Релейная защита: что это такое и когда применяется. инструкция подключения системы и особенности расчета ее характеристик

РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА Защита линий электропередачи

Основные понятия. Релейная защита (РЗ) является важной частью автоматики, с помощью которой происходит обнаружение неисправностей в электроустановках и подача сигнала на их отключение или оповещение дежурного персонала.

Релейная защита выполняется с помощью различных реле, реагирующих на ток, напряжение, мощность или другие электрические параметры. Получили распространение реле с электромагнитным и индукционным принципами действия, а также поляризованные, магнитоэлектрические и полупроводниковые реле на электронной элементной базе.

Реле подразделяются на первичные и вторичные, прямого и косвенного действия. Первичные реле включаются непосредственно в защищаемую цепь (рис. 23.1, а), вторичные— через трансформаторы тока или напряжения (рис. 23.1,6). Реле прямого действия воздействуют непосредственно на расцепитель механизма привода выключателя (рис. 23.2, а), а реле косвенного действия подает сигнал на подачу оперативного тока (напряжения) на каnушку расцепителя (рис. 23.2, б).

Комплект РЗ состоит из пусковых органов, непосредственно и постоянно контролирующих состояние и режим работы защищаемого оборудования, и логической части, которая выбирает режим работы РЗ. Пусковыми органами являются реле тока, напряжения, мощности и др.; логическая часть в основном состоит из реле времени, промежуточных и указательных реле. В отдельных случаях пусковая и логическая части РЗ выполняются как одно целое.

Для быстрого отключения линии, на которой произошло короткое замыкание, она оборудуется РЗ, реагирующей на все виды КЗ и действующей на отключение выключателей. В системах электроснабжения, как правило, линии работают по схеме одностороннего питания. Для их защиты используют максимальную токовую защиту, токовую отсечку и токовую поперечную дифференциальную защиту параллельных линий.

Максимальная токовая защита.

Это наиболее простая по устройству и поэтому широко распространенная защита. Она устанавливается в начале линии со стороны источника питания (рис. 23.3).

При увеличении тока в линии больше тока срабатывания защиты с выдержкой времени t3 подается сигнал на отключение выключателя (рис. 23.4).

В электрических сетях с незаземленными нейтралями трансформаторов токи ОКЗ небольшие и предыдущая схема по условиям чувствительности непригодна. Поэтому в этих сетях устанавливают специальную защиту, а чаще вместо нее предусматривают специальное устройство контроля состояния изоляции сети по отношению к земле с действием на сигнал (рис. 23.6,6).

На кабельных линиях защита от замыканий на землю выполняется с помощью специальных трансформаторов тока нулевой последовательности. Последний состоит из кольцевого сердечника, надеваемого на трехжильный кабель, и вторичной обмотки в виде

Наибольшую трудность представляет отстройка дифференциальной защиты от бросков намагничивающего тока и тока небаланса при внешних КЗ. Защита воспринимает броски намагничивающего тока, возникающие при включении трансформатора в сеть на холостом ходу или при отключении трансформатора от сети как КЗ в защищаемой зоне.

Намагничивающий ток во время переходного промежутка времени содержит значительную апериодическую составляющую, которая медленно затухает. Для отстройки от бросков намагничивающего тока в схеме защиты устанавливают быстро насыщающийся трансформатор, который запирает защиту при наличии апериодической составляющей тока в дифференциальной цепи.

Токовая отсечка. На трансформаторах небольшой мощности токовая отсечка является дешевой и эффективной защитой. Защита состоит из токового реле, например, типов РТ-40, РТ-80, которые подключены через трансформаторы тока с питающей стороны силового трансформатора. Ток срабатывания реле выбирается таким, чтобы защита не работала при КЗ за трансформатором;

Газовая защита. Эта защита устанавливается на трансформаторах 1000 кВ-А и более; реагирует на все виды повреждения внутри бака трансформатора и при утечке масла из бака.

Газовая защита осуществляется с помощью специальных газовых реле поплавкового, лопастного или чашечного типа, которое устанавливается в маслопроводе между баком трансформатора и расширителем. При повреждении внутри бака под действием электрической дуги масло и изоляция разлагаются, образовавшиеся газы устремляются в расширитель, что вызывает движение масла и действие газового реле, Газовое реле содержит два контакта. Один из них реагирует на медленное газовыделение и подает сигнал о неисправности в трансформаторе, другой реагирует на интенсивное движение масла, обычно наблюдаемое при КЗ, и подает сигнал на отключение трансформатора.

Максимальная токовая защита. Защита предназначена для отключения трансформатора при внешнем КЗ и является одновременно резервной от внутренних повреждений. На двухобмоточном трансформаторе с односторонним питанием устанавливается один комплект защиты со стороны источника питания, действующей на отключение всех выключателей. Максимальная токовая защита трансформаторов выполняется пуском от напряжения, что позволяет отстроить защиту от токов перегрузки и повысить ее чувствительность.

Защита от перегрузки. Трансформаторы допускают относительно большие перегрузки, поэтому защита от перегрузки выполняется с действием на сигнал и состоит из реле тока и реле времени. Ток срабатывания выбирается из соотношения

Защита от замыкания на землю. Одним из вариантов такой защиты является установка трансформатора тока в нуле силового трансформатора (рис. 23.9). При КЗ обмоток трансформатора на землю в нулевой шине 1 протекает ток, и реле тока КА сработает и подаст сигнал на отключение Q1 и Q2. Ток срабатывания защиты выбирается из условия)

Защита трансформаторов 6—10—35/0,4—0,23 кВ. На них устанавливают максимально-токовую защиту, защиту от однофазных замыканий на землю на стороне НН и газовую защиту на трансформаторах мощностью 400 кВ-А и более, если они находятся внутри помещений.

Защиту от однофазных замыканий на землю осуществляют автоматическим выключателем с максимальным расцепителем, установленным на стороне НН (рис. 23.10, а), или трансформатором тока на нейтральном проводе при глухом присоединении трансформатора на стороне НН (рис. 23.10, б). Газовая защита с действием ее сигнала на отключение показана на рис. 23.10, в.

На рис. 23.11 приведены схемы защиты трансформаторов при установке на стороне ВН выключателей: (рис. 21.11, а, б) — схема с реле прямого действия типа РТМ, которое обеспечивает максимально-токо- вую защиту и защиту от однофазных замыканий на землю; (рис. 23.11,в) — защита, выполненная с реле косвенного действия типа РТ-80 с зависимой характеристикой.

Виды

Релейная автоматика может осуществлять контроль за следующими основными параметрами линии электропередач и оборудования и при достижении опасных значений выполняет его отключение:

Максимальный ток. При достижении тока выше определенного значения срабатывает отключающее реле.

Направление мощности. Такой вид контроля помимо величины тока учитывает его направление.

Разница токов на входе и выходе в оборудование. Он бережет генераторы и трансформаторы с помощью сравнения параметров на входе и выходе. При достижении опасных характеристик производится отключение потребителей.

Логические приборы определяют места коротких замыканий и позволяют отключить опасный участок.

Пониженное и повышенное напряжение. При наличии коротких замыканий напряжение понижается. Повышение напряжения может быть вызвано ударом молнии. Любое изменение напряжения опасно для оборудования и электрических сетей. При изменении значений автоматика отключает линию.

Автоматическая разгрузка линии при снижении частоты тока в ней. При снижении частоты тока в электросети автоматика отключает часть потребителей. При повышении частоты необходимо наоборот нагружать сеть, для снижения частоты вращения генератора.

Исходя из этого перечня выполняемых задач, становится понятно, для чего нужна релейная защита. Но существуют изделия, которые осуществляют не выключение, а автоматическое подключение потребителей. Оно может осуществляться для повторного включения энергоснабжения через заданный интервал времени или для автоматического ввода резервной мощности. В этом случае в сеть вводится дополнительные генерирующие мощности для компенсации дефицита.

Автоматическое регулирование возбуждения (АРВ)

процесс изменения по заданным условиям тока возбуждения электрических машин. Осуществляется на синхронных генераторах, мощных синхронных двигателях, синхронных компенсаторах, на генераторах и двигателях постоянного тока и на других специальных электрических машинах изменением напряжения на обмотке возбуждения. При этом изменяется сила тока возбуждения электрической машины и, как следствие, основной магнитный поток и эдс в обмотках якоря. АРВ синхронных генераторов осуществляется в основном с целью обеспечения заданного напряжения в электрической сети, а также для повышения устойчивости их параллельной работы на общую сеть. АРВ широко применяется в электроприводе постоянного тока для поддержания постоянства частоты вращения рабочего органа машины путём воздействия на ток возбуждения двигателя или питающего генератора.

Надежность ЛЗШ

ЛЗШ, с точки зрения тестирования на работоспособность, имеет отличие от прочих видов защит. Она редко срабатывает при испытаниях сотрудниками измерительных лабораторий. Объясняется это тем, что ЛЗШ отводится менее значимая роль, соответственно, она имеет более длительные по времени выдержки срабатывания и просто не успевает опередить другие виды защит.

Чаще всего логическая защита шин даёт сбой вследствие КЗ трансформатора тока либо его виткового замыкания. К счастью, происходит такое довольно редко. В этом случае трансформатор просто не в состоянии корректно измерить протекающий через контролируемую им шину ток. Поэтому не может сформироваться сигнал блокировки защиты ЛЗШ, что приводит к её непреднамеренному срабатыванию.

Важно! Перед отключением проводов от трансформатора тока его выводы требуется замкнуть между собой. В противном случае в обмотке ТТ возможно наведение высоковольтного потенциала, который опасен для жизни обслуживающего персонала и может привести к повреждению оборудования

ЛЗШ является сравнительно простой и действенной системой по обеспечению бесперебойной работы энергосистемы. Её применение ощутимо снижает негативные последствия аварийных ситуаций, а также существенно уменьшает риск их возникновения.

Из чего состоит ЛЗШ

Отвечая на вопрос «ЛЗШ защита что это», можно сказать, что она включает в себя сложный комплекс аппаратных и программных средств, предназначенный для отключения линии при внештатном режиме работы. Все их условно можно разделить на 3 категории:

1. Датчики – устройства, считывающие в реальном времени информацию о состоянии энергосистемы. Например, ток и напряжение на силовых шинах, частоту, сдвиг фазы и cosф нагрузки, а также температуру трансформаторов, окружающего воздуха и тому подобные показатели. Вся эта информация поступает в контроллер.
2. Микропроцессорные терминалы – вычислительный орган системы. С натяжкой его можно назвать компьютером. Внешне представляет собой небольшую коробку с экраном, отображаемым состояние сети, и множеством кнопок для настройки прибора и его взаимодействия с человеком.
3. Исполнительные органы – по аналогии с ПК это периферийные устройства. К ним относятся высоковольтные выключатели, вентиляторы и насосы систем охлаждения, различные приводы для коммутирующих устройств.

Упрощённо всё это работает следующим образом. На шинах подстанции возникает какая-либо внештатная ситуация, например, короткое замыкание. Трансформаторы тока регистрируют критическое превышение этого параметра. С них сигнал передаётся в микропроцессорный терминал, который его обрабатывает. При этом учитывается ток короткого замыкания, его продолжительность и ряд других характеристик. Затем терминал подаёт сигнал на исполнительный орган – вакуумный выключатель, который отключает участок линии, поражённый коротким замыканием.