Назначение релейной защиты

В энергетических системах могут возникать повреждения и ненормальные режимы работы электрооборудования электростанций и подстанций, их распределительных устройств, линий электропередачи и электроустановок потребителей электрической энергии.

Повреждения в большинстве случаев сопровождаются значительным увеличением тока и глубоким понижением напряжения в элементах энергосистемы.

Повышенный ток выделяет большое количество тепла, вызывающее разрушения в месте повреждения и опасный нагрев неповрежденных линий и электрооборудования, по которым этот ток проходит.

Понижение напряжения нарушает нормальную работу потребителей электроэнергии и устойчивость параллельной работы генераторов и энергосистемы в целом.

Ненормальные режимы обычно приводят к отклонению величин тока, напряжения и частоты от допустимых значений. При понижении чистоты и напряжения создается опасность нарушения нормальной работы потребителей и устойчивости энергосистемы, а повышение напряжения и тока угрожает повреждением оборудования и линий электропередачи.

Таким образом, повреждения нарушают работу энергосистемы и потребителей электроэнергии, а ненормальные режимы создают возможность повреждений или расстройства работы энергосистемы.

Для обеспечения нормальной работы энергосистемы и потребителей электроэнергии необходимо возможно быстрее выявлять и отделять место повреждения от неповрежденной сети, восстанавливая таким путем нормальные условия работы и прекращая разрушения в месте повреждения.

Опасные последствия ненормальных режимов также можно предотвратить, если своевременно обнаружить отклонение от нормального режима и принять меры к его устранению.

В связи с этим возникает необходимость в создании и применении автоматических устройств, выполняющих указанные операции защищающих систему и ее элементы от опасных последствий повреждений и ненормальных режимов.

Релейная защита является основным видом электрической автоматики, без которой невозможна нормальная и надежная работа энергосистем. Она осуществляет непрерывный контроль за состоянием и режимом работы всех элементов энергосистемы и реагирует на возникновение повреждений и ненормальных режимов.

При возникновении повреждений защита выявляет и отключает от системы поврежденный участок, воздействуя на специальные силовые выключатели, предназначенные для размыкания токов повреждения.

При возникновении ненормальных режимов защита выявляет их и в зависимости от характера нарушения производит операции, необходимые для восстановления нормального режима, или подает сигнал дежурному персоналу.

В современных энергосистемах релейная защита тесно связана с электрической автоматикой, предназначенной для быстрого автоматического восстановления нормального режима и питания потребителей.

К основным устройствам такой автоматики относятся: АПВ, АВР, АЧР.

3.1. Основные принципы действия релейной защиты.

По способу обеспечения селективности от внешних к. з. защиты делятся: защиты с относительной селективностью и защиты с абсолютной селективностью.

Защиты с относительной селективностью. К ним относятся токовые, токовые направленные, дистанционные защиты и защиты напряжения. Общее для всех этих защит то, что время срабатывания зависит от расстояния между местом ее включения и точкой к. з. С увеличением расстояния увеличивается и время срабатывания. Это обеспечивает селективное действие защиты при внешних к.з. Распространение получили защиты со ступенчатыми, непрерывно зависимыми и комбинированными характеристиками выдержек времени.

Токовые защиты. Токовыми называются защиты, для которых воздействующей величиной является ток, проходящий в месте их включения. Измерительный орган токовой защиты – измерительные реле тока, которые включаются на полные токи фаз и на их симметричные составляющие. Параметры защиты – ток срабатывания, выдержка времени и коэффициент чувствительности. Ток срабатывания – это минимальный ток в фазах защищаемого элемента, при котором защита срабатывает. Ток, проходящий при этом в реле, током срабатывания реле. Параметром защиты также является ток возврата. Это максимальный ток в фазах защищаемого элемента, при котором защита возвращается в исходное состояние после действия.

В общем случае токовые защиты выполняются трехступенчатыми. Первая ступень – токовая отсечка без выдержки времени, вторая – токовая отсечка с выдержкой времени, третья – максимальная токовая защита.

Токовые направленные защиты, как и токовые, обычно выполняются трехступенчатыми. Однако поведение защит при к. з. определяется не только значением тока повреждения, но и направлением мощности короткого замыкания в месте их включения. Контроль направления мощности к. з. становится необходимым, если защищаемый элемент имеет двухстороннее питание.

Дистанционные защиты. При к. з. в связи с увеличением тока I и уменьшения напряжения U в защищаемом элементе отношение U/I в месте включения защиты оказывается меньше этого отношения в нормальном режиме. Оно уменьшается по мере приближения точки к. з. к источнику питания. Поэтому защиту от к. з. можно выполнить реагирующей на изменение указанного отношения. Такая защита называется дистанционной: при выполнении определенных условий отношение подведенных к реле напряжения и тока пропорционально расстоянию от места включения защиты до точки к. з. Соответствующие измерительные реле называются минимальными реле сопротивления.

Защиты напряжения. Для них воздействующей величиной является напряжение цепи в месте включения защит, поэтому в качестве измерительного органа защиты используют реле напряжения, которые срабатывают, если напряжение в месте включения защиты достигает заданного значения. В системах электроснабжения наиболее распространена минимальная защита напряжения. Она содержит две ступени.

Защиты с абсолютной селективностью основаны на сравнении однородных электрических величин по концам защищаемого участка или в соответствующих ветвях параллельно соединенных элементов электрической установки, или же в нескольких элементах, присоединенных к общим шинам. При выполнении защит с абсолютной селективностью сравнивать электрические величины можно или непосредственно, или косвенно. В первом случае защиты называются дифференциальными токовыми либо дифференциальными направленными, если сравниваются знаки мощностей. В свою очередь, дифференциальные токовые защиты бывают продольными и поперечными. Продольные дифференциальные токовые защиты осуществляют сравнение токов по концам защищаемого элемента, а поперечные дифференциальные токовые защиты – в параллельных цепях электроустановки.