Основы релейной защиты

В сетях промышленных предприятий для защиты линий, трансформаторов, двигателей и преобразовательных агрегатов применяют релейную защиту (основной вид электрической автоматики), которая призвана ограничить или полностью устранить в системе электроснабжения возможные нарушения нормального режима работы.

Требования к релейной защите, основные понятия и определения

Аварийные режимы, в системах электроснабжения промышленных предприятий, могут вызывать повреждения оборудования и нарушения синхронизма работы генераторов электростанций. Для предотвращения последствий и развития нештатных (аварийных) ситуаций используют совокупность автоматических устройств, которые объединяют под общим названием релейная защита (РЗ).

Устройства РЗ состоят из отдельных функциональных элементов, связанных между собой общей схемой (рис. 1) и предназначенных для решения стоящих перед ними задач.

Рис. 1. Структура РЗ.

Входной (воздействующей) величиной для РЗ является электрический параметр, определяемый типом релейной защиты. Так, например, для максимально токовых защит, таким параметром является ток ( ), проходящий через защищаемый элемент электроэнергетической системы (ЭЭС). Если величина превысит установленное значение ( ), то происходит срабатывание пускового органа РЗ. Выходной сигнал с этого блока ( ) поступает на логическую часть защиты (например, реле времени). При срабатывании логической части защиты вырабатывается сигнал , поступающий на исполнительную часть защиты, выполняющую функцию усилительного органа (например, промежуточное реле).

При реализации более сложных видов защит, в качестве входных параметров могут использоваться несколько воздействующих величин.

Релейная защита должна удовлетворять следующим требованиям:

1. Селективность (избирательность) – способность РЗ отключать только защищаемый элемент ЭЭС, несмотря на то, что ток КЗ протекает и по другим неповреждённым элементам.

2. Быстродействие – способность с минимально допустимым временем производить отключение повреждённого участка.

3. Надёжность – способность защиты безотказно действовать в пределах установленной для неё зоны и не должна срабатывать ложно в режимах, при которых действие данной РЗ не предусмотрено.

4. Чувствительность – способность РЗ реагировать на те отклонения от нормального режима, которые возникают в результате повреждения. Например. На рис. 2 изображён участок ЭЭС с установленными токовыми защитами РЗ1 и РЗ2, которые отличают нормальный режим от режима КЗ по возрастанию тока.

Рис.2. Схема участка ЭЭС и размещение токовых защит.

РЗ1 служит для защиты линии АВ, а РЗ2 – ВС. Однако в случае возникновения на шине С (в точке К2) КЗ и отказе защиты РЗ2 ликвидация повреждения должна осуществлять РЗ1, т.е. РЗ1 должна «чувствовать» КЗ в конце смежной линии, чтобы она смогла выполнить функции резервирования РЗ2.

Для токовой защиты ток срабатывания защиты - наименьший первичный ток, при котором приходит в действие пусковой орган защиты. должен быть меньше . Для защит от междуфазных КЗ чувствительность проверяется по наименьшему току для двухфазного КЗ:

, (1)

где .

Коэффициент чувствительности ( ) защиты характеризует отношение величины контролируемого параметра в режиме КЗ к величине порога срабатывания защиты, т.е. определяет, во сколько раз минимальный ток КЗ больше :

. (2)

для основных защит (для К1 РЗ1 является основной, см. рис. 2). для резервной защиты (для К2 РЗ1 является резервной).

В качестве измерительных преобразователей (датчиков) для РЗ используют трансформаторы тока и напряжения. В устройствах релейной защиты обмотки трансформаторов тока (ТА) и реле соединяются по определённым схемам. Поведение реле, при этом, зависит от характера распределения тока по обмоткам реле при различных видах КЗ. При выполнении максимальных токовых защит (МТЗ) и токовых отсечек (ТО) используют следующие схемы:

1. Трёхфазная трёхлинейная схема полной звезды для защит сетей с глухозаземлённой нейтралью от всех видов КЗ (рис. 3а).

2. Двухфазная двухрелейная (трёхлинейная) в схемах в качестве защиты от междуфазных замыканий в сетях с изолированной нейтралью (рис. 3б).

3. Двухфазная однорелейная схема в качестве защиты от междуфазных КЗ для неответственных потребителей (рис. 3в).

4. Фильтр токов нулевой последовательности для выполнения защит от замыканий на землю в сети с глухозаземлённой нейтралью (рис. 3г).

а)	б)	в)	г)

Рис. 3. Схемы соединения ТА и обмоток реле:

а – трёхфазная трёхлинейная схема полной звезды; б – двухфазная двухрелейная; в - двухфазная однорелейная; г – фильтр токов нулевой последовательности.

Для питания цепей релейной защиты, автоматики и измерения обмотки трансформаторов напряжения (TU) соединяют по определённым схемам. Выбор схемы зависит от того, какое напряжение необходимо получить – фазное, линейное или напряжение нулевой последовательности (рис. 4).

Рис. 4. Схемы соединения TU.

Классификация РЗ

По элементной базе

Варианты построения РЗ.

1. На микропроцессорной базе. Современное развитие РЗ основано на использовании микроконтроллеров и ЭВМ, которые позволяют осуществлять реализацию арифметико-логического преобразования информации о состоянии ЭЭС с помощью аналитических выражений.

Важным достоинством использования электронных вычислительных машин является возможность выполнения защиты любой сложности с применением автоматического тестового контроля. Недостатком является относительно низкая надёжность и сложность аппаратуры.

2. На полупроводниковой базе. Полупроводниковые диоды и триоды стали основой создания релейной защиты и автоматики второго поколения. Использование полупроводниковой элементной базы в устройствах релейной защиты и автоматики позволяет повысить их быстродействие, уменьшить массу и габаритные размеры. Наиболее существенный недостаток полупроводников - зависимость их параметра от температуры.

3. На простейших устройствах, использующие электромеханические и электротепловые элементы (электромеханические реле).