Развитие техники релейной защиты

Вторичные цепи (автоматика, измерения и релейная защита)

Электростанции

Первая блок-станция (иначе «домовая» – так назывались в 70–80-е годы XIX века первые электрические станции, ведь место производства электроэнергии не было отделено от места потребления) появилась в Париже для освещения улицы Оперы.

В России первую установку такого рода построили при участии П. Яблочкова в
1879 году для освещения Литейного моста в Петербурге.

В 1881 году несколько американских финансистов заключили соглашение с
Т. Эдисоном и приступили в Нью-Йорке к сооружению первой в мире центральной электростанции. Ее мощность превышала 500 кВт, напряжение регулировалось автоматически, защита оборудования от токов короткого замыкания осуществлялась плавкими предохранителями, а магистральные линии были кабельными.

В 1895 г. пущена городская электростанция в Казани, в 1896 – в Ростове-на-Дону, в 1902 г. - в Екатеринославе.

1913 г. – Россия: 80 станций городских, из них 54 постоянного тока (сечение сетей до 500 – 600 мм², U = 100 – 200 В).

19 декабря 1926 г. – открытие Волховской ГЭС, 85 тыс. кВт (8 генераторов, 4 из них Электросилы под рук. Алексеева Алексея Емельяновича и Графтио Генриха Осповича), впервые применяется ВЛ-110 кВ – Волховстрой – Петроград.

30 сентября 1935 г. – Нижне-Свирская ГЭС, Свирь-Ленинград, Р =116 тыс.кВт,
Uвл = 220 кВ (до 1955 г. самое большое напряжение).

1820 г. – Вольтаметр – прибор для измерения проходящего через проводник количества электричества (электрохимического действия) мультипликатор (умножитель)
И. Швейггера. Мультипликатор (рис. 1.2 и 1.3) – это катушка с током, внутри которой помещается магнитная стрелка. При прохождении тока в катушке стрелка отклонялась.

1824 г. – англичанином Стардженом создан электромагнит – устройство, преобразующее входной электрический ток проволочной катушки, намотанной на железный сердечник, в магнитное поле, образующееся внутри и вне этого сердечника. Магнитное поле фиксировалось (обнаруживалось) своим воздействием на ферромагнитный материал, расположенный вблизи сердечника. Этот материал притягивался к сердечнику электромагнита. Данное устройство предшествовало изобретению первого реле.

1831 г. – 1ый гальванометр – индикатор.

1831 г. – американец Дж. Генри изобрел электромагнитное реле. Следует отметить, что первое релейное устройство представляло собой не коммутационное реле. Электрический сигнал от внешнего источника после преобразования электромагнитом этого реле в магнитное поле приводил в движение якорь, который, перемещаясь, ударял по корпусу металлического колокола, вызывая звуковой сигнал.

1832 г Существует мнение, что 1-ое реле предложено было Шиллингом Павлом Львовичем. Конструировал он его для целей телеграфии, на основе мультипликатора, предложенного Швейггером. Шиллинг разработал первый практически электромагнитный телеграф. Реле Шиллинга (рис.1.4).

1835 г. – Генри Джозеф (американский физик, 1797-1878 гг.) конструирует для своего телеграфа свой «relais» и дает ему название – реле Генри.

1837 г. – электромагнит с внешним якорем лег в основу конструкции и первого коммутационного реле, использованного в телеграфном аппарате, построенном американским художником и изобретателем С. Бризом (Морзе). Аппарат Морзе представлял собой электромеханическое устройство, в котором передатчиком служил телеграфный ключ, а приемником электромагнит с подвижным сердечником, управляющий работой пишущего механизма. Кодовые электрические импульсы от приемника к передатчику передавались по длинным проводам и, поэтому, требовали усиления. Для усиления слабых импульсов тока Морзе, по совету Дж. Генри, использовал его электромагнитное реле, якорь которого уже воздействовал не на колокол, а на подвижный электрический контакт, подключающий батарею питания к приемному электромагниту синхронно с приходом сигнала Морзе. Таким образом, ослабленный импульс электрического тока усиливался и мог уже восприниматься приемным электромагнитом телеграфного аппарата или передаваться дальше.

1839 г. – Якоби Борис Семенович (родился в Потсдаме, 1834 г. в Кенигсберге, с 1837г. – в Петербурге) проградуировал гальванометр.

1872 г. – У. Томсон изобрел электрический счетчик.

1882-1923 г.г. – в Германии взято 2000 патентов на счетчики.

Энциклопедии и технические словари определяют реле (англ. Relay - смена, эстафета; франц. relais, от relayer – сменять, заменять) как устройство для автоматической коммутации электрических цепей по сигналу извне. Любое релейное устройство, как и реле для коммутации электрических цепей, состоит из релейного элемента (с двумя состояниями устойчивого равновесия) и группы электрических контактов, которые замыкаются (или размыкаются) при изменении состояния релейного элемента.

Реле широко применяются в устройствах автоматического управления, контроля, сигнализации, защиты, коммутации и т. д. Наиболее распространены коммутационные реле, реле давления, перемещения, расхода, реле времени, защитные реле.

1883 г. – Впервые электромагнитное реле применено в качестве защитного аппарата. Первые реле конструировались на основе измерительных приборов. Отсюда их название «Ваттметровое реле» – реле мощности и омметровое – реле сопротивления.

В настоящее время в развитии элементной базы Релейной защиты различают три периода:

1900-1950 г.г. – электромеханические реле защиты;

1950-1980 г.г. – переход на аналоговые статические системы;

c 1980 г. по настоящее время – переход на микропроцессорные устройства.

1888 г. – создана Всеобщая электротехническая компания в Риге. В 1915 г., когда немецкие войска приблизились к Риге, завод был эвакуирован в Харьков и стал Харьковским электромеханическим заводом (ХЭМЗ).

К 1889 г. уже имеется первая классификация повреждений.

Повреждения разделяют:

- относительно движущей силы;

- относительно генератора электричества;

- относительно проводников;

- относительно ламп и приборов.

Техника релейной защиты начинает развиваться с начала XX века. Вначале речь шла о распределительных досках – прообраз современной РЗ. Потом появляются различные защиты оборудования с использованием реле.

1890 г. – 1-й патент на предохранитель. Плавкий элемент в виде медной тонкой фольги или одной или нескольких тонких проволок, помещенных в корпус из изоляционного материала.

Корпус полностью или частично заполнялся мелкозернистым непроводящим материалом, в качестве которого предлагался сухой мел, мрамор, кварцевый песок, кирпичный порошок, асбест, корунд.

1893 г. На международном электротехническом конгрессе американский электротехник Ч.П. Штейнмец показал возможность использования комплексных чисел для описания электрических величин переменного тока.

К 1900 г. уже существовали 3-х фазные сети, но не было теории расчета токов короткого замыкания. Оборудование и защита выбирались из предположения, что ток КЗ составит не более 3-х номинальных значений. Переменный ток рассматривался как переходной процесс и значения токов находились путем решения системы дифференциальных уравнений.

1901 г. – на базе индукционных измерительных приборов создается в шведской электротехнической фирме ASEA первое индукционное реле RJ. В России известно под именем РТ-80.

1908 г. – разработана дифференциально-токовая защита.

1910 г. – начало применения токовой направленной защиты.

Рис. 1.5 – Дифференциальная защита трансформатора.

Интересно, что пишет журнал «Электричество» на интересующую нас тему в 1914 году. «Различных реле для автоматического выключения появилось такое множество типов, что зачастую они приносят больше вреда, чем пользы».

1920 г. – разработка дистанционной защиты.

1930 г. американский ученый Фортескью предложил несимметричную и нескомпенсированную систему векторов представлять в виде геометрической суммы двух симметричных и скомпенсированных векторов и одной нескомпенсированной системы одинаково направленных векторов (метод симметричных составляющих).

К 1930 г. можно уже было говорить о типовом наборе защит. Интересно посмотреть как выглядели схемы этих защит. Приведем упрощенную схему защиты 2-х обмоточного трансформатора 30 МВА на п/ст ГЭС им. Класона. Начинает применяться реле Бухгольца (газовое). См. рис. 1.6.

Интересно отметить требуемые нормы настройки реле прямого действия для этого времени. По току не более 10%, по времени 0,5 с. С учетом того факта, что время отключения выключателя составляло 0,25 с, ступень селективности рекомендовалось принимать около 1,5-2 с.