Назначение и требования к устройствам релейной защиты

Назначение и требования к устройствам релейной защиты

Релейная защита выполняется в виде автономных устройств, устанавливаемых на элементах энергосистемы. Устройства релейной защиты реагируют на к.з. и ненормальные режимы и действуют на отключение выключателей защищаемых элементов.

Релейная защита должна срабатывать при повреждениях в защищаемой зоне (при внутренних повреждениях) и не должна срабатывать при повреждениях вне защищаемой зоны (при внешних повреждениях), а также при отсутствии повреждений.

Защиты подразделяют на основные и резервные.

Основной называется защита, предназначенная для работы при всех или части видов к.з. в пределах всего защищаемого объекта со временем, срабатывания меньшим, чем у других установленных защит.

Резервной называется защита, предусматриваемая для работы вместо основной защиты данного объекта при её отказе или выводе из работы, а также вместо защит смежных элементов при их отказе или отказах выключателей смежных элементов.

Основные требования к защите от к.з.:

Быстрое отключение повреждённого оборудования или участка электроустановки уменьшает размеры повреждений, сохраняет нормальную работу потребителей неповреждённой части установки, предотвращает нарушение параллельной работы генераторов, электростанций и энергосистемы в целом. Последнее условие является главным.

Допустимое время отключения к.з. по условию сохранения устойчивости зависит от ряда факторов, важнейшим из которых является величина остаточного напряжения на шинах электростанций и узловых подстанций энергосистемы. Чем меньше остаточное напряжение, тем хуже условия устойчивости, тем быстрее нужно отключать к.з. ПУЭ рекомендуют определять остаточное напряжение на шинах электростанций и узловых подстанций при трёхфазных к.з. в интересующей нас точке сети. Если остаточное напряжение получается меньше 60% номинального, то для сохранения устойчивости следует применять быстродействующую защиту.

Полное время отключения повреждения tоткл складывается из времени работы защиты tз и времени действия выключателя tв, разрывающего ток к.з. tоткл = tз + tв.

Современные устройства быстродействующей релейной защиты имеют время действия 0,02-0,1 с.

Селективность или избирательность.

Селективностью называется способность защиты отключать при к.з. только поврежденный участок сети ближайшими к месту к.з. выключателями.

Так, при к.з. в точке К1 (рисунок 6) для правильной ликвидации аварии должна подействовать защита только на выключателе В1 и отключить этот выключатель. При этом остальная часть электрической установки останется в работе. Такое избирательное действие защиты называется селективным.

Рисунок 6 – Схема, поясняющая принцип селективности релейной защиты.

Если же при к.з. в точке К1 раньше защиты выключателя В1 подействует защита выключателя В4 и отключит этот выключатель, то ликвидация аварии будет неправильной, так как кроме повреждённого электродвигателя Д1, останется без напряжения неповрежденный электродвигатель Д2. Такое действие защиты называется неселективным.

Таким образом, селективность – это свойство защиты, обеспечивающее отключение при к.з. только повреждённого элемента системы.

В соответствии со способами обеспечения селективности при внешних к.з. различают две группы защит: с абсолютной селективностью и с относительной селективностью.

Абсолютную селективность имеют защиты, селективность которых при внешних к.з. обеспечивается их принципом действия, т.е. защита способна работать только при к.з. на защищаемом объекте. Поэтому защиты с абсолютной селективностью выполняются без выдержек времени.

Относительную селективность имеют защиты, на которые по принципу действия можно возложить функции резервных защит при к.з. на смежных элементах сети. С учётом этого такие защиты в общем случае должны выполняться с выдержками времени.

Защита должна обладать такой чувствительностью в пределах установленной для неё зоны, чтобы обеспечивалось её действие в самом начале возникновения повреждения, чем сокращаются размеры повреждения оборудования в месте к.з.

Таким образом, чувствительность – это свойство защиты, обеспечивающее выявление повреждения электрооборудования в самом начале его возникновения.

Чувствительность защиты должна также обеспечивать её действие при повреждениях на смежных участках сети. Так, например, если при повреждении в токе К1 (рисунок 6) по какой-либо причине не отключается выключатель В1, то должна подействовать защита следующего к источнику питания выключателя В4 и отключить этот выключатель. Такое действие защиты называется дальним резервированием смежного или следующего участка.

Чувствительность защиты должна быть такой, чтобы она действовала при к.з. в конце установленной для неё зоны в минимальном режиме работы системы и при замыканиях через электрическую дугу.

Чувствительность защиты можно оценить коэффициентом чувствительности Кч. Для защит, реагирующих на ток к.з.

, где

Требование надёжности состоит в том, что защита должна правильно и безотказно действовать в пределах установленной для неё зоны и не должна работать неправильно в режимах, при которых её работа не предусматривалась.

Ненадёжная защита сама становится источником аварий.

При эксплуатации возможны следующие виды отказов в функционировании устройств релейной защиты:

Читайте также:  Стиральная машина samsung ремонт своими руками видео

отказы срабатывания при требуемом срабатывании;

излишние срабатывания при повреждениях в защищаемой зоне с требованием несрабатывания;

ложные срабатывания при отсутствии повреждений в защищаемой зоне.

Требование надёжности обеспечивается совершенством принципов защиты и конструкцией аппаратуры, простотой выполнения, а также уровнем эксплуатации.

Требования к релейной защите от ненормальных режимов:

Защиты от ненормальных режимов также должны обладать селективностью, достаточной чувствительностью и надёжностью. Но быстродействия у защит от ненормальных режимов, как правило, не требуется.

Ненормальные режимы часто носят кратковременный характер и самоликвидируются. Например, при кратковременных перегрузках при пуске асинхронного электродвигателя быстрое отключение не только не является необходимым, но и может причинить ущерб потребителям. Поэтому действие на отключение защит от ненормальных режимов должно производиться с выдержкой времени и только тогда, когда наступает опасность для защищаемого оборудования.

В случаях, когда устранение ненормального режима может произвести дежурный персонал электроустановки, защита от ненормальных режимов может выполняться с действием на предупредительный сигнал.

Нормальная работа электроустановок и потребителей электроэнергии нарушается при возникновении повреждений и ненормальных режимов, которые сопровождаются возраста­нием тока, снижением или повышением напряжения и частоты. В этом случае возможны по­вреждения оборудования и нарушения синхронизма в электроэнергетической системе (ЭЭС). В связи с этим возникает необходимость в создании и применении различных автоматиче­ских устройств, защищающих ЭЭС и ее элементы от опасных последствий повреждений и ненормальных режимов. Большинство повреждений в ЭЭС приводит к возникновению раз­личного вида коротких замыкания (к.з.) — наиболее опасных и тяжелых видов повреждений, которые сопровождаются значительным возрастанием тока, снижением напряжения и сопро­тивления. Ток короткого замыкания (Iкз), протекая по элементам ЭЭС, может вызвать раз­рушения, размеры которых тем больше, чем больше величина Iкз и время его протекания. Последнее следует из электродинамическою и термического действия Iкз.

Снижение напряжения при к.з. нарушает работу потребителей и может вызвать оста­новку асинхронных двигателей, что приводит к расстройству технологического процесса на предприятиях. Снижение напряжения может вызвать нарушение устойчивости в ЭЭС и при­вести к дальнейшему тяжелому развитию аварии.

Релейная защита (РЗ) представляет собой автоматическое устройство, предназначенное для защиты ЭЭС и ее элементов от опасных последствий повреждений и ненормальных ре­жимов. РЗ производит автоматическую ликвидацию аварии (при возникновении ненормаль­ных режимов) или ее локализацию (отключение поврежденного элемента).

Устройства РЗ и автоматики состоят из отдельных функциональных элементов, связан­ных между собой общей схемой (рис. I) и предназначенных для решения стоящих перед ни­ми задач.

Входной (воздействующей) величиной для РЗ является электрический параметр, опре­деляемый типом РЗ. Так, например, для максимальных токовых защит, в качестве воздейст­вующей (входной) величины принимается ток (I), проходящий через защищаемый элемент ЭЭС. Если величина I превысит установленное значение (Iуст), то происходит срабатыва­ние пускового органа РЗ и сигнал (Z1) поступает на логическую часть защиты (реле вре­мени КТ). При срабатывании логической части вырабатывается сигнал Z2, поступающий на исполнительную часть защиты, выполняющую функцию усилительного органа, — промежу­точное реле KL (см. рис. 1).

Для сложных защит в качестве входных параметров могут использоваться несколько воздействующих величин. Так, например, для максимальных токовых защит с блокировкой по минимальному напряжению пусковой орган РЗ выполняется по схеме, приведенной на рис. 2.

Рис. 1. Структурная схема релейной защиты

Рис. 2. Пусковой орган для МТЗ с пуском по минимальному напряжению

игналZ1 на выходе пускового органа ПО появится, если одновременно будут сигна­лы на выходе пускового органа по току (X1) и пускового органа по напряжению (X2).

В ЭЭС действие РЗ тесно связано с устройствами автоматики, предназначенными для быстрого автоматического восстановления нормального режима и питания потребителей. Например, устройство АПВ силового трансформатора запускается при срабатывании его максимальной токовой защиты и блокируется при срабатывании основных защит трансфор­матора (дифференциальной и газовой).

РЗ должна удовлетворять следующим требованиям:

1. Селективность (избирательность) — основное требование к РЗ. Заключается в спо­собности РЗ отключать при к.з. только поврежденный элемент, хотя ток к.з. протекает и по другим неповрежденным элементам ЭЭС. Для различных типов защит селективность обес­печивается различными способами. При селективной работе РЗ не происходит излишних от­ключений оборудования и потребителей, тем самым минимизируется ущерб от аварийной ситуации.

2. Быстродействие — способность работать с минимально допустимой выдержкой вре­мени. Без выдержки времени могут работать только защиты, обладающие абсолютной селек­тивностью (дифференциальные, высокочастотные, первые ступени токовых защит — токовые отсечки). Для сетей с уровнем номинального напряжения 110-220 кВ предельное время от­ключения коротких замыканий составляет 0,3-0,5 с, а для сетей 330-500 кВ — 0,15 с. Такие жесткие ограничения по скорости отключения коротких замыканий в сетях высокого напря­жения определяются в первую очередь условиями обеспечения динамической устойчивости в энергосистеме. На низких напряжениях (6-35 кВ) время отключения к.з. может достигать нескольких секунд. Быстродействие РЗ находится в противоречии с их селективностью.

Читайте также:  Что такое поплавок в унитазе

3. Чувствительность — способность РЗ реагировать на те отклонения от нормального режима, которые возникают в результате повреждения. Для схемы ЭЭС (рис. 3) установлены токовые защиты Р31 и Р32, которые отличают нормальный режим от режима к.з. по возраст

Рис.З. Схема ЭЭС и размещение токовых защит линий АВ и ВС (а) и схема замещения в аварийном режиме при К(3) в точке К2. (б)

анию тока. Р31 служит для защиты линии АВ, а Р32 — ВС. Однако в случае возникновения к.з. на шинах С (в точке К2.) и отказе Р32 или выключателяQ2 ликвидация повреждения должна осуществляться Р31, которая при своем срабатывании дает сигнал на отключение Q1 , т.е. защита Р31 должна «чувствовать» короткое замыкание в конце смежной линии ВС (в точке К2), чтобы она смогла выполнить функции резервирования Р32.

Так для токовой защиты ток срабатывания защиты Iсз — наименьший первичный ток, при котором приходят в действие ПО защиты. Ток срабатывания защиты должен быть меньше тока короткого замыкания для Р31 (точка К1). Для защит от междуфазных к.з. чувствительность проверяется по наименьшему току для двухфазного к.з., когда

; ;

Коэффициент чувствительности защиты характеризует отношение величины контроли­руемого параметра в режиме к.з. к величине порога срабатывания защиты. Коэффициент чувствительности по току определяет, во сколько раз минимальный ток к.з. больше тока срабатывания защиты:

Выбор величины Iсз зависит от типа применяемой защиты.

ПУЭ определяют, что должен быть больше 1,5, если защита является основной (для к.з. в точке К1 защита Р31 — основная), и больше 1,2, если защита является резервной (для к.з. в точке К2 защита Р31 — резервная). Столь высокие требования к коэффициенту чувствительности объясняются тем, что ток к.з. в реальных условиях эксплуатации энергосистемы может быть существенно меньше расчетного.

4. Надежность — способность защиты безотказно действовать в пределах установлен­ной для нее зоны и не работать ложно в режимах, при которых действие РЗ не предусматривается. Иначе говоря, при функционировании РЗ не должно быть случаев отказов и ложной работы. Для повышения надежности работы РЗ используются устройства диагностики — тестового контроля и функционального диагностирования. Кроме того, повышению надежности способствует и перевод РЗ на новую современную элементную базу — интегральные микро­схемы и микропроцессорную технику. Последнее улучшает и характеристики РЗ с точки зрения ее быстродействия и чувствительности, уменьшает нос и габариты устройств РЗ, сокращает потребление электpoэнергии, облегчает ремонт и эксплуатацию устройств РЗиА.

Рис. 4. Способы изображения реле на схемах:

а — совмещенный; б — раздельный.

уществует два способа изображения реле на схемах: совмещенный и раздельный. При совмещенном способе катушки и контакты реле изображаются на одном рисунке (рис. 4, а). Условно считают, что катушки реле располо­жены в нижней части, там же указывается количество катушек. В верхней части рисунка изображаются контакты реле, их может быть несколько. В средней части располо­жено условное обозначение реле по ГОСТ (КА — реле тока;KU — реле напряжения).

При раздельном способе катушки реле и его контакты распложены в той части схемы, которая соответствует порядку работы устройства релейной защиты. Способ изображения катушек реле приведен на рис. 4, б.

Схемы релейной защиты, содержащие большое число отдельных реле, чаще всего изображаются раздельным способом.

Для чего она нужна?

Первым делом расскажем о том, зачем нужно использовать РЗА. Дело в том, что существует такая опасность, как возникновение тока КЗ в цепи. В результате КЗ очень быстро разрушаются токопроводящие части, изоляторы и само оборудование, что влечет за собой не только возникновение аварии, но и несчастного случая на производстве.

Помимо короткого замыкания может возникнуть перенапряжение, утечка тока, выделение газа при разложении масла внутри трансформатора и т.д. Для того чтобы своевременно обнаружить опасность и предотвратить ее, используются специальные реле, которые сигнализируют (если сбой в работе оборудования не представляет угрозы) либо мгновенно отключают питание на неисправном участке. В этом и заключается основное назначение релейной защиты и автоматики.

Основные требования к защитным устройствам

Итак, по отношению к РЗА предъявляются следующие требования:

  1. Селективность. При возникновении аварийной ситуации должен быть отключен только тот участок, на котором обнаружен ненормальный режим работы. Все остальное электрооборудование должно работать.
  2. Чувствительность. Релейная защита должна реагировать даже на самые минимальные значения аварийных параметров (заданы уставкой срабатывания).
  3. Быстродействие. Не менее важное требование к РЗА, т.к. чем быстрее реле сработает, тем меньше шанс повреждения электрооборудования, а также возникновения опасности.
  4. Надежность. Само собой аппараты должны выполнять свои защитные функции в заданных условиях эксплуатации.
Читайте также:  Удаление затирки из швов плитки цена

Простыми словами назначение релейной защиты и требования, предъявляемые к ней, заключаются в том, что устройства должны контролировать работу электрооборудования, своевременно реагировать на изменения рабочего режима, мгновенно отключать поврежденный участок сети и сигнализировать персонал об аварии.

Классификация реле

При рассмотрении данной темы нельзя не остановиться на видах релейной защиты. Классификация реле представлена следующим образом:

  • Способ подключения: первичные (включаются в цепь оборудования напрямую) и вторичные (подключение осуществляется через трансформаторы).
  • Вариант исполнения: электромеханические (система подвижных контактов расцепляет схему) и электронные (отключение происходит с помощью электроники).
  • Назначение: измерительные (осуществляют замер напряжения, силы тока, температуры и других параметров) и логические (передают команды другим устройствам, осуществляют выдержку времени и т.д.).
  • Способ воздействия: релейная защита прямого воздействия (связана механически с отключающим аппаратом) и косвенного воздействия (осуществляют управление цепью электромагнита, который отключает питание).

Что касается самих видов РЗА, их множество. Сразу же рассмотрим, какие бывают разновидности реле и для чего они используются.

  1. Максимальная токовая защита (МТЗ), срабатывает если ток достигает заданной производителем уставки.
  2. Направленная максимальная токовая защита, помимо уставки осуществляется контроль направления мощности.
  3. Газовая защита (ГЗ), используется для того, чтобы отключать питание трансформатора в результате выделения газа.
  4. Дифференциальная, область применения – защита сборных шин, трансформаторов, а также генераторов за счет сравнения значений токов на входе и выходе. Если разница больше заданной уставки, релейная защита срабатывает.
  5. Дистанционная (ДЗ), отключает питание, если обнаружит уменьшение сопротивления в цепи, что происходит в том случае, если возникает ток КЗ.
  6. Дистанционная защита с высокочастотной блокировкой, используется для отключения ВЛ при обнаружении короткого замыкания.
  7. Дистанционная с блокировкой по оптическому каналу, более надежный вариант исполнения предыдущего вида защиты, т.к. влияние электрических помех на оптический канал не такое значительное .
  8. Логическая защита шин (ЛЗШ), также используется для выявления КЗ, только в этом случае на шинах и фидерах (питающих линиях, отходящих от шин подстанции).
  9. Дуговая. Назначение – защита комплектных распределительных устройств (КРУ) и комплектных трансформаторных подстанций (КТП) от возгорания. Принцип работы основан на срабатывании оптических датчиков в результате повышения освещенности, а также датчиков давления при повышении давления.
  10. Дифференциально-фазная (ДФЗ). Применяются для контроля фаз на двух концах питающей линии. Если ток превышает уставку, реле срабатывает.

Отдельно хотелось бы также рассмотреть виды электроавтоматики, назначение которой в отличие от релейной защиты наоборот включать питание обратно. Итак, в современных РЗА используют автоматику следующего вида:

  1. Автоматический ввод резерва (АВР). Такую автоматику часто используют при подключении генератора к сети, как резервного источника электроснабжения.
  2. Автоматическое повторное включение (АПВ). Область применения – ЛЭП напряжением 1 кВ и выше, а также сборные шины подстанций, электродвигатели и трансформаторы.
  3. Автоматическая частотная разгрузка, которая отключает сторонние приборы при понижении частоты в сети.

Помимо этого существуют следующие виды автоматики:

Вот мы и рассмотрели назначение и области применения релейной защиты. Последнее, о чем хотелось бы рассказать – из чего состоит РЗА.

Конструкция РЗА

Устройство релейной защиты представляет собой схему из следующих частей:

  1. Пусковые органы – реле напряжения, тока, мощности. Предназначены для контроля режима работы электрооборудования, а также обнаружения нарушений в цепи.
  2. Измерительные органы – могут также находиться в пусковых органах (реле тока, напряжения). Основное назначение – запуск других устройств, подача сигнала в результате обнаружения ненормального режима работы, а также мгновенное отключение приборов или с задержкой по времени.
  3. Логическая часть. Представлена таймерами, а также промежуточными и указательными реле.
  4. Исполнительная часть. Отвечает непосредственно за отключение или же включение коммутационных аппаратов.
  5. Передающая часть. Может быть использована в дифференциально-фазной защите.

Напоследок рекомендуем вам просмотреть полезное видео по теме:

Это и все, что мы хотели рассказать вам о назначении релейной защиты и требованиях, предъявляемых к ней. Надеемся, теперь вы знаете, что такое РЗА, какая у нее область применения и из чего она состоит.

Будет полезно прочитать:

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector