Релейная защита электроустановок

Содержание

Учебные вопросы	Стр.
1. Релейная защита электроустановок.
2. Параметры релейной защиты. Элементы релейной защиты.
3. Защита трансформаторов подстанций.

Литература

А) Использованная при подготовке текста группового занятия

1. В.И. Королев «Расчет мощностей электропривода БКСМ методом тяговых усилий» [Текст]: учебно- методическое пособие М-во образования и науки РФ, СПбГТУРП. – СПб: СПбГТУРП 2010;

2. Синюкова Т. В. «Электроснабжение» Липецк: Липецкий государственный технический университет, ЭБС АСВ 2013;

3. Ушаков В. Я. «Современные проблемы электроэнергетики» Томск: Томский политехнический университет 2014;

 б) Рекомендуемая обучающимся для самостоятельной работы по теме группового занятия

1. Синюкова Т. В. «Электроснабжение» Липецк: Липецкий государственный технический университет, ЭБС АСВ 2013;

Наглядные пособия

1. Электронная презентация по теме лекции

Технические средства обучения

1. Компьютер

2. Мультимедийный проектор

 

                                                Текст лекции:

Релейная защита электроустановок.

В настоящее время электрическая энергия является самым универсальным видом энергии. Удобство транспортировки, распределения и преобразования во все известные человеку виды энергии делает ее (электрическую энергию) незаменимой во всех отраслях промышленного и агрономического хозяйства. Электрические станции, сети и подстанции объединены в глобальные электроэнергетические системы, в которых действуют законы больших чисел. Высока вероятность повреждений элементов и ненормальных режимов работы электроэнергетической системы, которые могут привести в наихудшем случае к ее полному разделению и остановкам всех ее энергоустановок. Поэтому повышенные требования предъявляются к надежности всех элементов системы, а также к резервированию и дублированию электроэнергетических установок, к возможности передачи электрической энергии на большие расстояния и др. В связи с вышесказанным релейная защита и автоматика (РЗА) играет одну из ключевых ролей в безотказной работе электроэнергетической системы.

Согласно требованием ПТЭ, силовое оборудование электростанций, подстанций и электрических сетей должно быть защищено от коротких замыканий и нарушений нормальных режимов работы устройствами релейной защиты и электроавтоматики. Устройства РЗА должны быть постоянно включены, кроме устройств, которые должны выводиться из работы в соответствии с назначением и принципом действия, режимом работы энергосистемы и условиями селективности. Устройства аварийной и предупредительной сигнализации должны быть всегда готовы к действию. Свое название релейная защита получила от названия основного элемента схем защиты – реле.

Немного истории.

Слово реле происходит от французского relais – перекладные лошади, почтовая станция, где содержались сменные лошади. Вероятнее всего, это связано с тем, что телеграф заменил конную почту, а ключевым элементом телеграфа являлось в то время электромеханическое реле. Однако в качестве первого защитного устройства электроустановок использовались плавкие предохранители (с середины до конца ХIХ века). В начале ХХ столетия стали широко использоваться индукционные (1901 год, М.О. Доливо-Добровольский) и электромагнитные реле [1], которые, совершенствуясь, отметили свое столетие в наше время. В 1905―1908 годах разрабатывается дифференциальный токовый принцип защит, 1910 год ознаменовал использование токовой направленной защиты, в 1920 году разработали дистанционные защиты, в 20–30-х годах пытаются использовать электронику для релейной защиты – на радиолампах разрабатываются высокочастотные защиты. С 60-х годов начинают использоваться транзисторные и диодные полупроводниковые элементы в устройствах РЗА, с середины 70‑х годов разрабатываются устройства РЗА на интегральных цифровых и аналоговых элементах малой степени интеграции, с конца 80‑х годов начинается эра микропроцессорных устройств РЗА.

С появлением новой элементной базы разрабатываются новые устройства РЗА. В настоящее время широко используются микропроцессорные защиты и продолжается совершенствование их технической реализации, а также, что наиболее важно, принципов действия. Микропроцессорные устройства способствовали созданию защит со сложными алгоритмами действия, что на другой элементной базе было бы затруднительно создать с устойчивыми характеристиками. Несмотря на применение новой электронной базы, постоянно продолжается работа по совершенствованию плавких предохранителей, благодаря чему они до сих пор применяются в сетях с напряжением до 1 кВ и распределительных сетях напряжением 6, 10, 35 кВ.

Любая электроэнергетическая система представляет сложный объект с большим количеством различных связей между множеством ее элементов. Нарушение какой-то связи или появление излишней вызывает повреждение или ненормальную работу этой системы.

Для обеспечения нормальных условий работы электрических сетей и предупреждения развития аварий необходимо быстро реагировать на изменение режима работы электрической сети, незамедлительно отделить повреждённое оборудование от исправного и при необходимости включить резервный источник питания потребителей. Эти функции и выполняют устройства релейной защиты и автоматики.

Электроустановки должны быть оборудованы устройствами релейной защиты, предназначенными для:

1. Автоматического отключения поврежденного элемента от остальной, неповрежденной части электрической системы с помощью выключателей. Если повреждение непосредственно не нарушает работы энергосистемы (замыкание на «землю» в сетях с изолированной нейтралью), допускается действие релейной защиты только на «сигнал»;

 2. Реагирование на опасные, ненормальные режимы работы элементов электрической системы (перегрузка, повышение напряжения и т.д.); в зависимости от режима работы и условий эксплуатации электроустановки релейная защиты должны быть выполнена с действием на сигнал или на отключение тех элементов, оставление в работе которых может привести к возникновению повреждения.

По выполняемым функциям защиты подразделяются:

― на основные – защиты, которые срабатывают с наименьшим временем и реагируют на повреждения вдоль всей зоны защищаемой электроустановки или ее части и ни при каких обстоятельствах не срабатывают при повреждении на смежном участке;

― резервные ― защиты, которые реагируют при повреждении на всей защищаемой электроустановке и дублируют основную защиту (ближнее резервирование), а также способны срабатывать при повреждении на смежном участке и дублируют основную защиту смежного участка (дальнее резервирование).

По избирательности классифицируются:

― на защиты с абсолютной селективностью, у которых зона действия не зависит от режима работы системы и определяется местами установки трансформаторов тока (продольные дифференциальные защиты);

― защиты с относительной селективностью, у которых зона действия изменяется и зависит от режима работы системы (отсечка, максимальная токовая защита, дистанционная и др.);

― иногда, для быстроты срабатывания, чтобы не повредилось оборудование от больших токов КЗ, могут использоваться неселективные защиты.

По временным характеристикам защиты подразделяются:

― на защиты с независимой характеристикой (ступенчатой), время срабатывания которых не зависит от величины тока;

― защиты с зависимой или времязависимой характеристикой (плавной), время срабатывания которых зависит от величины тока;

― защиты с комбинированной характеристикой (ступенчато-плавной).

По методам воздействия на выключатель различаются следующие токовые защиты:

― с первичным реле тока прямого действия. У этих защит первичный ток электроустановки проходит по обмотке реле, а его якорь воздействует на расцепитель выключателя;

― с вторичным реле тока прямого действия. У этих защит вторичный ток трансформатора тока проходит по обмотке реле, а его якорь воздействует на расцепитель выключателя;

― с вторичным реле тока косвенного действия. У этих защит вторичный ток трансформатора тока проходит по обмотке реле, а его якорь замыкает контакты, и собирается цепь для воздействия на катушку отключения выключателя.

В связи с отсутствием надежных и дешевых протяженных каналов связи исторически сложилось, что устройства РЗ проектируются и устанавливаются на каждом объекте автономно. Чтобы повысить надежность устройств РЗ, они выполняются многоступенчатыми. Причем каждая последующая ступень более чувствительна, имеет большее время срабатывания и резервирует предыдущие.

Виды повреждений и ненормальных (анормальных) режимов в

электрических сетях.

К опасным (аварийным) режимам работы электросети относятся:

1. короткие замыкания между фазами;

2. короткие замыкания на «землю» в сетях с заземленной

нейтралью;

3. короткие замыкания с одновременным обрывом одной или двух

фаз;

Короткие замыкания могут возникнуть между тремя фазами, тремя

фазами на «землю», между двумя фазами, двумя фазами на «землю», одной

фазой на «землю». Особыми видами повреждения являются двойные

замыкания на «землю».

К ненормальным (анормальным) режимам работы электрической сети

относят:

1. сверхтоки, вызванные перегрузкой оборудования или внешними

короткими замыканиями;

2. качания в энергосистеме;

3. повышение напряжения сверх допустимого значения;

4. однофазные замыкания на «землю» в сетях с изолированной

нейтралью;

Принципы работы устройств релейной защиты.

1. Токовые защиты. Короткие замыкания сопровождаются резким

увеличением тока сверх значения, заранее определенного расчетом, что

позволяет выполнить простые устройства релейной защиты, которые

контролируют величину значения тока. Подразделяют максимальные

токовые защит (МТЗ), действующее на отключение поврежденного элемента

сети с выдержкой времени и токовые отсечки (ТО), действующие без

выдержки времени. Отличие между ними состоит в выборе способа

обеспечения селективности. Токи, которые контролирует устройство

релейной защиты могут измеряться в фазах (через трансформаторы тока),

либо измеряться отдельные составляющие фазных токов (токи прямой,

обратной и нулевой последовательностей. В основу данного способа

положен метод симметричных составляющих). Токовые защиты

подразделяют с контролем направления мощности (направленные) и без

контроля (ненаправленные). Токовая защита по своему принципу работает не

только при повреждениях на своем защищаемом элементе сети, но и на

смежных. Поэтому токовые защиты относят к защитам с относительной

селективностью.

2. Дифференциальные защиты. В основу принципа

дифференциальных защит положено сравнение однородных, мгновенных

величин по концам защищаемого элемента сети (трансформатор, секции

шин, генератора, ВЛ). Обычно сравнивают токи по величине и фазе.

Дифференциальная защита по своему принципу работает только при

повреждениях на защищаемом элементе сети, поэтому ее выполняют без

выдержки времени и дифференциальную защиту называют защитой с

абсолютной селективностью.

3. Дистанционные защиты. При возникновении коротких

замыканий в электрической сети происходит не только скачкообразное

повышение тока, но и резкое снижение напряжения, т.е. уменьшение

сопротивления. Достоинством устройств релейной защиты, основанным на

данном принципе, является то, что сопротивление до места повреждения не

зависит от величин тока и напряжения, а только от их соотношения. Это

позволяет выполнить защиты при токах короткого замыкания меньше

номинальных для электрооборудования. Сопротивление от места установки

защиты до места повреждения Z прямо пропорционально длине l до места

повреждения и называется дистанционным:

Z = Uк.з./Iк.з.  = z1 уд. ∗ l

Существуют и другие принципы работы устройств релейной защиты,

но на промышленных предприятиях используются редко.