Структура устройства РЗ

Классификация защит

Требования, предъявляемые к свойствам релейной защиты (РЗ)

1. Селективность (избирательность) ― высшее свойство РЗ, обеспечивающее отключение при коротком замыкании (КЗ) только поврежденного элемента системы с помощью выключателей [1]. Селективность не исключает срабатывание резервной защиты при повреждении на смежном участке и отказе на нем основной защиты. Иногда допускают неселективное действие защит при исправлении ее действия автоматикой. Оценка селективности защит производится с помощью карты селективности.

2. Быстродействие – время срабатывания t_СЗ защиты на отключающий коммутационный аппарат при возникновении повреждения должно быть наименьшим. Очень часто для обеспечения селективности приходится искусственно увеличивать время срабатывания защиты, которое называется выдержкой времени. Время отключения КЗ складывается из собственного времени работы защиты и времени отключения коммутационного аппарата.

3. Чувствительность – способность защиты срабатывать при повреждении в зоне действия и минимальном режиме работы системы c необходимым запасом. Чувствительность оценивается коэффициентом чувствительности k_Ч и находится как:

― отношение параметра КЗ в минимальном режиме работы системы к параметру срабатывания (для защит максимального действия – токовая, напряжения нулевой или обратной последовательности и др.);

― отношение параметра срабатывания к параметру КЗ в минимальном режиме работы системы (для защит минимального действия – напряжения, дистанционная и др.).

4. Надежность – способность защиты безотказно срабатывать при возникновении повреждения в зоне действия, не срабатывать при повреждении вне зоны действия и не срабатывать при отсутствии повреждения. При рассмотрении вопроса надежности конкретного устройства защиты необходимо учитывать не только аппаратную надежность всех элементов устройства, но и надежность правильного расчета уставок, их выставления, высококвалифицированного обслуживания (поверка, ремонт, настройка и т.д.). К требованию надежности относятся понятия: защитоспособность, безотказность, долговечность, ремонтопригодность [1], надежность функционирования, эффективность функционирования, устойчивость функционирования [2], функциональная диагностика, тестовая диагностика и т.д.

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.

Рассмотрим универсальную структурную схему многоступенчатой защиты на примере токовой, изображенной на рисунке 1.2, где KA1, KA2, KA3 и KA4 – токовые измерительные органы (реле тока); KT1, KT2, KT3 и KT4 – органы задержки (реле времени); KH1, KH2, KH3 и KH4 – индикаторы срабатывания ступеней (указательные реле), TA1– измерительный трансформатор тока; Q1 – выключатель; К1 – точка КЗ в конце защищаемого объекта. В общем случае РЗ имеет четыре ступени, чаще две или три, в зависимости от ответственности защищаемого объекта и чувствительности ступеней защит.

Рисунок 1.2. Структурная схема многоступенчатой РЗ

Логическая формула [1] такой многоступенчатой защиты

, (1.1)

где y – выходной сигнал защиты; I – сигнал от токовых измерительных органов защиты; D – оператор временной задержки; I, II, III, IV – верхние индексы, обозначающие номер ступени; 1, 2, 3, 4 – нижние индексы, соответствующие им параметры срабатывания.

Первую ступень токовой защиты обычно называют отсечкой без выдержки времени. Она отстраивается от максимального внешнего тока I_К1,МАХ КЗ, т.е. в точке К1:

, (1.2)

где k_ОТС ― коэффициент отстройки.

Для этой ступени время срабатывания принимается равным t^I,А_С,З» 0,05 с.

Вторая ступень токовой защиты – отсечка с выдержкой времени. Эта ступень обычно используется на электроустановках: а) для защиты питающего присоединения секции шин; б) для защиты радиальной сети. Для второго случая ток срабатывания второй ступени отстраивается от тока срабатывания I^I_{С,З,СМЕЖ} первой ступени смежной линии:

, (1.3)

Время срабатывания второй ступени принимается равным t^I,А_С,З= 0,5 c.

Третью ступень токовой защиты обычно называют максимальной токовой защитой, она отстраивается от тока нагрузки I_{НОМ,НАГР}, и ток ее срабатывания рассчитывается по выражению:

, (1.4)

где k_СЗП – коэффициент самозапуска нагрузки; k_B – коэффициент возврата реле.

Время срабатывания третьей ступени отстраивается от времени срабатывания t^III_{С,З,СМЕЖ} аналогичной ступени смежного присоединения:

, (1.5)

где Dt – ступень селективности (время запаса отстройки).

Четвертая ступень токовой защиты – защита от перегрузки. Она в основном используется для защиты двигателей или трансформаторов, также отстраивается от тока нагрузки I_{НОМ,НАГР}, и ток ее срабатывания определяется формулой:

. (1.6)