Основные требования, предъявляемые к релейной защите

К релейной защите предъявляются такие основные требования.

1. Быстродействие.

2. Селективность.

3. Чувствительность.

4. Надежность.

1. Быстродействие

Быстродействие - это свойство релейной зашиты отключать повреждение с минимально возможной вы­держкой времени. Как уже указывалось. Быстрое отключение поврежденного оборудования (участка элек­трической установки) предотвращает или уменьшает размеры повреждений, сохраняет нормальную рабо­ту потребителей неповрежденной части установки, предотвращает нарушение параллельной работы гене­раторов. Длительное протекание тока короткого замыкания может привести к повреждению неповрежден­ных участков оборудования, линий, трансформаторов по которым протекает ток короткого замыкания из-за термического перегрева оборудования. Допустимое время протекания тока через оборудование, не вызы­вающее его повреждения указываются в ГОСТах на оборудование.

При этом считается, что за время АПВ температура провода существенно не снизится и время воздейст­вия тока на нагрев провода суммируется. Для более точных расчетов следует использовать специальные методики.

Для обеспечения устойчивости параллельной работы генераторы, трансформаторы, линии электропере­дачи, по которым осуществляется параллельная работа, и все другие части электрической установки или электрической сети, должны оснащаться быстродействующей релейной защитой. Современные устройст­ва быстродействующей релейной защиты имеют время действия 0.02-0,1 секунды.

Для распределительных сетей такое быстродействие необязательно. Оно определяется термической ус­тойчивостью, но и в этом случае следует стремиться к минимально возможной выдержке времени. Время срабатывания быстродействующей ступени защиты должно составлять 0.05-0.1 секунды.

2. Селективность или избирательность

Селективностью называется способность релейной защиты выявлять место повреждения и отключать его только ближайшими к нему выключателями (см, рис. В.1).

Рис. В.1 Схема электроустановки к пояснению принципа селективности релейной зашиты. Так. при КЗ в точке К1 (рис. В.1) для правильной ликвидации аварии должна подействовать зашита только на выключателе Q1 и отключить этот выключатель. При этом остальная неповрежденная часть электриче­ской установки останется в работе. Такое избирательное действие защиты называется селективным. Если же при КЗ в точке К1 раньше защиты выключателя Q1 или одновременно с ней подействует защита выключателя G4 и отключит этот выключатель, то ликвидация аварии будет неправильной, так как, кроме поврежденного электродвигателя М1 останется без напряжения неповрежденный электродвигатель М2. Такое действие защиты называется неселективным.

Из рис. В.1 видно, что если при КЗ в точке К1 подействует неправильно зашита выключателя Q5 и отклю­чит этот выключатель, то последствия такого неселективнсго действия будут еще более тяжелыми, так как без напряжения останутся оба неповрежденных электродвигателя М2 и МЗ.

В ряде случаев одновременное выполнение требований селективности и быстродействия вызывает серь­езные трудности и требует существенного усложнения зашиты. В таких случаях в первую очередь обеспечивается выполнение того из требований, которое в данных конкретных условиях является определяю­щим.

По принципу действия зашиты могут иметь абсолютную селективность (срабатывают только при КЗ в защищаемой зоне), или относительную селективность (могут работать в качестве резервных при КЗ на смежных участках).

Примером защит с абсолютной селективностью могут служить газовая (ГЗ) и дифференциальная зашиты трансформатора (ДЗТ), а защит с относительной селективностью - максимальная токовая зашита (МТЗ). Применяется несколько способов обеспечения селективности.

Селективность по принципу действия. Защита принципиально не срабатывает при коротком замыка­нии вне зоны действия, например зона действия дифзащиты ограничивается местом установки ее транс­форматоров тока.

Селективность по чувствительности. Ток, напряжение или сопротивление срабатывания выбирает­ся таким образом, чтобы зашита не действовала при коротком замыкании на смежной линии, или за трансформатором - токовая отсечка.

Селективность по времени. Выдержка времени каждой предшествующей зашиты (например, макси­мальной токовой защиты) вбирается на ступень селективности больше чем последующая. Поэтому она не успевает сработать, так как ее опережает зашита последующей линии при коротком замыкании на ней. Этот принцип наиболее прост, однако имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что вы­держка времени растет по мере приближения к источнику питания, а значит возрастания тока. Это проти­воречит принципу быстродействия, поэтому приходится выбирать, какой принцип - быстродействие или селективность важнее. Значительно улучшает положение применение ступенчатых зашит или зашит с за­висимой выдержкой времени. Использование ступенчатых зашит будет изложено при рассмотрении прин­ципов выполнения зашиты оборудования. Величина ступени селективности определяется точностью за­шиты, быстродействием примененного выключателя и для современных микроэлектронных или микропро­цессорных зашит составляет 0.2-0.3 сек.

3. Чувствительность

Чувствительность - это свойство защиты надежно срабатывать при КЗ в конце защищаемого участка в минимальном режиме работы системы.

Защита должна обладать такой чувствительностью к тем видам повреждений и нарушений нормального режима работы данной электрической установки, или электрической сети, на которые она рассчитана, что­бы было обеспечено ее действие в начальный момент возникновения повреждения, чем сокращаются размеры повреждения оборудования в месте КЗ.

Чувствительность защиты должна также обеспечивать ее действие при повреждениях на смежных участ­ках. Так, например, если при повреждении в точке К1 (рис. В.1) по какой-либо причине не отключится вы­ключатель G1. то должна подействовать зашита следующего к источнику питания выключателя Q4 и от­ключить этот выключатель. Такое действие защиты называется дальним резервированием смежного или следующего участка.

Чувствительность защиты оценивается коэффициентом чувствительности, определяемым как отношение минимального значения контролируемой величины при КЗ в конце защищаемого участка к уставке защиты (Кч >1). Коэффициенты чувствительности защит нормируются ПУЭ, и величина их составляет для КЗ в защищаемой зоне К_ч=1.5; в зоне резервирования — К„=1,2. для быстродействующих дифференциальных зашит К_н=2.

Ток срабатывания защиты должен быть меньше тока короткого замыкания на величину, определяемую ко­эффициентом чувствительности (К_ч). Уставка по напряжению и сопротивлению должна быть больше пара­метров напряжения и сопротивления срабатывания на такую же величину. Коэффициент чувствительности учитывает погрешности реле, расчета параметров, влияние переходного сопротивления и электрической дуги в месте КЗ.

4. Надежность

Надежность - это свойство защиты гарантированно выполнять свои функции на протяжении всего периода эксплуатации. Зашита должна правильно и безотказно действовать на отключение выключателей обору­дования при всех его повреждениях и нарушениях нормального режима работы, для зашиты от которых она предназначена, и не действовать в нормальных условиях, а также при таких повреждениях и наруше­ниях нормального режима работы, при которых действие данной защиты не предусмотрено, и должна действовать другая защита. Требование надежности обеспечивается совершенством принципов защиты и конструкций аппаратуры, добротностью деталей, простотой выполнения, а также уровнем эксплуатации. Требуемое состояние устройств защиты поддерживается плановыми проверками релейной защиты, при которых необходимо выявить и устранить возникшие дефекты. У современных микропроцессорных и микроэлектронных устройств защиты существуют встроенные системы автоматической и тестовой проверки, позволяющие быстро выявить появившиеся неисправности, и тем самым предотвратить отказ или непра­вильную работу защиты. Глубина таких проверок может быть большой, но не достигает 100%. Поэтому, наличие тестовых проверок или автоматического контроля не исключает необходимости плановых прове­рок, не существенно уменьшают частоту и объем их проведения.

Для дальнейшего повышения надежности применяют принципы ближнего или дальнего резервирования. Ближнее резервирование обеспечивается установкой на данном присоединении второй, резервной заши­ты, а для резервирования отказа выключателя — применение специального устройства резервирования отказа выключателя (УРОВ). При дальнем резервировании отказ защиты и выключателя резервируется резервной зашитой на вышестоящем, предшествующем элементе. Дальнее резервирование обеспечить в ряде случаев принципиально сложно, а то и невозможно. Поэтому. ПУЭ (л.1) допускает отказ от дальнего резервирования защитами линий питаемых от них отпаечных трансформаторов, а также, зашитой ввода -фидеров, отходящих от шин НН, СН подстанции. При отсутствии такого резервирования, последствия от­каза нерезервируемых защит очень тяжелы; это выгорание секций шин и трансформаторов на питающих подстанциях, выгорание отходящей линии на большом протяжении. Поэтому, следует стремиться к приме­нению дополнительных средств ближнего и дальнего резервирования, и отказываться от него только при полной технической невозможности. Затраты на дополнительные устройства рано или поздно себя окупят за счет спасения дорогостоящего оборудования.