Komplexpraktikum Elektrotechnik II Versuch EE1: Schutzrelais

Praktikum Schutztechnik
Komplexpraktikum Elektrotechnik II
Versuch EE1: Schutzrelais
9/2012
Versuchsteilnehmer:
Praktikumsgr.:
Abgabetermin:
Protokollant:
Eingangsdat.:
Versuchsleiter:
Testat:
1.
Versuchsziel
•
•
•
•
•
2.
Kennenlernen verschiedener Messrelais
Untersuchung des Verhaltens einzelner Messrelais bei verschiedenen Einstellungen
Bestimmung der Rückfallverhältnisse der Messrelais
Untersuchung des Eigenverbrauches an einem ausgewählten Messrelais
Aufnahme ausgewählter Relaiskennlinien
Voraussetzungen
Für die Durchführung des Versuches werden folgende Kenntnisse vorausgesetzt:
•
•
•
•
3.
Allgemeine Begriffe der Relaistechnik
Forderungen an die Schutztechnik
Schutzkriterien
Aufbau und Wirkungsweise der im Versuch verwendeten Messrelais
Vorbereitungsaufgaben
1. Was versteht man unter den Begriffen Ansprechen, Auslösung, Kommandozeit und Rückfallverhältnis eines Relais?
2. Erklären Sie die Unterschiede zwischen Schaltrelais, Schutzrelais und Zeitrelais!
3. Nennen und erklären Sie die Forderungen, die an Schutzsysteme gestellt werden!
4. Wofür wird das Schutzkriterium Strom eingesetzt?
5. Was ist unter einem ungerichteten Überstromzeitrelais mit stromunabhängiger Auslösekennlinie und einem Überstromzeitrelais mit stromabhängiger Auslösekennlinie zu verstehen und
wie sehen ihre Auslösekennlinien aus?
6. Erklären Sie ein Impedanz- Messrelais nach dem Prinzip der „elektrischen Waage“, deren
Ansprechkennlinie in der komplexen Ebene und die Ansprechbedingung!
2
4.
Versuchsaufgaben
4.1
Über- und Unterspannungszeitrelais
•
Erforderliche Geräte: 1 Dreiphasenanschlusseinheit
1 Leistungsschalter-Modul
1 Dreiphasentransformator
1 ohmsche Last (dreiphasig)
1 elektronische Stoppuhr
1 Über-/Unterspannungszeitrelais
2 Digitalmultimeter (METRAHIT)
1 Summer
4.1.1 Überspannungszeitrelais
•
•
Bauen Sie den Versuch entsprechend Schaltung 1 (am Messplatz ausliegend) auf.
Vorzunehmende Einstellungen:
o Am Dreiphasentransformator ist sekundärseitig der Wert UN +5 % einzustellen.
o Einstellungen am Relais: Zeitverzögerung 0,50 s
Unterspannung 0,95
Überspannung 1,05
o Als Belastung dient der ohmsche Widerstand, wobei zunächst ein Wert von 15 - 20 %
einzustellen ist.
o Der Summer ist an die Klemmen 31 und 34 des Messrelais anzuschließen.
•
Versuchsablauf:
o Der Widerstandswert der ohmschen Last ist langsam zu erhöhen bis das Relais anspricht.
o Danach ist der Widerstandwert wieder langsam zu verringern bis das Relais abfällt.
o Ansprechwert und Rückfallwert der Spannung sind abzulesen und daraus das Rückfallverhältnis des Überspannungszeitrelais zu bilden.
Uane
1,05
Uana [V]
Urüa [V]
fR
Tabelle 1: Messwerte für Aufgabe 4.1.1 (Überspannung von 1,05)
o Wiederholen Sie den Versuch für einen Ansprechwert für die Überspannung von
1,075.
Uane
1,075
Uana [V]
Urüa [V]
fR
Tabelle 2: Messwerte für Aufgabe 4.1.1 (Überspannung von 1,075)
3
4.1.2 Unterspannungszeitrelais
•
•
Bauen Sie den Versuch entsprechend Schaltung 1 (am Messplatz ausliegend) auf.
Vorzunehmende Einstellungen:
o Am Dreiphasentransformator ist sekundärseitig der Wert UN einzustellen.
o Einstellungen am Relais: Zeitverzögerung 0,5 s
Unterspannung 0,95
Überspannung 1,05
o Als Belastung dient der ohmsche Widerstand, dabei ist der Widerstandswert zunächst
auf 100 % einzustellen.
•
Versuchsablauf:
o Der Widerstandswert der ohmschen Last ist langsam von 100 % an zu verkleinern bis
das Relais anspricht.
o Danach ist der Widerstandwert wieder langsam zu erhöhen bis das Relais abfällt.
o Der Summer zur akustischen Anzeige einer Auslösung ist an die Klemmen 11 und 12
des Messrelais anzuschließen.
o Ansprechwert und Rückfallwert der Spannung sind abzulesen und daraus das Rückfallverhältnis des Unterspannungszeitrelais zu bilden.
Uane
0,95
Uana [V]
Urüa [V]
fR
Tabelle 3: Messwerte für Aufgabe 4.1.2 (Unterspannung von 0,95)
o Wiederholen Sie den Versuch für einen Ansprechwert der Unterspannung von 0,925.
Uane
0,925
Uana [V]
Urüa [V]
fR
Tabelle 4: Messwerte für Aufgabe 4.1.2 (Unterspannung von 0,925)
4.1.3 Messung des Eigenverbrauches
•
•
•
•
Diese Messung wird nur am Über- und Unterspannungszeitrelais durchgeführt, da sie für
alle anderen Messrelais ähnliche Messergebnisse zur Folge hat.
Bauen Sie den Versuch entsprechend Schaltung 2 (am Messplatz ausliegend) auf.
Vorzunehmende Einstellungen:
o Am Dreiphasentransformator ist sekundärseitig der Wert UN einzustellen.
o Am Lastwiderstand ist der Wert von 100 % einzustellen.
Versuchsablauf:
o Bestimmen Sie die aufgenommene Scheinleistung des Relais durch eine Strom- und
Spannungsmessung.
4
U [V]
I
[mA]
S [VA]
Tabelle 5: Messwerte für Aufgabe 4.1.3 (Eigenverbrauch)
4.1.4 Messung der am Relais einstellbaren Kommandozeiten
•
•
Bauen Sie den Versuch entsprechend Schaltung 3 (am Messplatz ausliegend) auf.
Vorzunehmende Einstellungen:
°
•
Am Dreiphasentransformator ist sekundärseitig der Wert UN + 5 % einzustellen.
o Einstellungen am Relais: Unterspannung 0,95
Überspannung 1,05
Zeitverzögerung variabel
Versuchsablauf:
o Vor Beginn der Messung ist an der ohmschen Last ein solcher Wert einzustellen,
dass am Relais Überspannung herrscht und das Relais anspricht.
o Mit dem Einschalten des Leistungsschalter-Moduls wird die Stoppuhr gestartet und
durch das vom Überspannungsrelais bedingte Öffnen des Schalters angehalten.
o Die Stoppuhr ist nach jeder Messung durch das Betätigen der Reset-Taste zurückzusetzen
o Stellen Sie am Relais nacheinander folgende Zeiten ein und vergleichen Sie mit den
jeweils gemessenen Auslösezeiten.
t e [s]
0,5
1
2
3
4
5
t g [s]
Tabelle 6: Messwerte für Aufgabe 4.1.4
4.2
•
Einphasiges unabhängiges Überstromzeitrelais
Erforderliche Geräte: 1 Experimentiertransformator
2 Leistungsschalter-Module
1 ohmsche Last (dreiphasig)
1 elektronische Stoppuhr
1 unabhängiges Überstromzeitrelais (einphasig)
2 Digitalmultimeter (METRAHIT)
4.2.1 Untersuchung des Verhaltens eines einphasigen Überstromzeitrelais
•
•
Bauen Sie den Versuch entsprechend Schaltung 4 (am Messplatz ausliegend) auf.
Vorzunehmende Einstellungen:
o Spannungsversorgung f. Relais erfolgt über Dreiphasenanschlusseinheit
o Für die Zeitverzögerung ist am Relais zunächst der Wert 0 einzustellen.
o Um den ohmschen Widerstand nicht zu überlasten, sind zwei seiner Einzelwiderstände parallel zu schalten.
5
o Das Potentiometer der ohmschen Last ist auf den Skalenwert 10 % einzustellen, so
dass sich ein Gesamtwiderstand von rund 50 Ω ergibt.
o Durchgangsprüfer an A4 und A5 (Relais) anschließen
•
Versuchsablauf:
o Der Ansprechwert für den Überstrom I > x 0,1 IN ist von 2 bis 30 in Schritten von 4 zu
variieren
o Die Spannung am Stelltransformator ist jeweils von 0 V zu steigern bis das Relais anspricht.
o Danach ist die Spannung wieder zu senken bis das Relais abfällt.
o Es sind der Ansprechwert des Stromes mit der dazugehörigen Spannung und der
Rückfallwert des Stromes aufzunehmen und daraus das Rückfallverhältnis des Überstromzeitrelais zu bilden.
o Vergleichen Sie die gemessenen Werte mit den am Relais eingestellten Werten.
I>
IN
0,2
0,6
1,0
1,4
1,8
2,2
2,6
3,0
Ian [A]
Irü
[A]
fR
Tabelle 7: Messwerte für Aufgabe 4.2.1
4.2.2 Messung der am Relais einstellbaren Kommandozeiten
•
•
Bauen Sie den Versuch entsprechend Schaltung 5 (am Messplatz ausliegend) auf.
Vorzunehmende Einstellungen:
o I > x 0,1 IN ist auf den Wert 20 einzustellen.
o Der Widerstandswert der ohmschen Last ist auf 10 % zu stellen.
•
Versuchsablauf:
o Vor Beginn der Messung ist die Spannung des Einphasentransformators auf einen
solchen Wert einzustellen, dass das Relais anspricht.
o Durch Einschalten des Leistungsschalter-Moduls wird die Stoppuhr gestartet und
durch das vom Relais bedingte Öffnen des Schalters angehalten.
o Stellen Sie nacheinander folgende Zeiten am Relais ein und vergleichen Sie mit den
gemessenen Zeiten.
t e [s]
0
0,2
0,5
1
2
5
8
9,5
t g [s]
Tabelle 8: Messwerte für Aufgabe 4.2.2
o Nehmen Sie die Kennlinie t = f (IF) für einen ausgewählten Fall auf und diskutieren
Sie deren Verlauf.
6
Hinweis: Der Nennstrom IN beträgt 1 A.
IF / A
tg / s
4.3
•
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
Dreiphasiges abhängiges Überstromzeitrelais
Erforderliche Geräte: 1 Dreiphasenanschlusseinheit
1 Experimentiertransformator
1 Leistungsschalter-Modul
1 Dreiphasentransformator
1 ohmsche Last (dreiphasig)
1 elektronische Stoppuhr
1 abhängiges Überstromzeitrelais (dreiphasig)
2 Digitalmultimeter
4.3.1 Untersuchung des Verhaltens eines dreiphasigen abhängigen Überstromzeitrelais
•
Bauen Sie den Versuch entsprechend Schaltung 6 (am Messplatz ausliegend) auf.
•
Vorzunehmende Einstellungen:
o Am Dreiphasentransformator ist sekundärseitig der Wert UN einzustellen.
o Spannungsversorgung f. Relais erfolgt über Dreiphasenanschlusseinheit
o Von den 8 DIP-Schaltern am Relais ist nur der DIP-Schalter 1 auf ON zu stellen;
alle anderen DIP- Schalter sind auf OFF zu stellen.
o Der Ansprechwert für die Schnellauslösung I>>/IN ist auf 12,5 einzustellen.
o Für die Verzögerungszeit tl > ist der Wert 0 s einzustellen.
o Der Belastungswiderstand R ist auf 100 % einzustellen.
o Durchgangsprüfer an Buchsen 11 und 12 (Relais) anschließen.
•
Versuchsablauf:
o I > IN ist von 0,5 bis 2,0 zu variieren.
o Der Widerstandswert der ohmschen Last ist von R = 100 % so lange zu verkleinern
bis das Relais anspricht.
o Danach ist der Widerstandswert langsam zu erhöhen bis das Relais abfällt.
o Es sind der Ansprechstrom mit dem dazugehörigen Wert der ohmschen Last und der
Rückfallstrom zu bestimmen.
o Berechnen Sie aus den gemessenen Werten das Rückfallverhältnis.
7
I>
IN
0,5
0,8
1,0
1,3
1,5
1,8
2,0
Ian [A]
R zu [%]
Irü
[A]
fR
Tabelle 9: Messwerte für Aufgabe 4.3.1
Hinweis: Beim Ansprechen des Relais blinkt die „LED I > “.
4.3.2 Messung der am Relais einstellbaren Kommandozeiten
•
•
Bauen Sie den Versuch entsprechend Schaltung 7 (am Messplatz ausliegend) auf.
Vorzunehmende Einstellungen:
o Stellen Sie die Auslösezeit tl > auf 0,1 s und den Ansprechstrom I > IN auf 0,75.
•
Versuchsablauf:
o Variieren Sie den Fehlerstrom IF von 0,8 A bis 2,0 A in Schritten von 0,2 A mit Hilfe
der ohmschen Last.
o Stellen Sie den gewünschten Fehlerstrom ein.
o Danach entfernen Sie die Brücke am Leistungsschalter-Modul und schließen dann
die Ausgänge des Relais an.
o Durch Einschalten des Leistungsschalter-Moduls wird dann die Stoppuhr gestartet
und durch Auslösen des Relais wieder gestoppt.
o Wiederholen Sie diesen Vorgang für jeden zu untersuchenden Stromwert.
o Gleichung für die Auslösezeit in Abhängigkeit vom Überstrom des Messrelais:
tb =
0,14
⎛ IF ⎞
⎜
⎟
⎝I >⎠
⋅ tl >
0,02
−1
o Bestimmen Sie gemäß dieser Gleichung die einzelnen Auslösezeiten und vergleichen
Sie die berechneten mit den gemessenen Werten.
o Zeichnen Sie die Kennlinie t = f(IF) des Relais und diskutieren Sie das Ergebnis.
Hinweis: Beim Ansprechen des Relais blinkt die „LED I > “ und beim Auslösen des Relais
leuchtet die „LED I > “. Der Nennstrom IN beträgt 1 A.
8
IF
tg
[A]
[s]
tb
[s]
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
Tabelle 10: Messwerte für Aufgabe 4.3.2
5.
Verwendete Formelzeichen
C
fR
I
Ian
IF
IN
Irü
I>
Kapazität
Rückfallverhältnis
Strom
Ansprechwert des Stromes
Fehlerstrom
Bemessungsstrom
Rückfallwert des Stromes
Überstrom
I>
IN
I >>
IN
L
Pe
Pb
R
S
T
tb
te
tg
tl >
U
Uan
Uana
Uane
UN
UA
UN
UR
UA
eingestellter Ansprechwert des Stromes
eingestellter Ansprechwert des Stromes für die Schnellauslösung
Induktivität
eingestellte Leistung
berechnete Leistung
Widerstand
Scheinleistung
Zeit
berechnete Zeit
eingestellte Zeit
gemessene Zeit
Auslösezeit
Spannung
Ansprechwert der Spannung
abgelesener Ansprechwert der Spannung
am Relais eingestellter Ansprechwert der Spannung
Bemessungsspannung
eingestellter Ansprechwert des Erdschlusswarnrelais
Rückfallwert des Erdschlusswarnrelais
9
Urü
Urüa
α
6.
Rückfallwert der Spannung
abgelesener Rückfallwert der Spannung
charakteristischer Winkel des Leistungsrichtungsrelais
Literatur
[1]
Clemens-Rothe: Schutztechnik in Elektroenergiesystemen
3. stark bearbeitete Auflage, Berlin: Verlag Technik, 1991
[2]
Doemeland, Wolfgang: Handbuch Schutztechnik.
6. aktualisierte u. erweiterte Auflage, Berlin: Verlag Technik; Berlin; Offenbach: VDEVerlag, 1997
[3]
Müller / Boog: Selektivschutz elektrischer Anlagen.
2. Ausgabe, Frankfurt a. M.: VWEW-Verlag, 1990
[4]
Ungrad H.; Winkler M.; Wiszniewski A.: Schutztechnik in Elektroenergiesystemen.
2. Auflage, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1991 und 1994
[5]
Zube, Bernhard: Selektivschutz für elektrische Netze und Anlagen.
Berlin, Offenbach: VDE-Verlag, 1990
10