Основные виды релейной защиты
Электроэнергия в энергетике производится на генераторных станциях, передается на большие расстояния по линиям электропередач. Воздушные и кабельные ЛЭП расположены между трансформаторными подстанциями и потребителями, подводят электричество к последним.
На всех технологических этапах производства, передачи и распределения электрических мощностей возможно возникновение аварийных ситуаций, которые способны разрушить техническое оборудование или привести к гибели обслуживающий персонал за очень короткое время, исчисляемая долями секунды.
Человеческий организм просто не способен реагировать на такие кратковременные события. Поэтому контролировать отклонения номинальных параметров электроустановок, выявлять начальный этап создания аварии и принимать действенные меры к ее ликвидации могут только специальные технические устройства, работающие в автоматическом режиме по заранее подготовленным алгоритмам.
Исторически сложилась традиция называть их защитами. А поскольку они очень долгое время работали на релейной базе, то за ними прочно закрепилось это дополнительное определение.
Как формируются релейные защиты
Качество электроэнергии строго регламентируется техническими нормативами:
- амплитудой напряжения и тока;
- частотой сети;
- формой синусоидальной гармоники и наличием в ней посторонних шумов;
- направлением, величиной и качеством мощности;
- фазой сигнала и некоторыми другими параметрами.
Под каждую из этих характеристик создаются определённые виды релейных защит. Они после ввода в работу:
- постоянно отслеживают измерительным органом — реле состояние одного или нескольких параметров сети. Например, тока, напряжения, частоты, фазы, мощности и непрерывно сравнивают его величину с заранее установленным диапазоном, называемым уставкой;
- в случае выхода контролируемой величины за нормированную границу измерительный орган срабатывает и переключением положения своих контактов коммутирует цепи подключенной логической части;
- в зависимости от решаемых задач логика схемы настроена на определенные алгоритмы. Она выполняет их воздействием на коммутационный аппарат, например, соленоид отключения выключателя первичного оборудования электрической схемы;
- силовой выключатель ликвидирует возникшую неисправность в схеме снятием с нее питания.
По видам контролируемого параметра защиты делят на:
- токовые,
- напряжения;
- дистанции (сопротивления линии);
- частоты;
- мощности;
- фазы и другие.
Классификация по принципу действия
Измерительный орган любой защиты настраивается на определенную уставку, которая разграничивает зону охвата, срабатывания защиты. В нее могут входить несколько участков (основной и резервные) или только один.
Защита может реагировать на все возможные виды повреждений, возникающие в защищаемой зоне либо только на какие-либо отдельные, специфические их проявления.
На ответственном защищаемом участке схемы электроснабжения обычно устанавливают не одну защиту, а несколько ее разновидностей, которые дополняют и резервируют взаимное действие. Их классифицируют на:
К основной защите предъявляют 3 требования:
1. действие на все возможные возникающие неисправности в рабочей зоне либо на их бо́льшую часть;
2. охват защитой всего контролируемого участка полностью, а не какой-то его доли;
3. наиболее быстрое срабатывание на возникающую неисправность, чем у других защит.
Не подходящие под эти условия защиты относят к резервным и выполняют ими резервирование:
В первом случае выполняется резерв основных защит, действующих на закрепленной зоне. Для второго варианта дополнительно к ближнему создается резервирование смежных рабочих зон на тот случай, когда в них отказывают в работе собственные защиты.
Виды токовых защит:
Виды защит по напряжению:
Защиты, контролирующие электрическое сопротивление силовой схемы
Любая линия электропередачи создается из металлических тоководов, которые обладают хоть и минимальным, но вполне реальным сопротивлением. Оно постоянно возрастает при увеличении протяженности магистрали — дистанции.
Когда на каком-то удалении от конца линии одной из подстанций, возникает короткое замыкание, то по принципу замера величины электрического сопротивления до места образовавшейся неисправности работают защиты, которые называют дистанционными.
В процессе оценки сопротивления участвуют следующие комплексы:
- измерительные системы трансформаторов тока и напряжения, созданные для собственных защит;
- реле сопротивления (РС), обрабатывающие поступающие на них сигналы от ТН и ТТ для вычисления по закону Ома полного сопротивления до места возникновения КЗ Z=U/i.
Реле сопротивления постоянно контролируют дистанцию, длину подключенной к его зоне линии электропередачи. Когда на ней возникает КЗ, то сопротивление/дистанция за счет металлического замыкания резко снижается, что влияет на выставленную уставку, приводит к срабатыванию реле.
Дистанционные защиты обычно делят на несколько участков по зонам срабатывания, которые используют для резервирования основных защит на линиях электропередач, силовых трансформаторах, генераторах, сборных шинах и другом оборудовании.
Они используются для защит от междуфазных, а в отдельных случаях и однофазных замыканий, возникающих на энергетических объектах.
Особенностью дифференциальной защиты является их способность реагировать на:
1. качания напряжения в системе. Так называют явления, связанные с периодическими снижениями напряжения и возрастанием тока, вызываемыми нарушениями синхронной работы многочисленных генераторов, вырабатывающих электроэнергию в системе;
2. неисправности, которые могут возникнуть в цепях напряжения.
Для исключения случаев ложной работы дистанционных защит в их состав вводят блокировочные устройства, осуществляющие:
- запрет отключения силового выключателя при возникновении качаний в системе:
- контроль состояния источника напряжения.
Релейные защиты частоты, мощности, фазы
Весь многочисленный ассортимент этих устройств работает по общему принципу, когда создается измерительный орган, осуществляющий на базе реле контроль состояния частоты, мощности или фазы электрического сигнала. При нарушении выставленной на нем уставки реле срабатывает, а, подключенная к его контакту логическая схема обрабатывает информацию и по прописанному алгоритму отключает силовое оборудование.
Газовая и струйная релейная защита
Эти виды устройств используются для оборудования трансформаторов, реакторов и других подобных конструкций, работающих внутри резервуаров с маслом. Когда в них возникают неисправности, то создается высокая температура, сопровождаемая выделением растворенных газов из масла, разложением его химического состава, снижением диэлектрических свойств.
На такие неисправности реагируют механические конструкции реле, учитывающие возникновение в среде резервуара газов и продуктов разложения масла. После замыкания их контакта подается команда на работу логической схемы и отключение выключателей.
Этот тип защит относится к релейным, но он основан на замере механических, а не электрических параметров работающего оборудования.
По такому же принципу работают релейные защиты от повышения:
- температуры;
- давления среды и других механических факторов.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Релейная защита, установка, проверка, защита и обслуживание релейных линий
Комплекс устройств для оперативного реагирования на короткое замыкание электрической схемы на основе реле называется релейной защитой.
Первостепенными задачами комплекса являются: определение расположения (локализация) и отключение неработоспособного участка.
Прежде всего защита используется для предотвращения последствий коротких замыканий, которые чреваты наибольшим ущербом для электрической цепи и достаточно часто являются причиной выхода системы или отдельного элемента из строя.
При отклонении одной из физических величин от номинального значения, включается защита (по току; дифференциальная; направленная по току; направленная по мощности; по напряжению; частотная и другие).
Чаще других используется защита по току.
Системы релейной защиты ее систематическая проверка— залог корректной и долговечной безотказной работы комплекса устройств.
Частота проверок устанавливается на основе множества нюансов, применительных к выбранному производству (износа используемых компонентов электрической схемы, опытности специалистов, обслуживающих систему релейной защиты, важности производства, экономического аспекта оборудования и других).
Большинство систем релейной защиты оснащены индикаторами срабатывания (световыми и/или звуковыми), в иных случаях система автоматически блокирует участок, функционирующий некорректно, либо полностью отключает систему.
Соответственно, данный комплекс должен обладать высоким быстродействием, чувствительностью, надежностью и существенным временем наработки на износ.
Защита электроустановок при помощи реле и автоматики.
Релейная защита принцип действия
Под понятием реле следует понимать ряд оборудования (аппаратуры и приборов), которые устанавливаются в РЗА(релейная защита и автоматика), средствах телефонии, телеграфии, телемеханике и прочих технических отраслях. Релейная защита состоит из комплекса приборов и дополнительных устройств.
Главное назначение релейнойзащиты – это своевременное отключение неисправной части электроустановки от неповрежденных элементов. В случае отсутствия угрозы для персонала или работоспособности электрооборудования, защита действует не на отключение, а на подачу сигнала предупреждения о неисправности.
По правилам эксплуатации, любое оборудование, находящееся под напряжением (подстанции, электросети и др.), в обязательном порядке должно иметь защиту от возможности короткого замыкания и сбоев в штатном режиме работы аппаратурой РЗА.
Защитные устройства должны находиться в постоянной работе, исключение составляют устройства, отключаемые в соответствии со своими техническими характеристиками или режимами эксплуатации системы энергоснабжения.
Разновидности РЗА и общее понятие о том, что такое назначение релейной защиты.
Автоматика релейной защиты подразделяется по своим особенностям, среди которых:
- Первичное реле подключается к цепи напрямую.
- Вторичное подключается через измерительные приборы (трансформаторы).
- Электромеханическое имеет подвижные части и систему контактов.
- Статическое не обладает подвижных деталей и контактных групп (микропроцессоры).
- РЗА для различных измерений, например напряжения, мощности, температуры, тока и др. Такие реле обязательно имеют элементы для Измерений в виде стабилизаторов напряжения, силы тока и др. Задача данных элементов заранее воспроизвести заданные значения той или иной величины, которую измеряет реле. Особенностью таких реле защиты считается их повышенная чувствительность (малейшие отклонения от заданных параметров воспринимаются как неисправность) и обладают повышенным возвратным соотношением. Измерительные реле бывают максимальные (работают на повышение значений измерения) и минимальные (на понижение)
- Реле логистики (логические), бывают промежуточные, с двумя позициями, для сигнализации и времени. Их задача увеличить сигналы от других реле, среди них промежуточные реле выполняют функцию усиления сигналов и передаче значений другим приборам. Реле времени предназначено для создания промежутков времени между операциями, а указательные реле фиксируют действия РЗА и дополнительных приборов.
Кроме того существуют выносные реле, их применение целесообразно в электроустановках свыше 1000 В. Встроенная защита в электроустановку до 1000В также имеет название –расцепитель.
Защита с вынесением имеет отдельно расположенное реле. Исходя из этого, следует вывод, что реле прямых действий является первичным, так как расцепляет сеть самостоятельно. Релейная защита косвенного действия называется вторичным реле (РТВ, РТМ) так как имеют встраиваемую конструкцию в существующие электроустановки свыше 1000 В.
Автоматика релейной защиты должна иметь следующие параметры:
1. Чувствительность. Защита должна срабатывать при малейших отклонениях от заданных параметров.
2. Селективность, проще говоря, релейная защита должна реагировать на участке цепи, которую она защищает, но в тоже время не реагировать на повреждения вне зоны действия. Такие характеристики необходимы для снижения количества отключенных приборов от цепи питания в случае короткого замыкания.
3. Быстродействие, подразумевает максимально быстрое отключение неисправного участка цепи, для предотвращения перегрева токоведущих частей и последующего за ним возгорания.
4. Надежность, т.е защитное реле должно быть всегда исправно, в противном случае реле может не сработать на поврежденном участке или указывать на заведомо исправные элементы.
Реле защиты, как правило, работает в паре с электрооборудованием (электроавтоматика), состоящим из:
- подачи автономного питания;
- подключение поврежденного участка в автоматическом режиме повторно;
- отключение потребителей электроэнергии при опасных изменениях напряжения.
РЗА устройства бывают нескольких видов:
- основное (защищает весь участок цепи за меньшее время, нежели остальные виды защит);
- резервное (дублирует основную защиту в случае отказа последней, при этом у нее большее время срабатывания);
- дополнительное или вспомогательное (предназначено для защиты участков вне зоны действия основной и резервной защиты).
Основные виды РЗА.
- максимальная защита токовая;
- максимальная направленная;
- защита от газа;
- защита на расстоянии (дистанционная);
- максимальная защита в заданном направлении (направленная);
- дуговая;
- защита с блокировкой высоких частот дистанционно;
- различающая (дифференциальная);
- защита на расстоянии, блокирующая по опт.каналу;
- ВЧ защита отдельных фаз.
- Логическая шинная защита.
Электроавтоматика,что такое?
Помимо основных устройств существуют также другие типы электроавтоматики, это:
1. Настройка в автоматическом режиме запуска источников питания (генераторы и электродвигатели).
2. Автоматическое управление выключением.
3. Регулировка в автоматическом режиме катушек компенсации тока с функцией гашения дуги.
4. Оборудование запасных отказов выключателей.
5. Регулировка переключателя напряжения трансформатора.
6. Калибровка в автоматическом режиме конденсаторов.
7. Автономная калибровка синхронности генераторов.
8. Самокалибровка на одновременную работу генераторов.
9. Запуск гидрогенераторов по заданным частотам.
10. Выявление участка, на котором имеется повреждение линии.
Также существует дополнительное оборудование, имеющее термин – противоаварийная автоматика режимная, к которой в первую очередь относят:
1. Разгрузку по частотам.
2. Подача питания на электроустановку, которая была отключена разгрузкой частотной, после устранения отсутствия частоты.
3. Калибровка частот и мощности.
4. Вспомогательные разгрузки в автоматическом режиме по току и напряжению.
Кроме режимной, существует системная противоаварийная автоматика, например:
1. Снижение нагрузки на подстанции и электростанции.
2. Профилактика и ликвидация асинхронности работы.
3. Профилактика увеличения напряжения сверх норм в электроустановке.
4. Электроавтоматика, отвечающая за балансировку.
Релейная защита автоматика энергосистем -отзывы о мантаже
Наша компания осталась очень довольна работой сотрудников Ленпроектстрой. Ввиду специфики профессиональной деятельности вынуждены массово использовать компьютеры, от чего уровень напряжения непрерывно скачет. Уже не раз возникали аварии электрической сети, как следствие — порча оборудования и необходимость его скорейшей замены, ремонта. Релейная защита действительно необходима в каждом офисе, если конечно не хотите тратить время на самостоятельную проверку функционирования сети. Автоматику релейной защиты установили очень быстро и качественно, сервисное обслуживание проводится на высоте. Проверка работы автоматики — то, что должен делать грамотный специалист, а не работник офиса. Работники Ленпроектстрой практически моментально выявили аварийный участок электросети, произвели все необходимые замеры и обсудили с нами план дальнейших действий. Будем обращаться к вам и впредь, так как стоимость и качество услуг нас более, чем устраивают.
Установка, защита и обслуживание релейных линий были проведены компанией Ленпроектстрой в рекордные сроки. Не так давно в нашей лаборатории произошла нешуточная авария — как оказалось, по нашей вине. Пренебрегли правилами эксплуатации электросети, проверка ее работы не проводилась своевременно. Потерянное время и нанесенный ущерб никак не исправить, зато теперь оборудование находится вне опасности. Автоматика релейной защиты, установленная компанией Ленпроектстрой, работает исправно, уже не раз система срабатывала и защищала сеть от коротких замыканий. После подробной консультации мастеров мы выбрали абсолютный тип релейной защиты.
Система работает исправно, что видно по стабильной работе многочисленных приборов. Мастера предусмотрительно снабдили автоматику максимальной токовой защитой, за что им отдельное спасибо. Цены на услугу весьма адекватные, сроки выполнения работ довольно сжатые. Специалисты выехали на объект незамедлительно и сразу перешли к делу. Спасибо компании Ленпроектстрой за проявленный профессионализм.
При возведении очередного офиса под филиал наша компания не слишком добросовестно подошла к столь важному вопросу, как установка, защита и обслуживание релейных линий. В нашем штате трудится большое число сотрудников, работает несметное количество электрических приборов и компьютеров. Сеть часто перегружалась, а в итоге это переросло в постоянно возникающие короткие замыкания. Чтобы дело не дошло до аварийного случая, было решено занятья вопросом основательно. Обратились в Ленпроектстрой, объяснили ситуации. Мастера прибыли быстрее, чем мы того ожидали. Что особенно приглянулось — стремление специалистов тщательно разобраться в источнике проблемы.
Как выяснилось, ранее установленная релейная защита попросту не срабатывала ввиду неисправности. Это и было причиной возникновения перебоев в сети. Работники Ленпроектстрой поработали на славу, благодаря чему наше оборудования надежно защищает новая автоматика релейной защиты. Сотрудники компании также не поленились провести инструктаж для нашего коллектива.
Релейная защита и автоматика в электроустановках
Основные понятия релейной защиты (Р З). РЗ – называют специальные средства и устройства для защиты, выполняемые с помощью реле, процессоров, блоков и других. аппаратов, и предназначенные для отключения силовых выключателей при напряжении свыше 1000 В или автоматических выключателей при напряжении до 1000 В. Более часто термин РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА используется в установках и сетях высокого напряжения. К системам автоматики в настоящей работе отнесены устройства АПВ, АВР, АЧР, АРТ.
Р.З. – основное средство защиты линий, трансформаторов, генераторов, двигателей от аварийных и ненормальных режимов.
Требования к РЗ. К релейной защите предъявляются следующие требования:
-селективность (избирательность), т.е. способность защиты самостоятельно определять поврежденный участок сети и отключать только этот участок,
-быстродействие,
-надежность действия,
-чувствительность (т.е. способность отключать поврежденные участки на начальной стадии повреждения)
-простота схемы.
Контролируемые параметры Р.З. Устройства РЗ могут контролировать следующие параметры: ток, напряжение, мощность, температуру, время, направление и скорость изменения контролируемой величины.
Функции релейной защиты. Устройства РЗ могут выполнять следующие функции:
- защита от К.З междуфазных,
- защита от замыканий на землю, в т. ч. 2х-3х и однофазных
- защита от минимального напряжения;
- защита от внутренних повреждений в обмотках двигателей, генераторов и трансформаторов.
- защита от асинхронного режима работы синхронных двигателей.
- защита от обрывов в роторной цепи мощных двигателей.
- защита от затянувшегося пуска
- дифференциальная защита (продольная и поперечная) крупных машин и линий.
Оперативный ток. Оперативный ток предназначен для питания цепей управления, защиты, сигнализации и т.п. Оперативным током питаются приводы всех коммутационных аппаратов подстанций. Оперативный ток может быть переменным и постоянным, величина напряжения обычно составляет 110-220 В. Оперативный ток на ответственных подстанциях и установках должен быть всегда, даже при потере питания главных цепей, поэтому оперативный ток должен иметь независимые источники питания, в качестве которых могут использоваться: аккумуляторные установки, выпрямители, генераторы, специальные блоки питания.
Элементная база РЗ. В качестве основных элементов релейной защиты применяются реле, в том числе электромагнитного или других принципов действия, а также полупроводниковые и микроэлектронные приборы и блоки.
Основные реле. В схемах РЗиА применяется много типов различных реле, а в последние годы — специальных блоков и процессоров, объединяемых в локальную компьютерную сеть. В качестве основных применяются реле тока, напряжения, мощности, частоты, дифференциальные реле и блоки дифференциальной защиты.
Реле тока. Наиболее часто используются электромагнитные реле РТ -40 и индукционные типа РТ-80. Это высокочувствительные устройства, реагирующие на изменение тока, и могут защищать от перегрузок и от КЗ.
- Подвижный контакт
- сердечник
- перемычка
- обмотка
- контактная часть
- пружина
- шкала уставок
- регулятор уставки срабатывания
Рисунок 1 — Конструкция реле тока РТ-40.
Реле РТ-40 — электромагнитное, имеет два сердечника и две обмотки, которые можно включать параллельно или последовательно для удвоения показателей шкалы. Уставка срабатывания регулируется поворотом указателя 9 (изменением натяжения пружины). Пределы уставок у различных модификаций реле этой серии — от 0,5 до 200 А, что позволяет их использовать с различными трансформаторами тока. Выпускаются также реле тока серии ЭТ-520 и другие.
Пример характеристики реле тока: РТ-40/0,2; Iсраб. 0,05¸0,1А (последовательное соединение ), и 0,1¸0,2А (параллельное соединение), Iном. от 0,4 А до 10 А
Рисунок 2 – Схема устройства реле РТ-80 и характеристика срабатывания реле
Рисунок 3 – Общий вид реле тока РТ-80 (90).
Реле РТ-80 (РТ-90) – реле тока индукционного типа, имеет два независимых элемента- электромагнитный (мгновенного действия) и индукционный (работающий с выдержкой времени). Такая конструкция позволяет применять их в схемах с зависимой и независимой от тока характеристикой срабатывания. Ток срабатывания индукционного элемента-2-10 А, время срабатывания — 0,5-16 с. При токах от 2 до 3-5 номинальных реле работает с выдержкой времени, с зависимым от тока временем срабатывания, при токах более 5- -7 номинальных у реле срабатывает электромагнитный элемент, без выдержки времени, т.е. мгновенно.
Реле напряжения. Электромагнитные высокочувствительные реле без выдержки времени, применяются для контроля величины напряжения. Выпускается единая серия РН-50. Они бывают минимального (РН-54) и максимального напряжения (РН-51, -53, -58), для постоянного и для переменного тока. По принципу действия они аналогичны РТ-40, однако имеют значительно больше витков в обмотках. Диапазон уставок напряжения этих реле от 0,7 до 200 В или 400 В у разных серий.
Дифференциальные реле. Высокочувствительные быстродействующие реле. Выпускаются серии РБМ — реле мощности быстродействующее, и РНТ – реле направленного тока. Применяют для дифференциальной защиты трансформаторов, генераторов и других мощных машин. Эти реле – быстродействующие и используют быстронасыщающийся трансформатор БНТ.
Дифференциальные реле применяют для защиты трансформаторов, генераторов, линий. Типы реле: РНТ-565, РБМ-170 (270) и др.
Реле РНТ-565-реле направленного тока (рис. 5) (реле электромагнитное токовое дифференциальное). Состоит из корпуса в котором находятся: реле РТ-40, быстронасыщающийся трансформатор БНТ и резисторы Rк и Rв. Реле имеет обмотки: Р- рабочая обмотка, В –вторичная обмотка, К1, К2 – короткозамкнутые обмотки, У1, У2–уравнительные обмотки
Настройка реле производится с помощью резисторов Rв и Rк. При этом добиваются, чтобы при включении реле оно становилось нечувствительным к токам намагничивания (к помехам) и к токам небаланса, возникающим в начальный момент КЗ. Это позволяет повысить чувствительность защиты. Все обмотки имеют отдельные выводы (гнезда) для регулирования и настройки.
Дифференциальное реле мощности РБМ используется для контроля изменения направления тока в устройствах направленной токовой защиты. Принцип его действия следующий.
- магнитопровод, 2- обмотка, включенная последовательно нагрузке, 3- обмотка , включенная параллельно( в цепи напряжения), 4- неподвижный стальной сердечник, 5- алюминиевый ротор,6- подвижные контакты
Рисунок 5 — Устройство и принцип действия реле мощности РБМ
При отклонении от нормального (расчетного) режима магнитные потоки Фт и Фн, создаваемые обмотками тока и напряжения, проходят по магнитопроводу и через сердечник 4 индуцируют в роторе 5 вихревые токи, в результате чего ротор поворачивается на определенный угол. При повороте ротора замыкаются контакты 6. Реле срабатывает только тогда, когда в обмотках 2 или 3 изменяется направление тока.
Вспомогательные реле. Используются для выполнения вспомогателных функций: задержки, размножения сигнала, усиления, сигнализации, контроля положения коммутационных аппаратов. Это – реле времени, промежуточные, сигнальные и другие. Примеры вспомогательных реле: времени РВ-, ЭВ- и др., промежуточные РП-231,232,241, -указательные РУ-21, РЭУ, РС.
Виды защиты электрических сетей и установок
Все основные реле, применяемые в схемах РЗ, включаются через трансформаторы тока или напряжения, поэтому для их питания используются схемы включения вторичных реле. Реле могут действовать на привод силового выключателя непосредственно ( прямое воздействие), или через электромагнит отключения (косвенное воздействие). Реле и блоки могут включаться в одну, в две или в три фазы. Защита может срабатывать без выдержки и выдержкой времени. Питание основных реле в основном производится на переменном токе.
В электроустановках и сетях высокого напряжения применяются следующие виды защиты: МТЗ, отсечка, дифференциальная токовая защита, защита минимального и максимального напряжения, нулевая защита, земляная защита и другие.
МТЗ — максимальная токовая защита — защита от перегрузок и коротких замыканий. Она может действовать мгновенно или с выдержкой времени. Применяется для защиты электродвигателей; трансформаторов, воздушных и кабельных ЛЭП. Использует реле РТ-40 или Т-80. Защита может выполняться на одном, на двух или на трех реле, которые соответст
венно включаются в одну, в две, или в три фазы.
Рисунок 6 – Первичное и вторичное реле, прямое воздействие на привод выключателя
Рисунок 7 — Схема включения с косвенным воздействием на привод выключателя и общий вид реле РТ-40
На следующем рисунке показаны некоторые схемы включения реле тока: схема а – первичное реле и прямое воздействие на механизм свободного расцепления (МСР) силового выключателя; схема б – вторичное реле и прямое воздействие реле тока на МСР выключателя; схема в – вторичное реле и косвенное воздействие на привод силового выключателя, постоянный оперативный ток.
Применяются также схемы с независимой от тока характеристикой срабатывания, тогда при срабатывании любого реле оперативный ток подается на обмотку реле времени, которое в свою очередь с выдержкой времени (см. рис. ) замыкает свой контакт в цепи электромагнита отключения привода выключателя и указательного реле. Выключатель отключается, сигнальное реле КН также срабатывает и выбрасывает флажок (блинкер).
Существуют и другие схемы — с промежуточными реле на переменном о постоянном оперативном токе и с зависимой характеристикой времени срабатывания.
Рисунок 8 – Схемы действия реле тока
Выбор уставок токов срабатывания МТЗ.
Условия выбора:
- Защита не должна срабатывать при прохождении максимального рабочего тока нагрузки (при пиковых нагрузках), в том числе защита не должна срабатывать при пуске мощных двигателей,
- Защита должна гарантированно срабатывать на защищаемом участке при КЗ и иметь коэффициент чувствительности КЧ в конце участка не менее 1,5.
У ячеек КРУВ (КРУРН) имеется шкала уставок МТЗ в приводе ячейки. На шкале есть шесть делений, которые соответствуют 100%; 140%; 160%;200%; 250%; 300% номинального тока ячейки. Так, для ячейки с IНОМ=50А эти деления соответствуют токам: 50А; 70А; 80А; 100А; 125А; 150А. Если необходим ток уставки , то следует выбрать шестую ступень с Iy=150A.
. Для всех типов КРУ.
Ток срабатывания защиты в первичной цепи можно определить с учетом IНОМ.MAX тока нагрузки в номинальном режиме (например – режим пуска): КЗ = 1,1 – 1,25 — коэффициент запаса:, КС.З.= 2 — 3 — коэффициент самозапуска электродвигателей (после кратковременного отключения); КВЗВ=0,8-0,85 -коэффициент возврата реле
Ток уставки реле ( во вторичной цепи) можно определить, если разделить IУ1 на коэффициент трансформации трансформатора тока КТТ.
Если нет никаких данных для расчета токов уставки (срабатывания защиты), то можно ориентировочно принимать для первичной цепи .
Токовая отсечка.
Это МТЗ, выполненная с мгновенным действием или с выдержкой времени. Токовая отсечка (ТО) обычно защищает часть линии, поэтому применяется как дополнительная защита,что дает возможность ускорить отключение повреждений при небольших КЗ. При сочетании ТО с МТЗ получается ступенчатая по времени защита. При этом первая ступень(отсечка) действует мгновенно, а последующие – с выдержкой времени. Выполняется на базе реле тока.
Дифференциальная защита.
Основана на принципе сравнения токов в начале и в конце защищаемого участка, например трансформатора или мощного двигателя. Применяется в сочетании с другими видами защиты электроустановок:
— от внутренних повреждений
- от сверх токов – при внешних К.З.
- от перегрузки
- газовой (при мощности трансформаторов S ³ 6300 кВА – на открытом воздухе, и более 400 кВА – внутри помещений).
Дифференциальная защита может быть продольной и поперечной.
Продольная дифференциальная защита.
Участок между трансформаторами тока ТА1 и ТА2 является защищаемой зоной. Если ТА1 и ТА2 имеют одинаковые характеристики, то токи во вторичных цепях ТА1 и ТА 2 будут одинаковы как при нормальном режиме, так и при коротком замыкании в точке К1 (за пределами защищаемой зоны) . Обмотки их включены встречно, поэтому разность токов I1 –I2 = 0, поэтому тока в обмотке реле КА не будет и оно не сработает. При К3 внутри защищаемой зоны в точке К2 по обмотке реле КА пройдет ток I1 –I2 ≠ 0 и реле сработает, и выдает импульс на отключение силового выключателя. Дифференциальная защита надежна, высокочувствительна, быстро действует, т.к. отключается только поврежденный участок. К недостаткам относятся следующее: не обеспечивает отключение при внешних К3; требуется устанавливать автотрансформатор АТ для уравнивания тока небаланса (т.к. у трансформаторов тока разные коэффициенты трансформации). Работает на базе реле РНТ – 565 с быстронасыщаюмся трансформаторами.
Поперечная дифференцированная защита.
Применяется для защиты параллельных линий, подключенных к линиям подстанции через общий выключатель. Здесь вторичные обмотки трансформаторов тока подключают встречно, т.е. на разность токов. Используют реле и включабт токовое реле РТ-40 или ЭТ=521 мгновенного действия). Ток, протекающий по реле равен разности токов, т.к. реле включены встречно: Iр.= I1- I2 т.е. разности токов вторичных обмоток транформаторов тока. При нормальной работе Iр=0 или очень мал (т.н. ток небаланса) и реле отстраивается так, чтобы ток был недостаточен для срабатывания. Если на одной из линий будет короткое замыкание, то в обмотке одного из трансформаторов тока ток будет больше, чем у другого и в результате разность токов будет большая и реле сработает и даст импульс на отключение силового выключателя.
Защита минимального и максимального напряжения
Предназначена для защиты электроустановок от увеличения или от уменьшения напряжения. Для этой цели используются специальные высокочувствительные реле напряжения серии РН –50. Они выпускаются для переменного и постоянного тока. Реле напряжения серии РН-50 выпускаются для контроля максимального напряжения (РН-51; РН-53; РН-58) и для контроля минимального напряжения (РН-54). Они срабатывают при повышении или снижении напряжения по отношению к заданной величине.
Таблица 4 — Характеристика реле РН-51(для постоянного тока)
Релейная защита и автоматика РЗА
Каждое силовое устройство, связанное с электросетями, электростанциями, генераторами и электроустановками должно быть обеспечено необходимой защитой от неисправностей, нарушений, скачков напряжения, токов короткого замыкания (по правилам устройства электроустановок).
Устройства защиты должны:
- оперативно выявлять и устранять непредвиденные повреждения в электросети, в оборудовании, для поддержания бесперебойной службы остальной энергосистемы;
- оповещать о неисправности, наличии аварийного состояния через аудиальные и визуальные сигналы (звук, свет).
К таким устройствам защиты относится релейная защита и автоматика (РЗА). Релейная защита обеспечивает постоянное отслеживание состояния элементов энергосистемы и сигнализирует при выявлении расхождения с установленными нормами.
Зачем нужна РЗА
Любой комплекс релейной защиты и автоматики требует проверки и обслуживания. Появление неисправностей и несвоевременная их ликвидация может привести к повреждениям и поломке как элементов сети, так и питаемого электрооборудования.
К неисправностям можно отнести следующие виды аварийных режимов электросети:
- Уменьшение частоты тока при спонтанном отключении генераторов по причине короткого замыкания или другого аварийного режима, а также отключения межсистемных или внутрисистемных электрических связей.
- Повышенное напряжение при «перекосе фаз», резком отключении мощной нагрузки или неисправности оборудования.
- Токовая перегрузка, чрезмерное нагревание изолирующего слоя кабелей и проводников, образование искры в местах контактных соединений.
Устройства РЗА оперативно производят отключение аварийных участков, расцепляя контакты, обесточивая источники энергии, деактивируя выключатели неисправных систем: электрическая дуга гаснет, короткое замыкание прекращается, требуемый уровень показателей электричества остальных участков энергосистемы восстанавливается.
Автоматика релейной защиты и разновидности РЗА
Признаковая типология релейной защиты:
- Метод подключения может быть:
- первичным – присоединение устройства к цепи;
- вторичным – присоединение к трансформатору.
- электромеханическим – устройство состоит из подвижных контактов, которые отключают цепь;
- электронным, который обеспечивает цепь с применением полупроводниковых частей.
- измерительным – производит диагностику показателей;
- логическим – реализует передачу сигналов и команд остальным механизмам.
- прямого действия – связь напрямую с устройством, отвечающим за выполнение отключения механическим путем;
- косвенного действия – управление электрической цепью происходит с привлечением электромагнита, который обесточивает сеть питания.
Основные виды РЗА:
- Дистанционная (ДЗ): используется на сложных объектах, где МТЗ не справляется, в случаях, когда ток КЗ сопоставим с током допустимого режима работы защищаемого элемента сети. Этот вид защиты способен вычисли расстояние до участка, где зафиксирован аварийный режим работы и сработать с требуемой выдержкой времени, зависимой от расстояния.
Микропроцессорный терминал РЗА
- Дифференциальная токовая защита: на выходе и входе сравниваются показатели токов. Если есть расхождение, превышающее значение уставок (заданных значений) – активируется защита. Данный вид применим для защиты монтажа устройств, таких как генераторы, трансформаторы, шины.
- Дифференциально-фазная (ДФЗ): производится проверка фаз по краям линии питания. Если есть превышение заданного значения тока, подача электроэнергии прекращается.
- Защита минимального напряжения: если показатели критического значения снижены, производится отключение электрооборудования. Данный вид подразделяется на групповую и индивидуальную защиты.
Групповая защита минимального напряжения отключает группу энергопотребителей. Применяется в основном на электростанциях с целью обеспечения надежной деятельности дорогостоящих установок, оборудования, при наличии угроз спонтанного снижения напряжения. Аналогичный принцип работы и у индивидуальной защиты, но отсоединение от сети производится у одного энергопотребителя. - Защита максимального напряжения. Создаются по принципу минимальных с теми же измерительными органами, но само реле напряжения настраивается на срабатывание по уставке увеличения, превышающей определенный, допустимый уровень напряжения для работающей схемы.
- Логическая (ЛЗШ): обеспечивается защита шин. Ее задача – отключить короткое замыкание на шинах РУ за минимально возможное время, ограничивающееся только собственным временем срабатывания электронной части терминала. Обычно это от 0,1 до 0,15 с.
Программируемый логический контроллер
- Максимальная токовая защита (МТ): включение происходит при достижении максимально определенного значения величины тока, которое было введено при установке.
- Направленная максимальная токовая защита (МТЗ): помимо настройки тока, производится контроль за показателями направления мощности.
Устройство дистанционной защиты
- Автоматическая частотная разгрузка отключает наименее важные энергопотребители в случае снижения частоты тока в сети.
- Автоматическое повторное включение — применяется на линиях электропередач более 1000 вольт, а также в сборках ТТ, электродвигателей и шин подстанций. Повторно запускает отключенный в результате работы АВР выключатель через указанное время.
- Автоматический ввод резерва (АВР) – используется для подключения к резервному источнику питания, если на рабочем источнике питания зафиксирован аварийный режим.
- Устройство резервирования при отказе выключателя (УРОВ) также применятся для сетей, напряжение которых превышает 1 кВ. Если выключатель поврежденного участка выдаст отказ на отключение, УРОВ отключит следующий, во избежание аварии.
Каждый комплект защиты можно поделить на две части:
- Реагирующая часть (Измерительные органы) – основная часть, состоящая из элементов, отслеживающих параметры защищаемой сети и передающие сигналы и команды на логическую часть.
- Логическая часть (Оперативная) – принимает сигналы от измерительной части и если их значения, последовательность, сочетание и прочее активирует заранее запрограммированный алгоритм.
- Устройство релейной защиты и автоматики: основные элементы РЗА
Устройство релейной защиты и автоматики схематично выглядит следующим образом:
1. Электрический сигнал
2. Блок наблюдения электрических процессов.
Ведущая задача блока – мониторинг устройствами (трансформаторы напряжения и тока, датчики и т.д.) электрических процессов, проходящих в электросистемах. Сигналы выхода для сверки с показателями настроенных значений (уставок) и отклонений предоставляются напрямую блоку логики. Сигналы данного блока могут оцифровываться и передаваться дальше.
3. Блок логики и анализа.
Задача блока – производить сравнение входящих сигналов с предельными значениями уставок. Небольшие несовпадения активируют защиту.
4. Исполнительный блок
Задача блока – переключение цепей электроустановки по конкретной схеме действий с принципом исключения дефектов энергооборудования и удара электрическим током. Данный блок постоянно активен к моментальному поступлению сигналов от блока логики.
5. Сигнальный блок.
Задачи блока – оповещения при аварийной ситуации с использованием специальных сигнальных устройств визуального, звукового и светового уведомления; сохранение данных о происходящих процессах, так как скорость человеческой реакции намного ниже отклика сигнальных приборов оповещения на процессы электроустановок.
Требования к устройствам РЗА
1. Селективность. Если возникает угроза короткого замыкания, релейная защита лишает питания только конкретный участок. Прочие элементы энергосистемы должны непрерывно функционировать.
Требование состоит из двух подпунктов:
- относительная селективность – максимально-токовая и дистанционная защита;
- абсолютная селективность (избирательность): охватывает все виды дифференциальных защит. Обнаружить и локализовать участок с неисправностью можно в структуре сети любой сложности.
2. Надежность. РЗА должна следовать своим охранным функциям: обеспечивать бесперебойность реакции на протяжении всего периода использования при любых внешних условиях.
Надежность обслуживания и эксплуатации РЗ рассматривается в трех случаях:
- в ситуации внутреннего короткого замыкания в рабочей зоне;
- в ситуации внешнего короткого замыкания за пределами рабочей зоны;
- в ситуации исправной работы.
Выделяется эксплуатационная и аппаратная надежность устройств.
3. Быстродействие. От скорости реакции на отсоединение аварийного участка или элемента электросети сети зависит устойчивость всей энергосистемы. Промежуток времени обесточивания аварийного участка делится на две составляющих:
- срабатывание защиты (применяется в ситуации дальнего расположения защиты);
- действие привода выключателя.
4. Чувствительность. Функция РЗ активно реагировать на любые отклонения от нормального, установленного режима. Типы всевозможных повреждений определяются по минимальному порогу уставок, прибегая к расчетам с коэффициентом 1,5-2.
Эксплуатация и обслуживание устройств РЗА
Обслуживание релейной защиты и автоматики осуществляется оперативным персоналом и включает:
- проверку правильности расположения переключающих устройств на панелях и шкафах РЗА, крышках испытательных блоков;
- проверку исправности предохранителей или автоматических выключателей в цепях управления и защит;
- проверку функциональности устройства релейной защиты по параметрам, имеющимся на аппаратах и панелях (шкафах) устройств внешней сигнализации и приборов;
- анализ результатов опробования выключателей и иных аппаратов;
- проверку обменных сигналов высокочастотных защит;
- проведение измерения контролируемых показателей устройств высокочастотного телеотключения, низкочастотной аппаратуры каналов автоматики, высокочастотной аппаратуры противоаварийной автоматики;
- проведение измерения напряжения небаланса в защите шин и устройств контроля изоляции вводов;
- проведение измерения напряжения небаланса в разомкнутом треугольнике трансформатора напряжения;
- проверку результатов опробования устройств автоматического повторного включения, автоматического включения резерва и фиксирующих приборов;
- выполнение активации часов автоматических осциллографов и т.д.
Работы в функционирующих электроустановках со сложными связями или требующих управления некоторых периодов работ, производятся по программам, направленным на обслуживание релейной защиты и автоматики. За составление программ отвечают специалисты, отвечающие за обеспечение порядка работ релейной защиты в действующих электроустановках. Программы гарантируют исключение снижения надежности работы электростанций и подстанций, следуют требованиям безопасности персонала, проводящего данные операции.
На все работы по ТО и испытаниям устройств, обслуживание РЗА действующих электроустановок оформляются оперативные заявки.
Какие устройства РЗА производит СВЭЛ
Группа СВЭЛ производит оборудование релейной защиты и автоматики: шкафы релейной защиты, автоматики, управления и сигнализации с функциями РЗА подстанционного оборудования напряжением 35 кВ.
Изготовление шкафов ШЭ-СВЭЛ проходит в соответствии с Техническими условиями 0ЭТ.606.001 ТУ и в соответствии с требованиями технического регламента Таможенного союза «О безопасности низковольтного оборудования» (ТР ТС 004/2011).
Функционал шкафа зависит от установленных устройств микропроцессорной защиты и автоматики. Описание логики работы устройств находится в Руководстве по эксплуатации.
Гарантийный срок службы устройств не менее 25 лет. Данный срок указан с условием выполнения требуемых технических процедур обслуживания и замен материалов и комплектующих с меньшим сроком службы.
Преимущества РЗА производства СВЭЛ
Шкафы ШЭ-СВЭЛ имеют массу преимуществ:
- многофункциональность;
- простота настройки и эксплуатации;
- эффективная система самодиагностики;
- экономичное энергопотребление.
В комплектации объединены несколько типов защиты для электроустановок, регистрация аварийных состояний происходит с точным определением их местоположения в электросети. Установка оборудования для эксплуатации требует минимальных временных затрат.
Сотрудничество с сертифицированным поставщиком – залог четкой и продуктивной работы. Практика показала, что в электроэнергетической отрасли не стоит пренебрегать устройствами релейной защиты и автоматики, это чревато дополнительными расходами и издержками.