Повреждения и ненормальные режимы в системах электроснабжения

В системах электроснабжения могут возникать повреждения и ненормальные режимы работы электрооборудования электрических станций и подстанций, их распределительных устройств, ЛЭП, электроустановок потребителей.

Большинство повреждений в системах приводит к коротким замыканиям фаз между собой или фаз на землю.

В обмотках электрических машин и трансформаторов кроме КЗ бывают еще межвитковые замыкания.

· Возникновение КЗ является результатом нарушения изоляции электрооборудования

Повреждения сопровождаются значительным увеличением тока и понижением напряжения в элементах системы. Наиболее распространенными и наиболее опасными видами повреждений являются разного вида короткие замыкания, следствием которых могут быть:

1. Сильное понижение напряжения в значительной части системы, приводящее к нарушению нормальной работы большого числа потребителей электроэнергии и браку продукции;

2. Разрушение поврежденного элемента электрической дугой, возникающая при КЗ;

3. Разрушение оборудования в неповрежденной части системы в результате термического и динамического воздействия тока КЗ;

4. Нарушение устойчивости системы, когда ее нормальная работа может полностью парализоваться;

5. Электромагнитное влияние на линии связи, трубопроводы и другие коммуникации.

Повреждения нарушают работу энергосистемы и потребителей электрической энергии, а ненормальные режимы создают возможность возникновения повреждения или расстройства работы энергосистемы.

Для обеспечения нормальной работы системы и потребителей необходимо как можно быстрее выявлять и отделять место повреждения от неповрежденной сети, восстанавливая таким путем нормальные условия их работы и прекращая разрушения в месте повреждения. То есть возникает необходимость применении автоматических устройств, которые защищают систему и ее элементы от опасных последствий повреждений и ненормальных режимов.

При определении параметров срабатывания защит в сетях 6…35 кВ расчетным видом является наибольший трехфазный ток КЗ, а при оценке чувствительности защит – наименьший двухфазный ток КЗ, а однофазные замыкания на землю не сопровождаются значительным увеличением тока. В сетях 110 кВ и выше учитываются также значения токов КЗ на землю.

К ненормальным режимам работы электрооборудования относятся:

· Перегрузка оборудования, вызванная увеличением тока сверх номинального значения. Номинальным называется максимальное значение тока, допускаемое для данного оборудования в течение неограниченного времени. Если ток, проходящий по оборудованию, превышает номинальное значение, то за счет выделяемой им дополнительной тепловой энергии температура токоведущих частей и изоляции через некоторое время превосходит допустимое значение, что приводит к ускоренному старению изоляции и токоведущих частей.

· Повышение напряжениявозникает на трансформаторах, генераторах и линиях высокого напряжения и может быть передано в распределительные сети. В распределительных сетях появляются дополнительные причины для повышения напряжения: неправильная работа РПН, влияние емкостной компенсации при внезапном сбросе нагрузки. В ряде случаев, величина такого напряжения может оказаться опасной для оборудования: электронных устройств, бытовых приборов, двигателей и трансформаторов.

· Понижение напряжения особенно опасно для электродвигателей, которые для поддержания необходимой величины момента, увеличивают потребление тока, что приводит к их токовой перегрузке и выходу из строя. При понижении напряжения резко уменьшается светоотдача ламп накаливания и погасание газоразрядных ламп. Защита от понижения напряжения обычно применяется в сетях промышленного назначения, питающих электродвигатели, в особенности синхронные.

· Режим работы двумя фазами происходит при обрыве фазы или перегорании предохранителя в питающей сети (неполнофазный режим). Двигатели при этом могут остаться в работе, если электромагнитный момент, развиваемый двигателем больше момента сопротивления механизма или остановиться. В обоих случаях ток резко возрастает, что приводит к перегрузке и перегреву двигателя и выходу его из строя. Поэтому часто двигатели снабжаются специальной защитой от работы в неполнофазном режиме.

· Качания в энергосистемевозникают при нарушении синхронной работы генераторов электростанций. Синхронизм в ЭЭС нарушается, например, при затяжных отключениях близких КЗ. При этом вектор ЭДС генератора, вблизи которого произошло КЗ, начинает отставать от вектора напряжения сети и в линии возникают качания, сопровождающиеся колебаниями напряжения и уравнительными токами. Уравнительный ток периодически с частотой менее 1Гц изменяется от нуля до максимального значения, величина которого может даже превысить ток КЗ на данной линии.

1.4. Основные виды релейной защиты:

· Токовая защита – ненаправленная или направленная (МТЗ, ТО, МТНЗ).

· Защита минимального напряжения (ЗМН).

· Газовая защита (ГЗ).

· Дифференциальная защита (ДЗТ, ДЗЛ).

· Дистанционная защита (ДЗ).

· Дифференциально-фазная (высокочастотная) защита (ДФЗ).

Разновидности реле защитыВ релейной защите под термином реле обычно понимают автоматически действующее устройство, которое приходит в действие (срабатывает) при определенном значении воздействующей на него входной величины, которая называется уставкой реле. Так, например, реле максимального тока при увеличении тока в контролируемой цепи (куда включена токовая обмотка этого реле) до заданного значения, называемого током срабатывания (уставкой), замыкает своими контактами управляемую электрическую цепь.

Реле, действующее при возрастании величины, на которую они реагируют, называется максимальными, а реле, работающие при снижении этой величины, называются минимальными.

Устройства РЗ состоят из нескольких реле соединенных между собой по определенной схеме.

В схемах РЗ положение контактов указывается для условий, когда катушки реле не обтекаются током.

Реле подразделяются:

- По способу включения. Обмотки реле в схемах защиты могут включаться на ток и напряжение сети непосредственно или через измерительные трансформаторы тока или напряжения.

Реле, включаемые непосредственно в сеть, называются первичными. Реле, включаемые через измерительные трансформаторы, называются вторичными.

Рис.1.1. Способы включения реле

Наибольшее распространение получили вторичные реле.

Достоинства вторичных реле:

· изолированы от ВН;

· располагаются в удобном для обслуживания месте;

· выполняются стандартными на ток 5А и напряжением 100В, независимо от тока и напряжения первичной цепи.

Достоинства первичных реле:

· для их включения не требуется измерительных трансформаторов;

· не требуется источника оперативного питания;

· не требуется контрольных кабелей.

Первичные реле находят применения при защите электрических двигателей, мелких трансформаторов, ЛЭП малой мощности в сетях, где защита осуществляется по простейшим схемам и не требует большой точности.

- По способу воздействия на выключатель:

· Реле прямого действия, подвижная система которых механически связана с отключающим устройством коммутационного аппарата (РТМ, РТВ).

· Реле косвенного действия, которые управляют цепью электромагнита отключения коммутационного аппарата.

- По исполнению реле классифицируются:

· электромеханические или индукционные – с подвижными элементами;

· статические – без подвижных элементов (электронные, микропроцессорные).

Устройства релейной защиты состоят из следующих основных частей: пусковых органов, измерительных органов, логической части, исполнительной части.

Пусковые органы непосредственно и непрерывно контролируют состояние и режим работы защищаемого оборудования и реагируют только на возникновение КЗ и нарушение нормального режима работы. Пусковые органы выполняются с помощью реле тока, напряжения, мощности и др.

На измерительные органы возлагается задача определения места и характера повреждения и принятые решения о необходимости действия защиты. Измерительные органы также выполняются с помощью реле тока, напряжения, мощности и др. Функции пускового и измерительного органа могут быть объединены в одном органе.

Логическая часть представляет собой схему, которая запускается пусковыми органами и, сопоставляя последовательность и продолжительность действия измерительных органов, производит отключение выключателей мгновенно или с выдержкой времени, запускает другие устройства, подает сигналы и производит прочие предусмотренные действия. Логическая часть состоит в основном из элементов времени (таймеров), промежуточных и указательных реле и индикаторных светодиодов или жидкокристаллических дисплеев.

Исполнительная часть (выходной орган) выполняет действия на отключение (включение) выключателей или других внешних устройств.

Соответственно реле подразделяются на 2 группы:

· Основные реле – реагирующее на повреждение или ненормальный режим;

· Вспомогательные реле – действующие по командам основных реле.

Признаком повреждения или ненормального режима может служить изменение тока, напряжения, частоты и производных величин – мощности, сопротивления, угла между ними.

По назначению реле подразделяются:

· Измерительные реле. Для измерительных реле характерно наличие опорных элементов в виде калиброванных пружин, источников стабильного напряжения, тока и т.п. Опорные (образцовые) элементы входят в состав реле и воспроизводят заранее установленные значения (называемые уставкой) какой-либо физической величины, с которой сравнивается контролируемая (воздействующая) величина. Реле, срабатывающие при возрастании воздействующей на него величины называются максимальными, а реле, срабатывающие при снижении этой величины, называются минимальными.

· Реле тока (КА) реагируют на величину тока и могут быть:

o первичные, встроенные в привод выключателя (РТМ);

o вторичные, включенные через трансформаторы тока:

§ электромагнитные - (РТ-40),

§ индукционные - (РТ-80),

§ тепловые - (ТРА),

§ дифференциальные - (РНТ, ДЗТ),

§ на интегральных микросхемах - (РСТ),

§ фильтр - реле тока обратной последовательности - (РТФ).

· Реле напряжения (КV) реагируют на величину напряжения и могут быть:

o первичные - (РНМ);

o вторичные, включенные через трансформаторы напряжения:

§электромагнитные – (РН-50),

§на интегральных микросхемах - (РСН),

§фильтр - реле напряжения обратной последовательности - (РНФ).

Реле сопротивления (KZ) реагируют на величину отношения напряжения к току - (КРС, ДЗ-10);

· Реле мощности (KW) реагируют на направление протекания мощности КЗ:

o индукционные – (РБМ-170, РБМ-270),

o на интегральных микросхемах - (РМ-11, РМ-12).

Реле частоты (KF) реагируют на изменение частоты напряжения - на электронных элементах (РЧ-1, РСГ).

· Цифровые реле (A) - это многофункциональные программные устройства, одновременно выполняющие функции реле тока, напряжения, мощности и т.д.

Переход на цифровые принципы обработки информации в микропроцессорных реле не привел к появлению каких-либо новых принципов построения релейных защит, но существенно улучшил их эксплуатационные качества, такие как:

· Ускорение отключения КЗ благодаря существенному уменьшению ступени селективности по времени и точности работы ЦР (может дать экономию за счет применения проводов линии или кабелей меньшего сечения, выбранных по условию их термической стойкости).

· Многофункциональность ЦР. При малых габаритах одно ЦР заменяет от 10 до 20 аналоговых реле, а также несколько измерительных приборов, которые в совокупности выполняют такие же функции (экономия подсчитывается по стоимости реле, приборов и монтажных работ).

· малое потребление от измерительных трансформаторов тока и напряжения;

· возможность запоминания параметров аварийных процессов;

· сервисные возможности и непрерывная самодиагностика и высокая аппаратная надежность, практически исключающая возможность отказа защиты при КЗ и, как следствие, предотвращающая ущерб от недоотпуска электроэнергии. и самодиагностика.

Логические или вспомогательные реле подразделяются на:

· Реле промежуточные (KL) передают действие измерительных реле на отключение выключателя и служат для осуществления взаимной связи между элементами РЗ. Промежуточные реле предназначены для размножения сигналов, полученных от других реле, усиления этих сигналов и передачи команд другим аппаратам:

o электромагнитные постоянного тока – (РП-23, РП-24),

o электромагнитные переменного тока – (РП-25, РП-26),

o электромагнитные постоянного тока с замедлением при срабатывании или возврате – (РП-251, РП-252),

o электронные на интегральных микросхемах - (РП-18),

· Реле времени (KT) служат для замедления действия защиты:

o электромагнитные постоянного тока – (РВ-100),

o электромагнитные переменного тока – (РВ-200),

o электронные на интегральных микросхемах - (РВ-01, РВ-03 и ВЛ).

· Реле сигнальные или указательные (KH) служат для регистрации действия защит (РУ-21, РУ-1).

Контрольные вопросы

1. В чем заключается назначение релейной защиты?

1. Что называется замыканием и коротким замыканием?
2. Перечислите основные разновидности реле.
3. Назовите основные разновидности релейных защит.
4. Как разделяются реле по способу включения?
5. Как разделяются реле по исполнению?
6. Как разделяются реле по назначению?