увидеть, что при запуске двигателя сила тока на короткое время увеличивается. Падение напряжения на полных сопротивлениях Z и Z1 приводит к незначительному провалу напряжения на распределителе низкого напряжения (зона провала 1) и немного большему провалу напряжения за полным сопротивлением Z1 (зона провала 2).

Рис. 3 «Запуск» двигателей может привести к провалу напряжения

Решение проблем, вызванных подобными провалами, заключается в оптимизации установки. Включение устройств не должно приводить к возникновению критических провалов напряжения.

2. Короткие замыкания в сети низкого напряжения

При замыкании в сети низкого напряжения протекает ток короткого замыкания. Вклад тока короткого замыкания зависит от величины полных сопротивлений Z и Z3. На практике полное сопротивление Z3 больше. Размер полного сопротивления Z3 определяется, в частности, типом и длиной кабеля. Чем больше длина кабеля, тем меньше будет ток короткого замыкания.

Ток короткого замыкания вызывает падение напряжения по полному сопротивлению Z, при этом наблюдается кратковременный провал напряжения на главном распределителе низкого напряжения (зона провала 1).

При коротком замыкании должен сработать предохранитель группы 3. Если до срабатывания предохранителя проходит 100 мс, то на всей установке наблюдается сильный провал напряжения на 100 мс.

Рис. 4 Типичный пример рабочего состояния, при котором провал напряжения возникает в результате короткого замыкания в сети низкого напряжения

Хотя короткие замыкания в сети низкого напряжения встречаются, на практике им часто не уделяют внимания. Короткие замыкания в сетях среднего напряжения более критичны.

3. Короткие замыкания в сети среднего напряжения

Чаще всего провалы напряжения наблюдаются в сетях среднего напряжения. Они могут быть, в частности, вызваны следующими факторами:

• земляными работами,
• пробоем соединительной муфты,
• старением кабеля,
• коротким замыканием в воздушных сетях (бури, животные и т. п.)

На следующем рисунке (рис. 5) приведена типичная структура сети среднего напряжения. Известные трансформаторные будки / местные распределительные подстанции (зеленые точки) соединены друг с другом по кольцу и подключены к распределительной станции (синие точки). В кольце всегда имеется разрыв (см. кольцо из зеленых точек справа снизу). При возникновении короткого замыкания по цепи протекает ток короткого замыкания (красная линия). Он протекает до тех пор, пока предохранитель на распределительной станции не отключит кольцо. Это показано на левом рисунке (в кольце слева вверху).

Таким образом, во время короткого замыкания кратковременно протекает сильный ток. Из-за полных сопротивлений сети это приводит к кратковременному понижению напряжения во всей сети. Это кратковременное понижение напряжения выражается в форме «провала напряжения».

Рис. 5 Большинство провалов напряжения вызывается короткими замыканиями в сети среднего напряжения

Около 75 % провалов напряжения возникает в сети среднего напряжения. Часто они неизбежны для потребителя.

Короткие замыкания в сети высокого напряжения

Замыкания в сети высокого напряжения часто вызываются грозами или (ошибочными) включениями. Последние обычно наблюдаются на концах линий высокого напряжения.

Справочник реле ›› Реле контроля трехфазного напряжения ЕЛ-26, ЕЛ-26Н

   Реле контроля трехфазного напряжения ЕЛ-26, ЕЛ-26Н (далее реле) предназначены для: • контроля допустимого уровня сетевого напряжения; • контроля правильности чередования и отсутствия слипания фаз;  • контроля полнофазности и симметричности сетевого напряжения (перекоса фаз); • отключения нагрузки при выходе за допустимые пределы уровня сетевого напряжения путем размыкания цепи управления (коммутации электрических цепей переменного тока);  • контроля уровня сетевого напряжения после отключения нагрузки и автоматического ее включения после восстановления параметров напряжения к норме;  • индикации возникновения аварийной ситуации и нормальных параметров в контролируемой сети. Реле имеют возможность установки верхнего и нижнего порогов для отключения по напряжению и регулируемую задержку по времени. Задержка времени на отключение позволяет исключить срабатывание реле при кратковременных скачках напряжения в сети.

Файл-архив ›› Что нужно знать о регулировании напряжения. Михалков А.В.

В брошюре освещены вопросы выбора средств и способов регулирования напряжения в распределительных сетях. Рассмотрены вопросы использования современных технических средств регулирования и ступенчатого изменения напряжения у приемников, присоединенных к электрическим сетям общего назначения. Изложена общая задача регулирования напряжения в связи с характером изменения нагрузки, с учетом параметров сети и общими требованиями приемников к стабильности напряжения. На примерах рассмотрены вопросы выбора наивыгоднейшего коэффициента трансформации и приведен расчет установок автоматических устройств регулирования напряжения под нагрузкой. Брошюра рассчитана на широкий круг читателей, мастеров и квалифицированных электромонтеров электроустановок потребителей. Библиотека электромонтера. Выпуск 337, 1971 год

1. Что следует знать о величинах напряжения, параметрах сети и о характере нагрузки потребителя 2. Потеря напряжения и причины образования недопустимой величины напряжения у приемников .3. Как подойти к вопросу улучшения напряжения на предприятии4. Способы и средства регулирования напряжения5. Регулирование напряжения трансформаторами, снабженными устройством РГШ6. Регулирование напряжения и коэффициента мощности синхронными двигателями и конденсаторами регулируемой мощности7. Вольтодобавочные устройства и их использование в сетях потребителей8. Средства и способы ступенчатого изменения напряжения 9. Выбор наиболее выгодного коэффициента трансформации у трансформаторов с ПБВ10. Что такое продольная компенсация и как ее осуществить

Инструкция, как установить реле напряжения

Если реле предназначено для установки в розетку, никакого дополнительного монтажа оно не требует. Достаточно только настроить прибор по верхней и нижней границам, а также задать задержку. Это делается в соответствии с инструкцией к прибору от конкретного производителя.

В случае с монтажом в щиток, прибор устанавливается после счетчика, разрывая фазу. Нагрузка может идти как напрямую через реле контроля напряжения, так и через магнитный пускатель. Обычно в жилых домах применяют первый вариант.

На корпусе реле для установки в щиток имеется три контактных площадки – нейтральная, а также ввод и вывод на фазу. После монтажа реле в щиток необходимо подключить соответствующие провода к этим клеммам.

Статьи ›› Микропроцессорные защиты присоединений 6-­ 35 кВ. Сравнительный анализ

С 90­х годов прошлого века в России начали складываться условия для технической дезинтеграции, проявлявшиеся в различных аспектах: от отсутствия целенаправленной технической политики в различных отраслях промышленности до несоблюдения требований национальных стандартов. После принятия закона «О техническом регулировании», отменившего обязательность требований ГОСТ и других нормативных документов, кроме технических регламентов, которых до сих пор нет, эти процессы только усугубились. Коснулись они и электротехники, и, в частности, релейной защиты энергосистем. Валентин Александрович Сушко делает попытку проанализировать ситуацию, сложившуюся в этой области.

Чрезмерная нагрузка на электросеть

Многие потребители электричества при подключении к сети создают большую на нее нагрузку. К таким электроприборам можно отнести, к примеру, электрические двигатели высокой мощности. Такие моторы для пуска используют токи гораздо большей величины чем номинальные, и в том случае, если проводка рассчитана исключительно на токи для работы в номинальном режиме, при запуске будут возникать провалы.

Такое явление фактически связано непосредственно с резервом сети, а также с сопротивлением в месте общего соединения и корректном соответствии с параметрами соединительной проводки.

Потери в напряжении вызванные таким путём, обычно, длятся дольше чем, например, неполадки, вызванные неисправностями в распределительных сетях и могут продолжаться от 1 до 10 секунд.

Известны способы решения проблем с приборами, связанных с сопротивлением проводки. Устройства с высокой мощностью потребления можно подсоединить к электросети через соединения в общих точках или через специальную дополнительную катушку трансформатора.

Файл-архив ›› Дорохин Е.Г. Основы эксплуатации релейной защиты и автоматики. Книга вторая. Оперативное обслуживание устройств РЗА и вторичных цепей

Настоящее пособие содержит краткое описание наиболее распространенных устройств релейной защиты, автоматики, элементов вторичной коммутации и порядок их оперативного обслуживания.

Пособие предназначено для оперативного персонала электростанций, подстанций, оперативно – выездных бригад электрических сетей, занятого эксплуатацией электрооборудования, для диспетчеров ОДС электросетей и региональных диспетчерских управлений, работников служб релейной защиты и автоматики различного уровня и технических руководителей соответствующих организаций. Представляет интерес для широкого круга специалистов, прямо или косвенно связанных с вопросами обслуживания РЗА и просто для «чайников».

Проблемы, связанные с провалами напряжения

Провалы напряжения могут привести к отказу компьютерных систем, ПЛК-установок, реле и преобразователей частоты. В критических процессах всего один провал напряжения может вызвать высокие затраты, особенно критичны в этом отношении непрерывные процессы.

Примером этому служат литье под давлением, экструзионные процессы, печать или обработка таких пищевых продуктов, как молоко, пиво или прохладительные напитки.

Связанные с провалом напряжения затраты складываются из:

• упущенной прибыли в результате простоя производственных мощностей,
• затрат на возобновление производственного процесса,
• затрат, связанных с задержками поставок продукции,
• затрат на испорченное сырье,
• затрат на устранение ущерба, причиненного машинам, приборам и матрицам,
• затрат на техобслуживание и оплату труда.

Средняя стоимость провала напряжения сильно зависит от отрасли:

• тонкая химия 190 000 евро
• микропроцессоры 100 000 евро
• металлообработка 35 000 евро
• текстильная промышленность 20 000 евро
• пищевая промышленность 18 000 евро

Часто процессы протекают без присутствия людей, поэтому провалы напряжения обнаруживаются не сразу. В этом случае, например, возможен незамеченный останов машины для литья под давлением. Когда останов обнаружится, уже будет нанесен ощутимый ущерб.

Клиенты получат продукцию слишком поздно, а пластмасса в машине затвердеет. В типографиях или в бумажной промышленности возможен разрыв бумаги, что может привести даже к пожару. Другой известный пример, это ущерб, нанесенный производителю шин Vredestein в результате провалов напряжения. www.rtvoost.nl

ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ СХЕМА СОЕДИНЕНИЯ ДКИН ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ МОЩНОСТИ ЗАЩИЩАЕМОЙ НАГРУЗКИ

Архитектура устройства ДКИН основана на использовании одного ведущего (Master) и нескольких ведомых (SLAVE) силовых модулей мощностью 300 кВА, что позволяет при увеличении мощности защищаемой нагрузки наращивать мощность устройства ДКИН.

Шкафы ДКИН (ведущий М и ведомый S)

Один ведущий модуль способен управлять 12 ведомыми модулями посредством соединительного шкафа, т.е. мощность защищаемой нагрузки составляет от 0,6 МВА до 3,6 МВА. Схемы соединений ДКИН типа SET DVR мощностью 600, 900 и 1200 кВА приведены на рисунке ниже .

При использовании силового модуля на 500 кВА, мощность защищаемой нагрузки увеличивается до 6000 кВА. В целях обслуживания ДКИН служит обходной (байпасный) выключатель. Для обеспечения динамической устойчивости используются быстрореагирующие тиристоры, чтобы защитить преобразователь источника напряжения в случае КЗ со стороны нагрузки.

Таким образом, электроснабжение осуществляется все время, а ДКИН регулирует напряжение нагрузки к номинальному значению, устраняя кратковременные нарушения электроснабжения от энергосистемы. Динамический компенсатор искажений напряжения является альтернативой ИБП для применений в защите чувствительной к искажениям напряжения нагрузке. Для устройства ДКИН производитель использует современные полупроводники типа GTO или IGCT — тиристоры. Эти элементы представляют современные мощные полупроводники, которые объединяют преимущества обычного GTO и IGBT-транзистора, имеют низкие потери и управляемый переход, соответственно.

Особенности различных типов полупроводниковых решений

Преимущества двух вышеупомянутых технологий IGCT для ДКИН заключаются в следующем:• низкой частоте переключений;• возможности применения для среднего напряжения;• низких потерях и электропроводимости;• высокой частоте переключений;• низких потерях при переключениях;• не требуется демпфирования;• имеет встроенный драйвер для шлюза.

Преобразователь ДКИН имеет воздушное охлаждение, требует минимального обслуживания, что оптимизирует стоимость устройства и эксплуатации. Интерфейс управления устройством ДКИН организован через оптоволоконные связи, устраняя любое влияние электромагнитных помех. Компактность выполнения устройства позволяет выполнить замену вышедших из строя компонент в пределах 2 ч. Динамический компенсатор искажений напряжения использует цифровой быстродействующий программируемый контроллер DSP. Программное обеспечение позволяет быстро получать всю входную и выходную информацию, требуемую согласно условиям работы.

Все защитные функции для ДКИН осуществлены в программном обеспечении контроллера. Система управления и защиты может переключать ДКИН в режим байпас, если это устройство стало недействующим, таким образом, гарантируя непрерывную подачу энергии потребителю. Программируемый контроллер DSP используется как регистратор событий, чтобы регистрировать и записывать журнал событий во время работы ДКИН.

Система управление ДКИН позволяет:• преобразование электрического сигнала в оптический;• поддержание выбора заданного времени ограничений, требуемого устройством ДКИН;• наблюдение и фиксацию параметров работы устройства ДКИН.

Динамический компенсатор искажений напряжения оборудован системой контроля провалов напряжения. К монитору компьютера можно обращаться через Интернет. Система может быть приведена в готовность с помощью электронной почты или SMS в случае любых сбоев.

Основы релейной защиты ›› ПРИНЦИПЫ ВЫПОЛНЕНИЯ И РАБОТЫ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ЧАСТИ ЗАЩИТЫ

Канал токов высокой частоты. Высокочастотный канал представляет собой электрическую цепь, по которой проходят сигналы ВЧ. На рис. 13.6 показан ВЧ-канал по схеме фаза-земля, при котором ток ВЧ проходит по одному из проводов ЛЭП и возвращается по земле. На каждом конце ЛЭП устанавливаются высокочастотные аппараты (ВЧА) 1, состоящие из передатчика ГВЧ, генерирующего сигналы ВЧ, и принимающего их приемника ПВЧ. Выходная цепь ВЧА подключается одним зажимом к земле, а вторым к проводу ЛЭП через ВЧ кабель 2 фильтр присоединения 3 и высоковольтный конденсатор связи 4. По концам ЛЭП, используемой для передачи токов ВЧ, устанавливаются заградители 5, запирающие выход токам ВЧ за пределы ЛЭП.

Сигналы о провале напряжения

Компания Janitza предлагает широкий ассортимент анализаторов, способных распознавать короткие прерывания и провалы напряжения. Сетевой анализатор UMG 604 непрерывно контролирует более 800 электрических характеристик. Все каналы проверяются 20 000 раз в секунду, при этом регистрируются короткие прерывания и провалы напряжения и выдаются соответствующие предупреждения. На основании этих событий может быть отправлено сообщение электронной почты или SMS. Входящий в объем поставки пакет ПО GridVis-Basic позволяет генерировать подробные отчеты.

Рис. 7 Для оповещения о провалах напряжения предусмотрен компактный сетевой анализатор UMG 604

Анализатор UMG 604, установленный на панели ввода питания, представляет собой масштабное и экономичное решение для распознавания, регистрации, сигнализации и оповещения о провалах напряжения. Измерительное устройство оснащено веб-сервером, благодаря этому без больших затрат и без использования сложного ПО можно напрямую вызывать важнейшие параметры из измерительных устройств. С помощью встроенного браузера событий провалы и прерывания напряжения можно анализировать и документировать в форме отчетов.

Рис. 8 Сетевой анализатор на панели ввода питания распознает отклонения в напряжении

Компания Janitza предлагает следующие измерительные устройства для распознавания кратковременных прерываний:

• UMG 604, компактный сетевой анализатор для монтажа на DIN-рейке
• UMG 508, сетевой анализатор с цветным экраном с интуитивным управлением для монтажа на панели
• UMG 605, анализатор качества сети класса A для монтажа на DIN-рейке
• UMG 511, анализатор качества сети класса A с цветным экраном с интуитивным управлением для монтажа на панели

Анализ с помощью GridVis

Базовый пакет программы GridVis (GridVis-Basic) бесплатно поставляется вместе с измерительными устройствами Janitza. С помощью этого пакета, в частности, можно:

• считывать значения измерений в режиме реального времени,
• запрашивать архивные данные измерений в форме файлов и графиков,
• анализировать кратковременные прерывания, переходные напряжения и провалы напряжения,
• распечатывать полные отчеты EN 50160 «одним нажатием на кнопку» и
• генерировать простые отчеты качества / ошибок.

Рис. 9 С помощью GridVis можно выполнять даже масштабный анализ.

С использованием встроенного генератора отчетов можно объединять даже периодически возникающие провалы напряжения, короткие прерывания и пики напряжений с помощью кривой ITI-(CBEMA) в наглядные отчеты.

На расположенном ниже рисунке (рис. 10) видно, что возникло три провала напряжения, приведших к остановке установки.

Pис. 10 Отчет о провалах и пиках напряжения на основании кривой ITI

Почему стоит использовать реле контроля напряжения?

Можно выделить несколько основных причин установки данного устройства:

• обрыв на воздушной линии с попаданием линейного провода (L) на нейтральный (N), вследствие чего в здание поступает ток с напряжением 380 В;
• обрыв нейтрального провода (N). Достаточно частое явление, особенно в многоквартирных домах со старой проводкой. Также приводит к повышению напряжения в электросети до 380 В;
• в случае значительного расстояния между зданием и электроподстанцией, вследствие чего напряжение просаживается до слишком низкого значения;
• высокая нагрузка на одной из фаз при подключении высокомощного потребителя. Если в сети недостаточно мощности, может произойти выход из строя электродвигателя.

Файл-архив ›› Вторичная коммутация в распределительных устройствах, оснащенных цифровыми РЗА. Часть 1, часть 2. Беляев А. В. Библиотека электротехника

Даны рекомендации по разработке логики цифровых терминалов РЗА, их адаптации к российским условиям применения (русификации), разработке схем вторичной коммутации распределительных устройств при применении цифровых терминалов с учетом норм, правил и традиций российской энергетики. Рассмотрены этапы разработок. Приведены примеры логических схем и вторичной коммутации цифровых РЗА. Даны правила маркировки вторичных цепей, составления рядов зажимов. Предназначена для оказания практической помощи проектным организациям и службам эксплуатации при внедрении цифровых РЗА. Книга из серии Библиотечка электротехника. 129 выпуск, 130 выпуск

ГЛАВА ПЕРВАЯ. Типовые схемы вторичной коммутации в распределительных устройствах с электромеханическими РЗАГЛАВА ВТОРАЯ. Этапы выбора и внедрения цифровых терминалов РЗА.ГЛАВА ТРЕТЬЯ. Разработка логической схемы и схемы вторичной коммутации цифровых устройств РЗА . . . .ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ. Пример типовой логической схемы терминала SEPAM-2000 .ГЛАВА ПЯТАЯ. Пример типовой схемы вторичной коммутации с терминалом SEPAM-2000 .ГЛАВА ШЕСТАЯ. Центральная сигнализация в схемах с цифровыми РЗА ГЛАВА СЕДЬМАЯ. Пример типовой логической схемы с терминалом SEPAM-80 ГЛАВА ВОСЬМАЯ. Пример типовой схемы вторичной коммутации с терминалом SEPAM-80 ГЛАВА ДЕВЯТАЯ. Защита шин в схемах с цифровыми РЗА ГЛАВА ДЕСЯТАЯ. Устройства сбора информации, не передаваемой через цифровые РЗА ГЛАВА ОДИННАДЦАТАЯ. Выбор напряжения питания вторичных цепей ГЛАВА ДВЕНАДЦАТАЯ. Маркировка вторичных цепейГЛАВА ТРИНАДЦАТАЯ. Правила составления рядов зажимов

Способы защиты

Итак, вы узнали, что собой представляет данное явление, теперь поговорим о том, как может быть организована защита от провалов напряжения в сети. Если защитить нужно маломощную нагрузку, достаточно установить источник бесперебойного питания (ИБП). Такое решение может применяться даже на промышленных объектах для аварийного сворачивания технологических процессов и безопасного сохранения информации.

Если же нужна защита мощной нагрузки от провалов напряжения, в этом случае необходимо использовать специализированные системы, которые осуществляют динамическое восстановление напряжения. Такие системы способны компенсировать недостающую часть напряжения, однако работает данный вид защиты непродолжительное время. Именно поэтому они не способны защитить от длительных провалов напряжения в электрической сети.

Вот и все, что хотелось рассказать о том, что такое провалы напряжения в сети, какие причины их возникновения и как можно защитить оборудование от этого явления. Следует отметить, что к провалам наиболее чувствительно компьютерное оборудование. Поэтому если в вашей сети наблюдается данное явление, обязательно защитите электронику вышеуказанными методами.

Будет полезно прочитать:

• Чем опасен обрыв нулевого провода
• Как защититься от перенапряжения в сети
• Как выбрать ИБП

Опубликовано:
11.12.2017
Обновлено: 20.11.2019

Что собой представляет провал напряжения?

В соответствии с европейским стандартом EN 50160 провалом напряжения считается внезапное понижение эффективных значений напряжения до значения от 90 % до 1 % от заданного, после чего следует непосредственное восстановление напряжения. Длительность провала напряжения составляет от половины периода (10 мс) до минуты.

Рис. 1 Пример провала напряжения

Если эффективное значение напряжения не опускается ниже 90 % от заданного значения, это рассматривается как нормальное рабочее состояние. Если напряжение падает ниже 1 % от заданного значения, это считается прерыванием.

Таким образом, провал напряжения не следует путать с прерыванием. Прерывание возникает, например, после срабатывания предохранителя (тип. 300 мс). Пропадание напряжения в сети распространяется в форме провала напряжения по остальной распределительной электросети.

На рисунке (рис. 2) уточняется разница между провалом, коротким прерыванием и пониженным напряжением.

Рис. 2: Разница между провалом, прерыванием и пониженным напряжением

Справочник реле ›› РС83-В4. Устройства для автоматического управления РПН трансформаторов РС 83- В4

Назначение: Микропроцессорные устройства РС83-В4 предназначены для автоматического управления электроприводами РПН двух- и трехобмоточных трансформаторов подстанций под нагрузкой, контроля электроприводов и их исправности. Устройство оборудовано 16-ти разрядным ЖК индикатором и кнопками управления для контроля входных параметров, параметров работы устройства и изменения настроек. Устройство снабжается интерфейсами RS-485 (протокол MODBUS RTU) для передачи данных и USB для контроля и изменения уставок. Устройства оснащено регистратором с журналом аварий и журналом событий. Устройство РС83-В4 может питаться от источника как постоянного, так и переменного оперативного тока. Блок питания компенсирует кратковременные (до 500 мс) провалы напряжения питания.

«РЗА СИСТЕМЗ» производит: Устройства для автоматического управления РПН трансформаторов РС83-В4

Классификация реле контроля напряжения

Существуют различные типы реле напряжения, отличающиеся функциями, целями использования и вариантом исполнения. Прежде всего устройства принято классифицировать по типу сети – однофазная или трехфазная.

РНПП-311

Данный вид предназначен для трехфазной сети. Может использоваться с большинством типов электрических потребителей. Обязательный элемент в схемах ABP и управления питания.

РН-101

Автономная модель для однофазной сети. Подключается непосредственно в розетку, выступая промежуточным звеном между ней и прибором. Максимальная нагрузка на реле может составляет 3,5 кВт (16 А).

РН-111

Также предназначено для однофазной сети, но монтируется на DIN-рейку непосредственно в щитке. Автоматически отключает потребителей, если нагрузка превышает 3,5 кВт. Если нагрузка выше 3,5 кВт, необходимо использование магнитного пускателя.

Существуют как самые простые, так и более функциональные реле напряжения, такие как ZUBR. Последнее имеет более гибкие настройки, может быть рассчитано на разное количество потребителей (в зависимости от модели), есть даже модели с беспроводным управлением посредством смартфона.