Основные понятия о релейной защите

Основные понятия о релейной защите

Основным видом электрической автоматики, направленной на сохранение работоспособности современных энергетических систем и её элементов, является релейная защита. Защищает она электрическое оборудование от опасных последствий ненормальной работы. За счёт релейной защиты происходит полная ликвидация аварийных режимов путём отключения от сети, тем самым также происходит изоляция повреждённого элемента от сети электроснабжения. Она тесно работает с другими видами защит такими как:

1. АПВ — автоматическое повторное включение;
2. АВР — автоматическое включение резерва;
3. АЧР — автоматическая частотная разгрузка.

Данные защиты предусмотрены и чётко регламентированы в правилах устройства электроустановок (ПУЭ). Представляет собой она электрическую схему, которая состоит из одного или группы реле срабатывающих только при определённых аварийных условиях. При этом все ее сработанные виды должны быть визуально зафиксированы за счёт сигнальных реле, которые называются блинкерами. В состав релейной защиты могут быть включены как одиночные реле, так и целые группы, состоящие из нескольких десятков реле. Это количество зависит от сложности включаемого потребителя и важности схемы электроснабжения. За счёт неё происходит определение аварийного или повреждённого участка цепи, а также характер неисправности.

Зачем защищать оборудование

Самым частым повреждением становится короткое замыкание фаз между собой либо на землю. Реже замыкаются витки катушки трансформатора или двигателя, чем вызывается резкий перегрев участка, вдобавок уплывают от номинала параметры. Это описывается термином нарушение изоляции. Причинами становятся:

• Старение, к примеру деполимеризация кембрика.
• Превышение параметров сети над предельно допустимыми.
• Механические факторы, включая признаки деформации.
• Эксплуатационные ошибки персонала.
• Конструктивное несовершенство оборудования либо некачественная сборка.

Перечисленные факторы становятся причиной ненормального состояния либо повреждений. Короткие замыкания часто рассматриваются в литературе, считаются опаснейшими поломками. Эта неисправность часто сопровождается понижением напряжения, что представляет отдельную опасность в трёхфазных цепях, потенциально становясь предпосылкой выхода оборудования из строя. Особенно это касается компрессоров. Наиболее сильно напряжение снижается в точке короткого замыкания, по мере удаления от локализации аварии параметр восстанавливает значение.

Мощные подстанции настолько суровы, что способны не заметить короткого замыкания. Одновременно поставщик энергии несёт серьёзных потери, а посторонние люди и обслуживающий персонал подвергаются опасности. Известна статистика гибели ремонтников ЛЭП и рядовых граждан, случайно оказавшихся на месте происшествия. Погибает периодически рогатый скот. Главную опасность в последнем случае представляет шаговое напряжение. Небезобиден случай короткого замыкания и для подстанции: трансформаторы начинают функционировать в невыгодном режиме.

Крайне невыгодным случаем становится возникновение электрической дуги. Причём для человека и оборудования. Тогда короткое замыкание вызывает ожоги и порождает очаги возгорания. Что касается проседания напряжения, негативный эффект губительно влияет на работу асинхронных двигателей. Момент движения вала зависит от квадрата напряжения, что сильно повышает чувствительность оборудования. Дёрганые режимы, сопровождающиеся постоянным изменением вольтажа, невыгодны при эксплуатации.

Пониженное напряжение вызывает снижение скорости вращения вала асинхронных двигателей. Из-за этого величина скольжения способна превзойти критическую. Работа двигателя станет неустойчивой. Срыв оборотов и полный останов сопровождаются возрастанием потребления реактивной мощности. Дефицит её в сети лавинообразно снижает вольтаж, усугубляя уже невыгодную для оборудования ситуацию. Аварии такого рода надолго лишают потребителей снабжения энергией.

Снижение напряжения в одной ветке трёхфазной сети нарушают работу параллельно включённых генераторов – изменяется направление тока. Как результат, генераторы отключаются. При снижении напряжения до нуля падает момент противодействия вращению вала турбины. Результатом становится резкое повышение оборотов. Регулятор, обладающий большой инерцией, не справится с задачей поддержания заданной скорости. Учитывая размеры крыльчатки, ожидаются варианты неприятных последствий. По указанной причине генератор отключается без уведомления потребителей.

Наконец, падающая вода ГЭС либо поток пара на ТЭС поступают с прежней скоростью. Да, присутствуют регулирующие заслонки, но они характеризуются большой инерцией. Следовательно, полагается отключать оборудование, пока не произошло аварии. Одновременно регулировка скорости не приведёт гарантированно к восстановлению работоспособности системы: потребитель все равно недополучит напряжение. Логичным решением видится отключение уязвлённой цепи от источника питания. Так удастся сохранить вольтаж для части абонентов.

Параллельно работающий генератор, если находится далеко от места аварии, не чувствует падения напряжения. Однако короткое замыкание существенно перегружает сеть, и в одиночестве источник не справится. Это выразится в том, что от непомерного веса потребителей вал станет замедляться. Гарантированно нарушается синхронность работы параллельно включённых генераторов. Рассинхронизация скорости вращения валов станет причиной срыва частоты 50 Гц, к которой ГОСТ 13109 предъявляет особые требования.

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.

Принципы проектирования

Несмотря на то, что на фото все блоки релейной защиты выглядят одинаково, выпускается они в различных конфигурациях и разными производителями. При проектировании к любым компонентам применяются одинаковые требования к работоспособности.

Чтобы оборудование исправно работало и не давало ошибочных срабатываний при проектировании необходимо придерживаться следующих четырех требований. Это надежность, чувствительность к срабатыванию, быстродействие и селективность. Надежность характеризуют следующие свойства: безотказность, ремонтопригодность, длительный срок эксплуатации и сохранность.

Чувствительность характеризует процентное превышение измеряемого параметра, необходимое для срабатывания. Быстродействие определяется сложением времени срабатывания логического блока управления и времени необходимого для выключения системы.

В некоторых случаях требуется задержка срабатывания. Для этого в него вводятся специальные реле. В большинстве случаев требуется мгновенное срабатывание. В новых выпускаемых конструкциях добиваются сокращения этого времени и достижения максимального быстродействия.

Селективность или избирательность позволяет локализовать место аварии. Благодаря резервированию неисправный участок отключается, и электроэнергия подается в обход его по исправным каналам. Конструкция устройств должна при необходимости позволять оперативно исключать аварийные участки и перенаправлять электроэнергию по резервным каналам.

Конструкция РЗ

Релейная защита в своём строении имеет такие элементы как:

1. Для контроля процессов в электроприборах и выявления аварий в электроцепи применяют специальные пусковые элементы – это: реле, реагирующее на изменение мощностей; реле, реагирующее на изменение силы тока и реле, реагирующее на изменение в напряжении.
2. Запустить другие приборы, подать сигнал в следствие выявления неполадок и быстро сработать на выключение устройств – всё это позволяют сделать измерительные элементы. Они также способны располагаться в элементах пуска.
3. Область, в строении которой находятся таймеры, промежуточные и указательные реле, называется логической.
4. Область, отвечающая за включение и выключение оборудования, называется исполнительной.
5. В определенных типах РЗ присутствуют передающие элементы. Их можно встретить при дифференциально-фазной.

В этой статье мы постарались подробно рассмотреть для чего нужна РЗ, какие требования к ней предъявляют и где она применяется.

Особенности электронной РЗ

Эксплуатация механических и электромагнитных реле сопровождается массой негативных факторов от износа подвижных частей до необходимости включения вспомогательных защитных устройств. Поэтому традиционные модули все чаще заменяются электронными системами релейной защиты и автоматики, которые также называются статическими или полупроводниковыми. Они базируются на интегральных микросхемах, что само по себе дает целый ряд преимуществ:

• Расширение спектра функций.
• Виброустойчивость.
• Возможности тестового и диагностического контроля.
• Увеличение сложности решаемых задач.
• Снижение энергопотребления на измерительных цепях.
• Сокращение времени срабатывания (быстродействие).

Отдельно стоит подчеркнуть и реализацию цифровых средств управления в электронных реле. Преимущества таких интерфейсов заключаются в повышении эргономики и точности настроек по защитным функциям.

Принцип позволяет выявить типы повреждений и нетиповых ситуаций энергетической системы внутри защитной зоны.

Он обозначается, как сохраняемость, долговечность, пригодность к ремонту и безотказное функционирование.

• Короткие замыкания внутри защитной зоны.
• Прохождение КЗ за ограничения.
• Режим без повреждений.

Надежность делится на аппаратную и эксплуатационную.

Релейная защита электрооборудования

Релейная защита применяется в электроэнергетике с различными устройствами. Такие защитные релейные устройства, как реле тока РТ-40, выполняют следующие задачи:

• Распознают неисправности на разных участках электросети;
• Отключение неисправного участка при условии подачи электроэнергии к остальным участкам сети;
• Определение отклонений, которые могут свидетельствовать о потенциальной неполадке;
• Предотвращение короткого замыкания;
• Автоматическое выполнение систематических действий для приведения системы в нормальное состояние.

устройство релейной защиты

Иными словами, защитные релейные устройства используются для предотвращения серьезных неисправностей в электросети, а также чтобы остановить работу аварийных участков при возникновении неполадок. Использование реле тока РТ-80 в системе способствует минимизации потенциального ущерба из-за повреждения устройств в электросети.

Электроустановки не рекомендуется запускать без подключения защитных устройств к сети. На предприятиях, которые используют релейную защиту, должен быть установлен график, по которому будет выполняться проверка работоспособности реле. Контроль выполнения проверок по графику исполняют органы госнадзора.

Принцип действия релейной защиты

Защитное устройство состоит из следующих блоков:

• Исполнительные устройства;
• Блок логики;
• Измерительные устройства;
• Сигнализация.

Сначала измерительный (иногда называется пусковым) орган реле постоянно получает данные о работе участка сети – напряжение, ток, величина мощности, сопротивления, частоты. В зависимости от того, соответствуют ли реальные показатели нормативным, блоку логики передается один из сигналов – «да» или «нет».

А в зависимости от полученного ответа блок логики формирует команду для исполнительного устройства – это может быть продолжение или остановка работы. С помощью блока сигнализации оператор может получить информацию о том, работает ли защитное устройство или нет. Есть четыре требования, которым соответствует релейная защита.

Селективность

Защитные устройства выявляют неисправность на отдельном участке сети и отключают его. При этом электропитание к другим участкам не прекращается. Есть и другие защитные устройства, которые подразумевают отключение исправного оборудования от сети. Они получили название неселективных.

Также устройства релейной защиты могут быть абсолютно и относительно селективными. Абсолютно селективные отключают только аварийный участок и тем самым защищают его. Так работают дифференциальные токовые защитные комплекты, которые срабатывают только для тех участков, которые заключены между отдельными точками.

Относительны селективными являются те защитные устройства, которые отмечают неполадки на тех участках сети, которые отмечают несоответствие нормативным данным на участках, расположенных близко к аварийной зоне. Часто применяется искусственная выдержка времени, чтобы не допустить остановку работы других участков, которые работают нормально.

Быстродействие

Отключение аварийного участка должно быть выполнено быстро, потому что от скорости срабатывания защитного устройства зависит сохранность другого оборудования и стабильность электропитания. Скорость срабатывания системы определяется как время исполнения команды, которую подало измерительное устройство исполнительному. Команда считается выполненной после активации аварийного режима.

Иногда скорость срабатывания определяют как временной отрезок между возникновением неполадки и прекращением подачи электропитания в указанную зону. Этот способ измерения скорости срабатывания не является верным, поскольку выключатель – это не деталь релейной защиты, и по работе этой детали нельзя оценивать эффективность работы реле и стабильность подачи электроэнергии.

Учитывать скорость срабатывания выключателя важно, однако она не относится к параметрам работы релейной защиты. Выключатель срабатывает гораздо медленнее, чем реле автоматических систем (если не активируется искусственная задержка).

релейная защита и ее виды

Чувствительность

Этот параметр отражает способность автоматической системы своевременно реагировать на возникающие на участке неисправности. Чувствительность релейной защитной системы исчисляется точно и является ее параметром. Он рассчитывается при экспериментальном достижении минимальных значений для измерительного устройства в специальном режиме.

Надежность

Это качество присуще всем устройствам релейной защиты, потому что оно описывает долговечность и безотказность электросети. Надежность релейной защиты неотъемлемо связана со спецификой работы этих устройств, которые обеспечивают безопасность системы.

Назначение автоматических защитных реле

Часть данной электрической автоматики предназначена для обнаружения нестандартного режима работы оборудования (замыкание от земли одной фазой, трансформаторная перегрузка, газовые выделения разлагающихся трансформаторных масел, снижении их уровня).

Виды электроавтоматики:

• АПВ – автомат повторного включения;
• АВР – автоматическое включение резервных сетей;
• АРВ – авторегулировка возбуждения генератора;
• авторегулировка статического конденсатора;
• трансформаторное автоохлаждение;
• ОМП – обнаружение поврежденных мест в электролиниях.

Помимо технологической автоматики, существует режимное противоаварийное оборудование:

• АЧР – автомат частотной разгрузки;
• АРЧМ – автомат регулировки активной мощности и частоты;
• ДАРН – прибор дополнительной разгрузки напряжения;
• ДАРТ – устройство для дополнительной токовой разгрузки.

Основные качества релейной защиты

Селективность – способность определять непосредственно поврежденные элементы, срабатывая при повреждениях и не срабатывая в нагрузочных режимах. Селективностью называется способ защиты, способный посредством автоматических выключателей отключать поврежденные элементы, не затрагивая при этом всей системы.

Чувствительность – способность защитного реле моментально реагировать на проявления аварийных ситуаций. При повреждении высоковольтных линий, работающих с минимальной нагрузкой, токи КЗ могут иметь более низкие показатели, чем токи нагрузки. С учетом этого, использование токовых защит становится невозможной, что вынуждает переходить к более дорогостоящим видам.

Быстродействие – определяют следующие параметры:

• благодаря ускоренному отключению поврежденных участков предотвращаются тяжелые системные аварии;
• ускоренное отключение позволяет работать электродвигателям, позволяя использовать потребителям низкое напряжение;
• благодаря быстрому отключению снижаются разрушения поврежденных элементов.

Надежность – позволяющая автоматическим защитным реле эффективно справляться с возложенной задачей на протяжении отведенного для этого периода.

Пишите комментарии,дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.