Оборудование релейной защиты и автоматизации

Требования к релейной защите

Селективность

Система обязана локализовать неполадку до критического повреждения оборудования. Это качество характеризуется избирательностью системы или селективностью. Чем большее число различного типа датчиков, чем предусмотрительнее инженерный состав их расставил, тем больше вероятности, что лишь малая часть цепи окажется выведена из работы.

Особенно важным качеством это становится для защиты электростанций и подстанций. В указанном месте происходит ветвление цепи. И каждое направление содержит массу потребителей. Если отключить всех, ситуация примет характер аварии: потеря прибыли поставщика и абонентов. Торговые точки, магазины, кабинеты оказания услуг населения лишатся в этот день клиентов.

Чувствительность

На мощных линиях авария порой проходит незаметно. Ущерб составит значительную сумму. Пострадают и потребители. Следовательно, хорошая релейная защита призвана обеспечивать необходимую чувствительность, чтобы вовремя пресечь неприятные последствия.

Быстродействие

Чем быстрее действуют цепи реле, тем быстрее устраняется опасность. В масштабах системы это приобретает огромное значение. Станки не остановятся, транспорт продолжит движение. Для каждой системы быстродействие выбирается, исходя из наличествующих условий. К примеру, главенствующим фактором оказывается послеаварийная величина напряжения. Чем меньше остаток, тем быстрее полагается отключать абонентов.

С этой точки зрения максимально опасным считается короткое замыкание по двум или по всем трём фазам, если нейтраль глухо заземлена. В упомянутых случаях напряжение снижается максимально, а ток через кабель достигает ощутимых размеров. Реле, соответственно, призваны ответить на нештатную ситуацию скорейшим срабатыванием.

Вторым параметром считается общий вольтаж цепи:

1. От 6 до 10 кВ – время отключения 1,5…3 сек.
2. От 110 до 220 кВ – время отключения 1,15…0,3 сек.
3. От 300 до 500 кВ – время отключения 0,1…0,12 сек.

Что касается бытовой техники, она обычно через реле не защищается, вместо этого применяются автоматы и предохранители. Скорость срабатывания достаточно высока. Особенно у дифференциальных автоматов. Критерием достаточности скорости отключения цепи служит остаточное напряжение. Оно находится, разумеется, не натурным экспериментом, а расчётами.

Согласно ПУЭ требуется определить остаточное напряжение (после аварии в виде короткого замыкания) на выходах шин всех питающих линий: трансформаторы, генераторы, подстанции. Если цифра выходит менее 60% от номинала, полагается немедленно отключить цепь. Время отключения складывается из перечня элементов:

1. Скорость срабатывания выключателя (типичные значения находятся в справочниках).
2. Быстродействие цепи релейной защиты.

Соответственно, по имеющимся требованиям, перечисленным выше, и известной скорости срабатывания выключателя определяют быстродействие цепи релейной защиты. В дальнейшем параметр требуется предоставить, правильным образом подбирая оборудование. Защита, срабатывающая менее чем за 0,2 сек, считается быстродействующей. Но современные системы показывают минимум на порядок лучшие параметры, мгновенно вырубая питание.

Виды

Сначала опишем отдельно логическую защиту для шин, сокращенно — ЛЗШ. Принцип: сравнивает состояние защит питающих частей и отходящих фидеров (отводов кабеля). Образец алгоритма: защита на одном из последних отключилась, значит, на нем КЗ; не стартовала на них вообще — КЗ на шинных элементах. При КЗ на отводе активируются защиты (токовые расцепители) на нем и на узлах питания участка (вводы ТТ, выключатели сегмента).

Далее, по факту сработки происходит блокировка отключения питающих частей без паузы. При КЗ на шинных частях распределительной схемы запуск РЗ на отводах не происходит, и при активации таковой на питающих узлах она допускается без выдержки.

Остальные виды релейной защиты:

Классификация релейной защиты

Система классификации реле достаточно разнообразна. Далее мы рассмотрим основные признаки, по которым делятся реле (электровыключатель):

•  По типу подключения: электровыключатели, подключаемые в сеть без каких-либо вспомогательных устройств, называются первичными; реле, подключаемые с помощью вспомогательных устройств (например, трансформатор напряжения), называются вторичными.
• По типу работы: реле, в которых имеются подвижные компоненты, относят к электромеханическим/индукционным реле; электровыключатели без подвижных компонентов, называется статической (например, электронная, микропроцессорная и т.д.).
• По типу назначения: электровыключатели, осуществляющие замеры по различным физическим величинам – это измерительное реле (например, сила тока, температура, мощность и т.д.); механизмы, передающие действие на другие устройства, называются логическими/вспомогательными реле. Последняя группа реле также способна выдерживать время и т.д.
• По типу действия на управляемый компонент: электровыключатель, связанный автоматически с отключаемым прибором, относится к электровыключателям прямого влияния; реле, которые выполняют регулирование электроцепью электромагнитов, отключающие коммутационный прибор.

Если говорить о релейной защищенности, то здесь выделяют большое число типов РЗ, например:

1. Защита электроприборов и электроцепей, которая срабатывает на превышение заданного значения электрического тока, называется релейной токовой защитой. К ней относят: максимальную релейную токовую защиту (МТЗ) – обеспечивает защиту приборов от тока, который превышает номинальное значение. Токовую отсечку (ТО) – быстрое устранение КЗ, которые появляются перед рабочей зоной. Направленную максимальную токовую защищенность (НМТЗ) – в этом случае к защите приборов релейной от токов добавляется управление направления мощностей.
2. Если в трансформаторах повышается температура, которая сопровождается образованием газов и в результате этого происходит отключение питания приборов из сети. Такую защиту называют газовой.
3. РЗ, основанная на сравнении тока перед защищаемым участком и тока в конце этого участка, называется дифференциальной защитой.
4. Определение расстояния до точки возникновения КЗ с помощью сопротивления, такую релейную защиту называют дистанционной. Выделяют два подтипа дистанционной релейной защиты: 1) с использованием блокировки и высокой частоты; 2) с применением блокировки через оптический канал.
5. Релейная защита, основанная на отклике оптического датчика в следствии сильного освещения и датчика в результате возникновения высокого давления, такая защита называется дуговой.
6. Применяемая при определении КЗ в шинах защита, называется логической защитой шин (ЛЗШ). Она необходима для сокращения времени при отключении КЗ.
7. РЗ, основанная при сопоставлении токовых фаз на концах электролинии, называется дифференциально-фазной защитой (ДФЗ). При превышении заданной величины происходит срабатывание реле.

Кроме основных типов релейной защиты далее мы расскажем про типы автоматики в РЗ, которые по сравнению с релейной защитой не выключают, а включают электропитание после аварии.

1.  Автоматика, которая применяется чтобы, включить линию целиком или отдельную фазу линии после её отключения за счёт применённой защиты, называется автоматическим повторным включением (АПВ). Выделяют два подтипа АПВ: механическое и электрическое. Применяют в линиях электропередач при напряжении более 1 кВ, а также при сборке шин подстанций, электродвигателей и трансформаторах.
2. Автоматическое включение резерва (АВР), целью которого является бесперебойное снабжение приборов электричеством и позволяет моментально включать резервное оборудование.
3.  Если происходит снижение частоты в электросети и при этом происходит отключение сторонних электроприборов, то такой тип автоматики называется автоматической частотной разгрузкой.

Мы рассказали вам небольшую часть того, для каких целей и в каких областях применяется РЗ. Теперь осталось рассмотреть конструкцию РЗ.

Логическая защита шин (ЛЗШ): принцип действия, схема, реализация, видео

Логическая защита шин в настоящее время входит в состав практически любого микропроцессорного терминала РЗА. 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.

Почему именно ЛЗШ является наиболее эффективной защитой для этой части РУ? 

Первый вариант – применение дифференциальной защиты. Для ее реализации потребуются дополнительные обмотки трансформаторов тока на всех присоединениях секции. Их нужно соединить с дифференциальным реле, задача которого – в момент КЗ сложить токи, входящие на шины от фидеров питания и токи на отходящих присоединениях. В случае превышение током небаланса величины уставки реле дает команду на отключение.

К тому же трансформаторы тока с дополнительными обмотками дороже. Накладываются ограничения по проверкам РЗА присоединений: при случайной подаче тестового тока на него защита сработает ложно.

Он отличается от предыдущего тем, что используются трансформаторы тока только питающих линий и мощных потребителей. Но его применение, ко всему прочему, сильно ограничено.

Следующая возможность защитить шины – МТЗ питающих линий. В принципе, его и выполняют в подавляющем большинстве случаев. Но у этого вида защиты есть существенный недостаток. Для отстройки МТЗ от коротких замыканий на отходящих присоединениях ее выдержка времени должна быть больше, чем у МТЗ потребителей. На практике это 1 – 3 секунды.

С увеличением тока КЗ каждая секунда его действия становится фатальной для электрооборудования. Чем дольше горит дуга, тем больше разрушений она приносит.

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЗАЩИТНЫХ РЕЛЕЙНЫХ УСТРОЙСТВ

Защитные устройства на базе реле разнообразны и могут быть построены по отличающимся принципиальным схемам, реализованным на различной элементной базе.

Общим для всех устройств релейной защиты является наличие одних и тех же функциональных блоков:

• измерительных органов;
• логики;
  исполнительных устройств;
• сигнализации.

Измерительный орган реле получает в непрерывном режиме информацию о состоянии контролируемого объекта, которым может быть отдельная установка, элемент или участок электрической сети. Существует несколько подходов к классификации структурных блоков релейных защит.

Измерительные релейные органы иногда называют пусковыми, но это не меняет сути. Контроль состояния объекта заключается в получении и обработке технических параметров электроснабжения – тока, напряжения, частоты, величины и направления мощности, сопротивления.

В зависимости от значения этих параметров, на выходе релейного органа измерения формируется дискретный логический сигнал («да», «нет»), который поступает в блок логики.

Логический орган, получив дискретную команду релейного блока измерения, в соответствии с заданной программой или логической схемой формирует необходимую команду исполнительному блоку или механизму.

Блок сигнализации обеспечивает работу сигнальных устройств, которые отображают факт срабатывания релейного защитного комплекта или отдельного его органа.

Для успешного выполнения своего предназначения, УРЗА должны обладать определёнными качествами. Выделяют четыре основных требования, которые предъявляются к аппаратуре РЗ. Рассмотрим их по отдельности.

Селективность.

Это свойство защитных систем заключается в выявлении повреждённого участка электрической сети и выполнении отключений в необходимом и достаточном объёме с целью его отделения. Если в результате работы защитной автоматики произошло излишнее отключение оборудования системы электроснабжения, такое срабатывание автоматики называется неселективным.

Различают системы защитной автоматики с абсолютной и относительной селективностью. К первому типу относятся устройства, реагирующие только на нарушения режима строго в пределах защищаемого участка.

Примером такой защитной системы может служить дифференциальный токовый защитный комплект, срабатывающая только при повреждениях между точками сети, в которых контролируется разность токов.

Относительной селективностью обладают системы максимального тока, которые, как правило, реагируют на нарушения режима на участках, смежных с непосредственно защищаемой ими зоной. Обычно во избежание неселективного срабатывания, такие системы автоматики имеют искусственную выдержку времени, превосходящую время срабатывания защитных комплектов на смежных участках.

Примечание. Искусственной называют выдержку времени, создаваемую специальными органами задержки срабатывания (реле времени).

Быстродействие.

Отключение повреждённого участка или элемента сети должно быть осуществлено как можно быстрее, что обеспечивает устойчивость работы остальной части системы и минимизирует время перерыва питания потребителей.

Главным показателем быстродействия служит время срабатывания защищающего устройства, которое отсчитывается от момента возникновения аварийного режима до момента подачи защитой сигнала на отключение выключателя.

Иногда время срабатывания системы автоматики трактуют как время между возникновением повреждения и отключением повреждённого участка, то есть, включают в него время работы выключателя.

Это не совсем верно, так как выключатель не является частью УРЗА и по его параметрам нельзя оценивать эффективность релейной защиты сетей и систем электроснабжения.

То есть, учитывать время отключения выключателя необходимо, но следует помнить, что это не характеристика РЗ. Для справки можно заметить, что время отключения выключателя значительно больше времени срабатывания собственно реле автоматики (без учёта искусственной задержки).

Чувствительность.

Данное качество характеризует способность системы автоматики к гарантированному срабатыванию во всей зоне её действия при всех видах нарушений режима, на которые данная автоматика рассчитана. Чувствительность системы автоматики является точным численным показателем, значение которого проверяется в расчётных режимах с минимальными значениями параметров её срабатывания.

Надёжность.

Универсальная характеристика всех технических устройств, заключающаяся в способности РЗ функционировать длительно и безотказно. В соответствии со своим основным предназначением.

Назначение релейной защиты — ТОЭ, РЗА

В своём развитии РЗ прошла пять этапов:

• защиты при помощи предохранителей;
• защиты с использованием электромеханических реле;
• защиты на основе дискретных полупроводниковых элементов;
• защиты на основе аналоговых электронных микросхем;
• микропроцессорные защиты.

Основное назначение релейной зачиты

При проектировании и эксплуатации электрической системы необходимо учитывать вероятность возникновения аварий, которые в первую очередь могут привести к выходу из строя дорогостоющего оборудования, что, кроме всего прочего, сопровождается недоотпуском электроэнергии потребителям, недопустимым ухудшением ее качества и влечет за собой дополнительные потери средств на компенсации потребителям.

Аварии возникают вследствие обрыва и схлёстывания проводов, ошибки обслуживающего персонала, старения оборудования, заводских дефектов или загрязнения изоляции. Электрическая дуга в месте короткого замыкания способна вызывать пережоги, оплавления и разрушения электрооборудования.

Степень разрушения зависит от тока в дуге и от время её существования. Чтобы КЗ не вызвало большого ущерба, повреждённое электрооборудование необходимо как можно быстрее отключить.

Совершенно очевидно, что человек обслуживающий установку, не в состоянии за столь короткое время отреагировать на возникновение повреждения и устранить его. Поэтому электрические установки снабжаются специальными электрическими автоматами – релейной защитой.

Чтобы КЗ не вызвало большого ущерба, повреждённое электрооборудование необходимо как можно быстрее отключить, что и являет собой основное назначение релейной защиты.

Дополнительное назначение релейной защиты

К ненормальным режимам относят, прежде всего, перегрузки, замыкание на землю в сети с изолирующей нейтралью одной фазы, снижение или увеличение напряжения относительно предельных нормативных значений, качания в энергосистеме, понижение уровня масла в трансформаторе, выделение в нем газа и др.

В таких случаях повреждение не грозит немедленным разрушением защищаемого объекта, не нарушает непрерывности электроснабжения и не представляет угрозы по условиям техники безопасности, то устройства защиты могут действовать не на отключение, а на сигнал, предупреждающий дежурный персонал о неисправности что являет собой дополнительное назначение релейной защиты.

Аварийно-предупредительная сигнализация

На небольших подстанциях, где невелико количество коммутационных аппаратов, управляемых со щита, сравнительно невелико и общее количество подаваемых сигналов. На таких подстанциях, особенно в тех случаях, когда обслуживание их ведется с дежурством на дому, нет необходимости иметь два различных звуковых сигнала. Вполне достаточен один общий сигнал, подаваемый от любого вида сигнализации. На рис. 45 показана такая схема с одним общим звуковым сигналом (сиреной), выполненная с реле РИС-Э2М. Схема такого типа получила название аварийно-предупредительной. Здесь все сигналы подаются на одну шинку звуковой сигнализации ШЗС.

Поскольку на таких подстанциях в схемах управления обычно используются ключи без фиксации положений (рис. 31), то сигнал аварийного отключения на шинку ШЗС подается от контактов реле фиксации положения выключателя и реле РПО. Индивидуальным сигналом аварийного отключения является мигание соответствующей лампы сигнализации положения выключателя.

1 Февраль, 2021             

: 0
            
Прочесть статью
            

Рейтинг:

Органы и виды релейной защиты

Как известно,  релейная защита предназначена для скорейшего автоматического отключения неисправных или повреждённых элементов  электрической системы и своевременной сигнализации об отклонениях от нормального режима работы, но не требующих немедленного отключения.

Все функции релейной защиты исполняются следующими органами:

1. Реле контроля и защиты.
   Пусковые органы ведут постоянный мониторинг  состояния и режима работы защищаемого участка электрической сети и срабатывают при возникновении коротких замыканий и ненормальных режимах работы. В электрических схемах реализуются в виде токовых реле, реле напряжения, мощности и др.
2. Задачей измерительных органов является выявление места, характера повреждений  и  принятие своевременного решения о необходимости действия защиты. В электрических схемах реализуются в виде токовых реле, реле напряжения, мощности и др.
3. Логическая часть представляет собой схему, которая запускается в работу пусковыми органами, производит анализ действий измерительных органов и, на основе полученных данных выполняет предусмотренные протоколом действия. В электрических схемах реализуются в виде таймеров, логических элементов, промежуточных и указательных реле.

Для предупреждения превышения величины тока на защищаемом участке электрической сети используется токовая защита.  Это один из вариантов релейной  защиты, которая срабатывает  при превышении величины тока на защищаемом участке сети, по отношению к току срабатывания или уставке.  Принято  различать максимальную токовую защиту и токовую отсечку.

Максимальная токовая защита (МТЗ) выполняется таким образом, что бы величина тока её срабатывания превышала  максимальный рабочий ток не менее чем  1,2 – 2 раза ( с учётом коэффициентов надёжности,  возврата и самозапуска реле ). Это позволит исключить возможность ложного срабатывания релейной защиты в условиях нормальной работы сети.

Величина уставки по времени срабатывания релейной защиты отличается от предыдущей и последующей на величину ступени селективности  ∆t 0,2 – 1 секунд. Такая настройка позволяет первой сработать релейной защите, которая наиболее близко расположена к месту КЗ, а в случае отказа первой, сработает предыдущая, но через промежуток времени равный порогу селективности.

Важной характеристикой МТЗ принято считать её коэффициент чувствительности. Его определяют как отношение величины тока междуфазного КЗ к величине фактического тока срабатывания защиты

ПУЭ определяет эту величину не менее 1,5.

Токовая отсечка ( ТО ) – это вариант быстродействующей релейной защиты, срабатывающей без задержек времени, работа которой направлена  на отключение наиболее тяжёлых вариантов КЗ. Коэффициент надёжности применяемых реле определяет величину кратности тока срабатывания в 1,1 и 1,2 по отношению к величине расчётного тока трёхфазного КЗ. Следовательно, зона уверенного действия токовой отсечки покрывает только 20 % всей защищаемой линии.

Такая ограниченность  зоны действия является существенным недостатком  работы ТО. Такое положение дел привело к тому, что ТО применяется только совместно с МТЗ в качестве второй ступени.

Работа защиты минимального напряжения ( ЗМН ) основана на контроле величины напряжения между фазами.  При выходе из строя хотя бы одной фазы равенство напряжений между фазами нарушается – срабатывает механизм отключения и как следствие отключается напряжение питания.

Газовая защита устанавливается с целью защиты маслонаполненных трансформаторов от внутренних повреждений. При возникновении КЗ внутри трансформатора закипает масло и начинается усиленное выделение газов, что ведёт к повышению давления, что в конечном итоге может привести к выходу трансформатора из строя.

Газы направляются через реле, и под их давлением поворачивается чувствительный элемент, что ведёт к замыканию контактов. Далее вступает в работу типовая схема на отключение трансформатора.

Дифференциальную защиту принято считать основной автоматизацией релейной защиты трансформаторов и автотрансформаторов. Она характеризуется  абсолютной селективностью и быстродействием.

Принцип действия релейной защиты такого типа основан на сравнении величин токов, например, на разных концах защищаемого участка. Как только на защищаемом участке возникнет ток КЗ, сразу сформируется разностный ток и сработает система отключения. Недостатком служит необходимость отключения сразу после срабатывания.

Таким образом, виды и органы релейной защиты позволяют определить место возникновения КЗ и других нештатных состояний электрической сети,  своевременно локализовать повреждённый  участок и исключить его из работы.

Классификация

Всё разнообразие приборов релейной защиты классифицируется по следующим основным признакам:

По типу подключения они бывают первичными и подключаются непосредственно в электрическую сеть. Вторичные приборы подсоединяются в неё с помощью трансформатора, дающего гальваническую развязку.

По исполнению они выпускаются электромеханическими: в них сеть замыкается и размыкается с помощью механических контактов. В современных электронных аппаратах цепью управляют полупроводники, при этом не происходит физического размыкания контактов.

По назначению оно может выполнять две задачи: логическую и измерительную функции. Логические приборы принимают решение на основе изменяющихся внешних характеристик системы. Измерительные аппараты производят только замер её значений.

По методу работы приборы классифицируются на прямые и косвенные изделия. Изделия прямого действия механически связаны с блоком отключения, а косвенные управляют механизмом отключения электропитания.