Основные требования, предъявляемые к релейной защите

Основные требования, предъявляемые к релейной защите

 

В общем случае к релейной защите, действующей при повреждениях на отключение, предъявляются следующие четыре основных технических требования:

1. Селективность;
2. Быстрота отключения;
3. Чувствительность;
4. Надежность.

Селективность

Селективностью, или избирательностью, называется действие защиты, обеспечивающее отключение только поврежденного элемента системы посредством его выключателей.
Существует два вида селективности:

1) Абсолютная селективность. Если по принципу своего действия защита срабатывает только при Коротком Замыкании (КЗ) на за­щищаемом элементе, то ее относят к защи­там, обладающим абсолютной селектив­ностью. Имеется ЛЭП, состоящая из трех участков. Произошло КЗ в точке К2. КЗ должна отключить РЗ выключателя Q5.  Если эта защита действует только на участке БВ, и не срабатывает при КЗ на участке ВГ, то она имеет абсолютную селективность.

2) Относительная селективность. Защиты, которые могут срабаты­вать как резервные при повреждении на смежном элементе, если это повреждение не отключается, называются относительно селективными. Произошло КЗ в точке К3. КЗ должна отключить РЗ выключателя Q8.  Если эта защита не действует, то КЗ должно отключиться защитой выключателя Q6, которая в данном случае будет работать как резервная и иметь относительную селективность.
Иногда в целях упрощения допускают неселективное действие защиты.

Таким образом, требование селективности является основным условием для обеспечения надежного питания потребителей.
Селективное действие защит при наличии резервного питания потребителей дает возможность исключить перерывы в их электроснабжении.
При отсутствии резервирования даже при селективном действии защит возможна потеря питания.
Т.к. повреждение на ВЛ носят в основном проходящий характер наиболее эффективности в этом случае будет применение АПВ. АПВ обеспечивает 70-90% успешных повторных включений.
Требование селективности не должно исключать возможность действия защит как резервных в случаях отказа защит или выключателей смежных элементов. Пример: отказ защит 8 при К.З.в К3.

Быстродействие

В большинстве случаев к релейной защите, действующей при повреждениях на отключение, предъявляется требование быстродействия.
Это определяется следующими основными соображениями:
1. Ускорение отключения повреждений повышает устойчивость параллельной работы генераторов в системе и дает возможность увеличить пропускную способность ВЛ электропередачи.
При применении быстродействующих реле и выключателей нарушение динамической устойчивости параллельно работающих синхронных машин в следствии короткого замывания может быть исключено. Тем самым устраняется одна из основных причин возникновения наиболее тяжелых, с точки зрения бесперебойной работы потребителей, системных аварий.
2. Ускорение отключения повреждений уменьшает время работы потребителей при пониженном напряжении.
При быстродействующих защитах и выключателях практически все двигатели, установленные как у потребителей, так и на собственных нуждах станций, за исключением тех, которые питаются от отключившегося выключателя, после отключения короткого замыкания могут оставаться в работе. Более того, уменьшение вращающих моментов, например у синхронных двигателей оказывается столь кратковременным, что потребители не ощущают этого.
3. Ускорение отключения повреждений уменьшает размер разрушения поврежденного элемента. Уменьшается время, затрачиваемое на проведение восстановительного ремонта и уменьшается затраты на него.
4. Ускорение отключения повреждений повышает эффективность АПВ поврежденных ЛЭП.
Допустимое время отключения К.З. по условию сохранения устойчивости зависит от ряда факторов. Важнейшим из них является величина остаточного напряжения на шинах электростанций и узловых подстанций энергосистемы. Чем меньше остаточное напряжение, тем хуже условия устойчивости и, следовательно, тем быстрее нужно отключить К.З. Наиболее тяжелыми по условию устойчивости являются трехфазные К.З. и двухфазные К.З. на землю в сети с глухозаземленной нетралью, так как при этих повреждениях происходит наибольшее снижение всех междуфазных напряжений.
В современных энергосистемах для сохранения устойчивости требуется весьма малое время отключения К.З. Так например на электропередачах 330-500кВ необходимо отключить повреждения за 0,1-0,2 сек. после его повреждения, а в сетях 110-220кВ — за 0,15-0,3 сек. В распределительных сетях 6-10кВ короткие замыкания отделенные от источника большими сопротивлениями можно отключить со временем 1,5-3 сек., так как они не влияют на устойчивость системы. Точная оценка допустимого времени отключения производится с помощью специальных расчетов устойчивости проводимых для этой цели.
В качестве приближенного критерия (меры) необходимости применения быстродействующих защит Правила устройства электроустановок (ПУЭ)

рекомендуют определить остаточное напряжение на шинах электростанций и узловых подстанций при трехфазном К.З. в интересующей нас точке К.З. Если остаточное напряжение получается меньше 60% номинального, то для сохранения устойчивости следует применять быстрое отключение повреждений, т.е. применять быстродействующую защиту (ПУЭ, п.3.2.108).
Полное время отключения повреждения складывается из времени работы защиты и времени действия выключателя, разрывающего ток К.З. Следовательно, для ускорения отключения нужно ускорить действие, как защиты, так и выключателей. Минимальное времена срабатывания защит равны 0,02-0,04 сек., а выключателей 0,05-0,06 сек. Поэтому минимально допустимые времена отключения К.З. составляет 0,07-0,1 сек. Однако необходимо отметить, что получение малых времен по технико-экономическим соображениям в ряде случаев оказывается нецелесообразным, так как требует применения сложных панелей защит и поэтому менее надежных. Поэтому обычно выставляются те выдержки времени, с которыми по совокупности условий еще допустимо отключать наиболее тяжелые, но реальные повреждения.
В качестве примера цифр могут быть названы следующие минимальные времена отключения К.З.:
1. на электропередачах 400-500кВ – 0,1-0,12 сек.;
2. на линиях 110-330кВ отходящих от современных мощных тепловых станций, с мощными турбогенераторами, имеющими форсированное охлаждение обмоток – 0,15-0,2 сек.;
3. в сетях 110-330кВ с турбогенераторами старой конструкции – 0,2-0,3 сек.
Однако в некоторых случаях простая и экономичная защита не может одновременно удовлетворять требованиям селективности и быстродействия. Тогда необходимо выяснить и сопоставить, не нарушается ли при селективных, но медленных отключеньях повреждений работа потребителей неповрежденной части системы в большей мере, чем при неселективных, но быстрых отключеньях повреждений.
Требование к времени быстродействия защит от ненормальных режимов зависит от их последствий. Часто ненормальные режима носят кратковременный характер и ликвидируются сами, так, например, кратковременна перегрузка при пуске асинхронного двигателя, отключение одного трансформатора на двухтрансформаторной подстанции и работа АВР на СВ-10кВ. В наших случаях быстрое отключение не является необходимым, но может причинить ущерб потребителям. Поэтому отключение оборудования при ненормальном режиме должно производиться только тогда, когда наступает действительно опасность для защищаемого оборудования в большинстве случаев в выдержкой времени.

Чувствительность

Релейная защита должна быть достаточно чувствительной к повреждениям и ненормальным режимам работы, которые могут возникнуть на защищаемых элементах электрической системы. Удовлетворение требований необходимой чувствительности в современных электрических сетях часто встречает ряд серьезных затруднений.

Так, например, при передаче больших мощностей в районы потребления отстоящие иногда на сотни километров, используются сети высокого напряжения с большой пропускной способностью отдельных ЛЭП. При этом ток К.З. в поврежденных линиях при учете возможных минимальных режимах работы станций и повреждений через большие переходные сопротивления (электрическая дуга) могут быть соизмеримы, или даже меньше максимальных токов К.З.
Это приводит к отказу от применения простых токовых защит и заставляет переходить на более сложные и дорогие типы защитных устройств. Поэтому с учетом опыта эксплуатации и уровня техники к защитам предъявляется минимальные требования в отношении чувствительности.

Чувствительность защиты должна быть такой, чтобы она действовала при К.З. в конце установленной для нее зоны в минимальном режиме системы и при замыканиях через электрическую дугу. Чувствительность защит принято характеризовать коэффициентом чувствительности Кч. Для защит, реагирующих на ток К.З. коэффициент чувствительности равен:

Надежность

Требование надежности состоит в том, что защита должна правильно и безотказно действовать на отключение выключателей оборудования при всех его повреждениях и нарушениях нормального режима работы, на действие при которых она предназначена и не действовать в режимах, при которых ее работа не предусматривается.

Например, при К.З. в точке К3 и отказе защиты В3 срабатывает защита В2, в результате чего вместо погашения одной подстанции Г мы обесточим три подстанции Г,Д,В, а при неправильной работе в нормальном режиме защиты В1 потеряют питание потребители четырех подстанций Б, В, Г, Д.
Таким образом, необходимо констатировать, что должна срабатывать только защита поврежденной линии. Защиты неповрежденных линий и других элементов системы (генераторов, трансформаторов) могут при этом происходить в действие, но не срабатывать. Срабатывание защит неповрежденных элементов должна иметь место только в случае, если они предназначены действовать как резервная при отказе защиты или выключателя поврежденной линии.
Основным предпосылками, обеспечивающими как надежность срабатывания, так и надежность несрабатывание является высокое качество используемых реле, характеризуемое их принципом действия, конструкцией и технологией исполнения, высокое качеств вспомогательных устройств и правильное ведение эксплуатации. Однако имеются факторы, противоположно воздействующие на две рассмотренные стороны надежности. Чем больше минимальное число реле и других элементов, которое должно участвовать в срабатывании защиты тем меньше надежность ее срабатывания.
При наличии в защите нескольких параллельно работающих независимых устройств, а иногда и отдельных реле или элементов надежность срабатывания повышается. С другой стороны понижается надежность несрабатывания.
Необходимо иметь в виду что устройства РЗА при повреждениях в электрической системе в целом должны по воздействиям соответствующих, обычно электрических величин, значительно чаще не срабатывать, чем срабатывать.
Учитывая выше изложенное, в настоящее время максимальное упрощение схем защит следует считать одном из основных требований техники релейной защиты. Требование надежности является весьма важным. Отказ в работе или неправильное действие какой-либо защиты всегда приводит к дополнительным отключениям и т.п.

Требования, предъявляемые к релейной защите.

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.:

1. Быстродействие.

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 t_откл складывается из времени работы защиты t_з и времени действия выключателя t_в, разрывающего ток к.з. t_откл = t_з + t_в.

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

2. 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.

3. Чувствительность.

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 К_ч. Для защит, реагирующих на ток к.з.

, где

I_к.min – минимальный ток к.з., I_с.з – ток срабатывания защиты.

4. Надёжность.

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:

• 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.

Требования к релейной защите | Микропроцессорные Технологии

В очередной статье из рубрики «РЗА для начинающих» мы познакомим Вас с основными требованиями, которые предъявляют к релейной защите.

Чаще всего выделяют следующие четыре основных требования:

• селективность;
• чувствительность;
• быстродействие;
• надежность.

Селективность

Селективность или иначе избирательность характеризует способность релейной защиты отключать только поврежденный элемент с помощью ближайших к месту повреждения выключателей.

Селективность бывает двух видов: абсолютная и относительная.

Защита с абсолютной селективностью реагирует на короткие замыкания только в зоне ее действия, и не будет срабатывать при внешних коротких замыканиях. Эта особенность позволяет выполнять защиту без выдержки времени.К защитам с абсолютной селективностью относятся дифференциальные защиты линий, трансформаторов, шин и других элементов. 

Защита с относительной селективность реагирует как на короткие замыкания в зоне защищаемого элемента, так и в зоне смежных элементов сети (зона резервирования). В связи с этим, для согласованного действия защит смежных элементов в защитах таких типов используют выдержки времени.Таким образом, защита с относительной селективностью работает медленнее защиты с абсолютной селективность, однако способна резервировать защиты смежных элементов сети и действовать в случае их отказа. К защитам с относительной селективностью относятся максимальная токовая защита, дистанционная, и другие ступенчатые защиты.

 

Чувствительность

Чувствительность релейной защиты заключается в её способности надежно действовать в различных режимах работы энергосистемы, при повреждении в любом месте защищаемого участка. Например, в минимальном режиме работы, при коротком замыкании в конце зоны резервирования.

Чувствительность защиты характеризуется коэффициентом чувствительности, который для разных видов защит имеет различные значения, указанные в действующей редакции Правил устройства электроустановок (ПУЭ).

 

Быстродействие

Быстродействие защиты обеспечивает минимизацию повреждений электрооборудования и снижение риска для жизни людей и животных.Время действия устройств РЗА должно быть минимальным насколько это возможно.Продолжительное протекание токов короткого замыкания в сети приводит к следующим последствиям:

• нарушение устойчивости работы энергосистемы;
• разрушение поврежденного элемента;
• нарушение технологического процесса;
• несчастные случаи.

Время ликвидации короткого замыкания (tк.з) или иными словами быстродействие защиты складывается из времени срабатывания защиты (tс.з) и времени отключения выключателя (t_Q):

tк.з = tс.з + t_Q

Принято считать, что устройство защиты является быстродействующим, если время его срабатывания не превыша­ет 0,2 с. При этом, время отключения выключателя обычно не превышать 0,1 с.

 

Надежность 

Надежность определяет способность устройства релейной защиты функционировать с минимальным количеством отказов и ложных срабатываний, которые могут привести к усугублению аварий, в том числе развитию аварий системного характера.

Надежность устройства РЗА закладывается в процессе его разработки и производства и обеспечивается в дальнейшем при правильной наладке и эксплуатации.

1.2 Основные требования к релейной защите

 

1)     Быстродействие.

Быстрое отключение релейной защиты уменьшает размеры повреждений, сохраняет нормальную работу потребителей неповрежденной части установки, предотвращает нарушение параллельной работы генераторов.

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

2)     Селективность.

Селективностью называют способность релейной защиты отключать только поврежденные элементы.

Требование селективности не должно исключать возможность действия других защит как резервных в случае отказа защит или выключателей смежных элементов.

Защиты, могущие по принципу действия работать в качестве резервных при КЗ на смежных участках называют защитами с абсолютной селективностью.

Защиты с абсолютной селективностью работают только при КЗ на защищаемом элементе.

3)     Чувствительность.

Защита должна обладать чувствительностью к тем видам повреждений и нарушений нормального режима, на которые она рассчитана, чтобы было обеспечено ее действие в начале возникновения повреждения.

Чувствительность защиты должна так же, как правило, обеспечивать ее действие на смежных участках. Такое действие защиты называется дальним резервированием смежного или следующего участка.

Чувствительность защит в большинстве случаев оценивается коэффициентом чувствительности. Это отношение минимального значения тока при металлическом КЗ в защищаемой зоне к установленному на защите параметру срабатывания.

4)     Надежность.

Защита должна безотказно действовать лишь в режимах, для которых она предназначена (надежность срабатывания) и не действовать в тех случаях, когда должна сработать другая защита (надежность несрабатывания).

1.3 Виды повреждений и ненормальных режимов работы сетей

 

Повреждения в электрической системе чаще всего возникают на линиях сетей. Повреждения в обмотках электрических машин, и особенно таких аппаратов, как трансформаторы и автотрансформаторы, бывают реже, иногда имеют специфический характер, обусловленный их выполнением (межвитковые КЗ) и могут привести к тяжелым последствиям.

При многофазных КЗ в поврежденных линиях протекают большие токи, которые должны отключаться релейной защитой.

Однофазные КЗ представляют для системы в целом также тяжелый вид повреждения, хотя и не такой опасный с точки зрения устойчивости и сохранения нагрузки, чем многофазные КЗ. Поэтому установка достаточно быстродействующей защиты от этого вида повреждения является также необходимой. Защита может действовать на отключение трех фаз или только одной поврежденной с последующим ее автоматическим повторным включением.

Однофазные КЗ характеризуются появлением симметричных составляющих всех последовательностей. Особенно эффективным оказывается использование для защиты от коротких замыканий на землю слагающих нулевой последовательности (независимость от рабочих токов, напряжений и т. п.)

При однофазном замыкании на землю в сетях с малым током замыкания на землю искажаются только фазные напряжения. Треугольник междуфазных напряжений остается неизменным. Поэтому к фазам нагрузки продолжают подводиться нормальные напряжения и бесперебойная работа потребителей не нарушается. Токи в месте пробоя имеют небольшие значения и быстро произвести большие нарушения не могут.

Таким образом, однофазные замыкания при правильно поддерживаемом режиме заземления нейтрали непосредственной опасности для потребителей и сети в целом не представляют. Поэтому защиту от замыкания на землю в рассматриваемых сетях выполняют обычно действующей только на сигнал. В наиболее простом виде – это устройства контроля изоляции, устанавливаемые на шинах питающих установок (например, на шинах низшего напряжения 6-10 кВ понизительных подстанций).

Режим не является опасным видом повреждения и допускается работа в течении двух часов.

В сетях с изолированной нейтралью опасным видом повреждения является двойное замыкание на землю. Требует немедленного отключения. Целесообразно автоматически отключать только одно место пробоя. При этом предполагается, что пробой во втором месте может самоликвидироваться или будет устранен обслуживающим персоналом.

Отключение одного места повреждения повышает надежность электроснабжения потребителей. Обеспечение отключения по возможности одного места повреждения (примерно в 2/3 случаев) осуществляется посредством двухфазного (а не трехфазного) исполнения защит.

Двойные замыкания на землю возникают обычно в местах с ослабленной изоляцией, в основном вследствие перенапряжений, появляющихся в системе при однофазных замыканиях на землю.

При отказе в работе части фаз автоматических выключателей (характерно для воздушных выключателей с пофазным приводом) может возникнуть разрыв фазы.

Разрыв фазы линии в отличие от КЗ непосредственной опасности для системы может не представлять и не требовать немедленной ликвидации, однако появляющиеся при этом составляющие токов и напряжений обратной и нулевой последовательности могут обусловить ряд нежелательных последствий. Поэтому разрыв фазы в ряде случаев было бы желательно автоматически селективно ликвидировать (так часто и удается делать, если разрыв сочетается с КЗ на том же участке).

Некоторые типы защит обратной и нулевой последовательности воспринимают появление несимметрии от разрыва подобно КЗ на том же участке и вне его. Если их срабатывание недопустимо, должны приниматься соответствующие меры.

Ненормальные режимы

1)       Перегрузки или КЗ, возникающие где-либо на других элементах системы, обуславливающие сверхтоки (то есть токи превышающие номинальные для данной линии).

Приводят к нагреву машин и аппаратов, оказывают термическое воздействие и ускоренный износ проводов. От сверхтоков, вызванных внешними КЗ, обычно используется защита, действующая как резервная в случаях отказа защит или выключателей поврежденного элемента. При сверхтоках перегрузки немедленного отключения не требуется. Необходима сигнализация.

2) Колебания напряжения и токов при качаниях и нарушениях синхронизма. Повышения или понижения напряжения.

Наиболее часто интенсивные качания возникают вследствие недостаточно быстрого отключения КЗ в системе. В наиболее тяжелых случаях возможно возникновение кратковременного или затяжного нарушения синхронизма.

Опасный режимы, контролируются устройствами автоматики.

3) Понижение частоты.

Опасный режим, контролируется устройством автоматики – автоматической частотной разгрузкой.

 

(42) Назначение релейной защиты. Требования, предъявляемые к релейной защите. Классификация реле. Классификация защит.

Основ назначен РЗ – выявл. места возникновения к.з. и быстрое автоматич. откл. выключателей повреждённого участка сети. Второй назнач РЗ- выявление ненор-ых режимов работы обор-я и выполнение необходимых операций по восстан-ию норм-го реж или подача сигнала деж. персоналу для принятия мер по восст-ию норм-го режима. Требования:

1. Быстродействие. Быстрое откл повр обор или уч-ка эл.уст уменьш размеры поврежд, сохр норм раб потреб неповрежд части уст, предотвр. наруш парал раб генер.0,02-0,1с

2. Селективность или избирательность — 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: Относительную селективность имеют защиты, на которые по принципу действия можно возложить функции резервных защит при к.з. на смежных элементах сети. Такие защиты должны выполняться с выдержками времени. 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. Защиты выполняются без выдержек времени.

3. Чувствительность – св-во защиты, обеспеч. выявл. поврежд. электрооборуд. в самом начале его возникнов, что сокращает размеры поврежд оборуд. в месте к.з. Чувствительность защиты можно оценить коэффициентом чувствительности К_ч. Для защит реагирующих на ток к.з. Для осн-х з-т К_ч≥2(для РЗ реаг-х на ток и напр-е доп-ся К_ч≥1,5).Для рез. з-т К_ч≥1,2.

4. Надёжность. Защита должна правильно и безотказно действ. в пределах уст. для неё зоны и не должна работать неправ. в реж, при к-ых её работа не предусматр.

КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЛЕ. Реле — автоматически действующий аппарат, предназначенный производить скачкообразное изменение состояния управляемой цепи при заданных значениях величины, харак-ей определенное отклонение режима контролируемого объекта.

Электрические реле реагируют на – ток, напр., мощность, частоту, сопротивл., угол между током и напр. или двумя токами, или двумя напр.

Механическое реле реагируют на неэлектрические величины – давление, скорость истечения жидкости или газа, скорость вращения и т.д.

Тепловые реле реагируют на кол-во выделенного тепла или изм. температуры.

Все реле по назначению можно разделить на три группы.

1. Основные реле, непосредственно реагирующие на изменение контролируемых величин, напряжения, мощности, частоты, сопротивления

2. Вспомогательные реле, управл. другими реле и выполн. Ф-ии введения выдержек времени, размнож. контактов, передачи команд от одних реле к другим.

3. Сигнальные (указательные) реле, фиксирующие действие защиты и управляющие звуковыми и световыми сигналами (указательные реле).

Эл. реле бывают: токовые, напряжения, мощности, сопротивления, частоты и т.д., Бывает реле макс и реле миним. Макс. реле работают, когда значение возд-ей величины превосходят заданной, а мин. – когда значение воздействующей величины снижается ниже заданной.

По способу включения воспринимающего органа различаются реле первичные, у которых воспринимающий орган включается непосредств в цепь защит элемента, и реле вторичные, у которых воспринимающий орган вкл через измерит ТТ и ТН.

По способу воздействия ИО различаются реле прямого действия, у которых ИО отключает выкл путём прямого механического воздействия, и реле косвенного действия, ИО которых воздействует на привод выкл с помощью оперативного тока.

По принципу действия электрические реле разделяются на:

1)электромагнитные реле; 2)поляризованные реле — электромагнитное реле со вспомогательным поляризующим магнитным полем; 3)магнитоэлектрические реле 4)индукционные реле, 5)полупроводниковые реле.

Основные органы РЗ. РЗ состоит из измерительных (пусковых) органов и логической части. Измерительные (пусковые) органы непосредств. и непрерывно контролир. Сост. и режим работы защищ. оборуд. и реагируют на возникн. к.з. или наруш. норм. режима работы. Логическая часть — схема, которая запускается измерительными (пусковыми) органами и формирует команды на отключение выключателей мгновенно или с выдержкой времени, запускает другие устройства, подаёт сигналы и производит прочие предусмотренные алгоритмом защиты действия.

Классификация защит

1.Токовые защиты— приходящие в действие при увеличении тока, протекающего по защищаемому объекту. Бывают: а) мгновенные токовые отсечки (МТО)-для быстрого откл. К.з. в начале защищаемого объекта., для защиты вводов, ошиновок и части обмотки б)МТЗ-макс.токовая защита для защиты от сверх стоков внешних повреждений, токов к.з. при повреждении в трансформаторе.

2. Дистанционная защита

3. Дифференциальная защита— защиты с абсолютной селективностью, способные отключать кз без выдержки времени в пределах всего защищаемого объекта, для защиты от повреждения обмоток, вводов и ошиновок. Бывает: а)поперечная- применяется для выполнения защиты парал. ЛЭП б) продольная- является основной защитой всего станционного и подстанционного оборудования, принцип действия основан на сравнении токов по велич и по фазе в начале и в конце линии.

4. Высокочастотные защиты-для защиты ЛЭП. Различают: а) дифф.фазные (ДФЗ), направленные с ВЧ блокировкой.

5. Газовая защита— для защ.от повреждений внутри бака тр-ра, сопровождаущееся выделением газа.

6. защита от повышения напряжения

7. защита от замыканий на землю, корпус и др.

3. (43) Измерительные трансформаторы тока и напряжения (назначение, устройство). Требования, предъявляемые к трансформаторам тока и напряжения для релейной защиты. Типовые схемы включения трансформаторов тока и напряжения (область применения, анализ схем).

Включение измерительных приборов и реле в электроустановках высокого напряжения переменного тока производится через ТН и ТТ.

Измерительные трансформаторы предназначены для изолирования измерительных приборов и реле от первичных цепей высокого напряжения и для уменьшения напряж. (тысячи вольт) и тока (сотни и тысячи ампер) до величин удобных для измерения.

В России ТН обычно изготавливаются на номинальное вторичное напряжение 100 В, а трансформаторы тока – на номинальный вторичный ток 5 и 1 А.

ТН состоят из: стального сердечника (магнитопровода), собранного из тонких пластин трансформаторной стали, и 2^х обмоток – первичной и вторичной, изолированных друг от друга и от сердечника.

Первичная обмотка W₁, имеющая очень большое число витков включается в сеть высокого напряжения, а ко вторичной обмотке W₂, имеющей меньшее число витков, подключаются параллельно измерительные приборы и реле.

Под воздействием напр сети по первич-ой обм-е проходит ток, создающий в сердечнике поток Ф, котор, пересекая витки втор. обм-и, индуктирует в ней э.д.с. Е,кот-я при разомкнутой вторичной обмотке (хх трансформатора) равна напряжению на её зажимах U_2хх. Напряжение U_2хх, меньше первичного напр U₁ во столько раз, во сколько раз число витков вторичной обмотки W₂ меньше числа витков первичной обмотки W₁:

Отношения чисел витков обмоток называется коэффициентом трансформации и обозначается n_н:

Если ко вторичной обмотке подключена нагрузка в виде приборов и реле, то напряжение на её зажимах U2 будет меньше э.д.с. на величину падения напряжения в сопротивлении вторичной обмотки. Однако, это падение напряжения невелико и им можно пренебречь.

ТН имеет 2е погрешности: по напряжению – отклонение действ-го значения коэффициента трансформации от его номинального значения; погрешность по углу.

Требов: для цепей напряжения РЗ нормируемое падение напряжение в контр-м кабеле не должно превышать 3%, для щитовых электроизмерительных приборов не более 1,5%, а для счетчиков ээ – не более 0,5%. Втор.обм-ки ТН обяз-но заз-ся для безоп-ти персонала: при соед-и втор.обм-ки в звезду заз-ся нулевая точка,в др.случаях-один из фазных проводов. ТН работает в режиме близком к ХХ.

У ТТ первичная обмотка включается последовательно в цепь измеряемого тока и, следовательно, через неё проходит весь первичный ток нагрузки или к.з.

ТТ имеет стальной сердечник С и две обмотки: первичную W₁ и вторичную W₂. ТТ имеют два и более сердечника, при этом первич обм явл общей для всех сердечников. Первич обм имеет меньшее кол-во витков и включ-тся послед-но в цепь измеряемого тока. К вторичной обмотке, имеющей большее количество витков, подключаются последовательно соединенные реле и приборы.

Первичный ток I₁, проходящий по первичной обмотке ТТ создаёт в сердечнике магнитный лоток Ф₁, который, пересекая витки вторичной обмотки, индуктирует в ней вторичный ток I₂, котор. создаёт магн поток Ф₂, но направ-ый противоп магнитн потоку Ф₁. Результирующий магнитный поток в сердечнике ТТ равен:Ф₀=Ф₁-Ф₂Произведение тока на число витков F=IW называется намагничивающей силой и выражается в ампер-витках. Коэф трансформации:

Погр-ти ТТ:1)токовая 2)фазовая

Требования к ТТ:

Измерит. ТТ, используемые для РЗ, должны работать с досточной точностью при токах кз. Допускается погр-ть ТТ для РЗ по вел-не 10% или 7⁰ по фазе.

ТТ для РЗ должны выбираться для условий работы при больших кратностях первичного тока, что приводит к пониженному значению погрешностей.

При замыкании втор.обм-ки весь перв.ток переходит в ветвь намаг-я, и ТТ переходит в режим глубокого насыщения. Режим насыщения сопров-ся нагревом магнитопровода и опасным перенапр-ем, что недопустимо по условиям изоляции втор.цепи. По условиям электробезопасности втор.обм-ки ТТ заземляются.

Трансформаторы напряжения.

Первичная обмотка w1, имеющая большее число витков тонкого провода, включается в сеть ВН, а к вторичной обмотке w2, имеющей меньшее количество витков, подключаются параллельно реле и измерительные приборы.

а) Схема включения одного ТН на междуфазное напряжение. б)Сх. Соединения двух ТН в открытый треугольник, или в неполную звезду. Для получения двух или трёх междуфазных напряжений. в)Сх. соед. трёх ТН в звезду. Если для измерений нужны фазные напряжения или же фазные и междуфазные одновременно. г)Сх. соед. трёх ТН треугольник – звезда. Сх. обеспечивает напряжение на вторичной стороне равеноеСх. используется для питания эл.маг. корректоров напряжения устройств АРВ генераторов.

Рис.4.4. сх. соед. ТН, имеющих две вторичные обмотки. Первичные и вторичные обмотки соединены в звезду. Дополнительные вторичные обмотки соединены в схему разомкнутого треугольника( на сумму фазных напряжений). Такое соед. применяется для получения напряжения нулевой последовательности, необхолимого для включения реле напряжения и реле направления мощности защиты от однофазных КЗ в сети с заземлёнными нулевыми точками трансформаторов и для сигнализации при однофазных КЗ на землю в сети с изолированными нулевыми точками трансформаторов.

Трансформаторы тока. Первичная обмотка выполняется толстым проводом, имеет несколько витков и включается последовательно в цепь того элемента, в котором производится измерение тока. К вторичной обмотке, выполненной проводом меньшего сечения и имеющей большее число витков, подключается последовательно соединённые реле и приборы.

а)Сх. соед. в звезду, которая применяется для включения защиты от всех видов однофазных и междуфазных КЗ. б)Сх.соед. в неполную звезду используется для включекния защиты от междуфазных КЗ в сетях с изолированными нулевыми точками. в)Сх.соед. в треугольник. Эта сх. используется для получения разности фазных токо( напр. для диф. Защиты трансформаторов). г)Сх.соед. на разность токов двух фаз.Используется для включения защиты от междуфазных КЗ. д)Сх.соед. на сумму токов всех трёх фаз, используемая для включения защиты от однофазных кз и замыканий на землю. е )Сх. последовательного соединения двух трансформаторов тока, установленных на одной фазе. При таком соединении нагрузка, подключенная к ним, распределяется поровну, т.е. на каждом из них уменьшается в 2 раза. Данная схема применяется при использовании маломощных ТТ( например встроеных в вводы выключателей и трансформаторов) ж) Сх. параллельного соединения двух ТТ, установленых на одной фазе. Коф трансформации этой схемы в 2 раза меньше коэффициента трансформации одного ТТ. Такая сх. используется для получения нестандартных коэф-в трансформации, например для получения коэф-та трансф-ции 37,5/5 соединяют параллельно два ТТ с коэф-м трансформации 75/5.

2. Требования, предъявляемые к релейной защите

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.:

1. Быстродействие.

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 t_откл складывается из времени работы защиты t_з и времени действия выключателя t_в, разрывающего ток к.з. t_откл = t_з + t_в.

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

2. 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 1.6) 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 1.6 – 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.

3. Чувствительность.

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 К_ч. Для защит, реагирующих на ток к.з.

,

где I_к.min – минимальный ток к.з., I_с.з – ток срабатывания защиты.

4. Надёжность.

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:

• 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.

Требования, предъявляемые к релейной защите.

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.:

1. Быстродействие.

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 t_откл складывается из времени работы защиты t_з и времени действия выключателя t_в, разрывающего ток к.з. t_откл = t_з + t_в.

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

2. 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.

3. Чувствительность.

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 К_ч. Для защит, реагирующих на ток к.з.

, где

I_к.min – минимальный ток к.з., I_с.з – ток срабатывания защиты.

4. Надёжность.

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:

• 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.