Релейний захист. Види і пристрій. Робота і особливості

Згідно з правилами експлуатації електроустановок силові пристрої електричних мереж і електростанцій повинні бути забезпечені захистом від збоїв в експлуатації і струмів короткого замикання. Засобами захисту є спеціальні пристрої, виконані на основі реле, що виправдовує їх назва релейний захист і автоматика (РЗА). В даний час існує багато різних пристроїв, здатних в короткі терміни блокувати виникла аварію в електромережі, або подати попереджувальний сигнал про виникнення аварійного режиму.

Релейний захист працює найчастіше спільно з автоматикою, і їх пристрій взаємопов’язане зі специфічними видами аварійних режимів мережі:

  • Зменшення частоти струму, що виникає при раптової перевантаження генераторів внаслідок короткого замикання, або відключення частини інших джерел з мережі.
  • Підвищена напруга. Збільшення цього параметра на 10% зменшує термін служби ламп освітлення в два рази. Такий режим виникає при раптовій розвантаження мережі.
  • Струмовий перевантаження сприяє зайвому нагріванню ізоляції провідників і кабелів, створює іскроутворення в контактних з’єднаннях.

Види релейного захисту

Реле класифікуються за певними ознаками:

  • За методом підключення: первинні, які підключаються безпосередньо в ланцюг пристрою, і вторинні, які підключаються за допомогою трансформатора.
  • За типом виконання: електромеханічні, що складаються з рухомих контактів, що відключають ланцюг, і електронні, знеструмлюємо ланцюг з використанням напівпровідникових елементів.
  • За призначенням: вимірювальні, які виконують вимірювання параметрів, і логічні, які подають сигнали і команди інших пристроїв, виконують затримку за часом.
  • За методом роботи: прямої дії, які пов’язані з пристроєм відключення механічним шляхом, і непрямого дії, які керують електричним колом електромагніту, знеструмлюємо мережу живлення.

Релейний захист і автоматика бувають різних видів:

  • Максимальний струмовий захист, включається при досягненні певної величини струму, заданої при налаштуванні.
  • Спрямована найбільша струмовий захист, крім настройки струму враховує напрямок потужності.
  • Диференціальна, застосовується для захисту збірки генераторів, трансформаторів, шин шляхом порівняння величин струмів на виході і вході. При різниці, що перевищує задане значення, спрацьовує релейний захист.
  • Газова і струменевий, застосовується для знеструмлення трансформатора та інших пристроїв, що працюють в ємностях з маслом. При виникненні несправностей утворюється підвищена температура, і з масла виділяються гази, знижується діелектричне властивість масла і розкладається його хімічний склад. На такі аварійні режими спрацьовують механічні реле, які діють з урахуванням виникнення газу в ємності, а також речовин, що утворюються при розкладанні масла. При спрацьовуванні захисту подається команда на дію логічної схеми.
  • Логічна, захищає шини, застосовується для визначення місця короткого замикання на живильних лініях, які відходять від шин електростанції, і на шинах.
  • Дистанційна, що має блокування по оптичному каналу, є більш надійним способом захисту, на відміну від дистанційній захисту з ВЧ блокуванням, так як електричні перешкоди не мають великого впливу на оптичний канал.
  • Дистанційна з ВЧ блокуванням, застосовується для знеструмлення повітряних ліній при виникненні коротких замикань.

  • Дистанційна захист використовується в складних схемах мереж, де через чутливість і швидкодії не можуть застосовуватися прості види захистів. Дистанційна захист виявляє відстань до місця аварії або короткого замикання, і в залежності від відстані спрацьовує з більшою або меншою затримкою за часом. Сучасні нові системи захистів мають ступінчастими властивостями часу. Вони кожен раз не вимірюють величину опору для визначення відстані до аварійної ділянки, а тільки здійснюють контроль ділянки, на якому виявлено несправність.
  • Диференційно-фазна, використовується для контролю фаз по кінцях лінії живлення. При перевищенні налаштованого значення струму, реле обезструмлює лінію.
  • Захист мінімальної напруги. В аварійних режимах, особливо при короткому замиканні, можлива просадка напруги. Для забезпечення відключення електрообладнання при зниженні напруги нижче критичного значення призначена захист мінімальної напруги. Такий захист в свою чергу ділиться на групову та індивідуальну. Групова захист відключає групу споживачів за допомогою реле мінімальної напруги, яке працює спільно з проміжним реле, що відключає своїми силовими контактами цілу групу споживачів навантаження. Така релейний захист використовується найчастіше на електростанціях для створення надійності функціонування найбільш відповідального устаткування при короткочасному різкому зниженні напруги. Вона відключає на час падіння напруги менш відповідальне обладнання, для створення більш сприятливих умов відповідальних електричних пристроїв. Індивідуальний захист працює аналогічним чином, але відключає тільки один споживач.
  • Захист максимальної напруги. Є два види реле, які захищають споживачі від підвищеної напруги. Перший вид – це захист, що діє за принципом відводу удару блискавки по блискавковідводу на контур заземлення. Другий вид – це пристрої, що компенсують енергію розсіяним теплом в зовнішнє середовище. Вони не застосовують релейний основу, а діють відразу в силовій схемі. Захист максимальної напруги проектується за принципом мінімальних, з такими ж вимірювальними елементами, але реле налаштовується на спрацьовування по уставці підвищення напруги, що перевершує деякий допустиму межу напруги експлуатації ланцюга.

Деякі види автоматики призначені для подачі електроенергії, на відміну від релейного захисту:

  • Автоматична частотна розвантаження, вимикає електричні пристрої при зниженні частоти струму в мережі.
  • Автоматичне повторне включення, використовується на лініях електропередач понад 1000 вольт, а також в збірках трансформаторів, електродвигунів та шин підстанцій.
  • Автоматичне введення резерву, застосовується при комутації генератора в мережу в якості резервного джерела живлення електроенергією.

Релейний захист. Пристрій

Електромеханічні конструкції релейного захисту постійно модернізуються і вдосконалюються. Впроваджуються інноваційні технологічні розробки і проекти. У новітніх енергетичних системах об’єднані статичні, індукційні, електромагнітні пристрої з мікропроцесорними і напівпровідниковими елементами.

Однак основний зміст і порядок роботи релейного захисту для всіх нових пристроїв залишається незмінним. Схема структури релейного захисту показана на малюнку.

1 – Електричний сигнал
2 – Блок спостереження електричних процесів
3 – Блок логіки і аналізу
4 – Виконавчий блок
5 – Сигнальний блок

блок спостереження

Головною функцією цього блоку є моніторинг електричних процесів, що відбуваються в електричній системі, шляхом вимірювань такими пристроями, як трансформатори напруги і струму.

Сигнали виходу на блоці можуть передаватися безпосередньо логічного блоку для порівняння параметрів з налаштованими користувачем значеннями відхилень від нормальних значень, які називаються уставками. Також сигнали блоку спостереження можуть спочатку перетворюватися в цифровий вигляд, а потім передаватися далі.

блок логіки

У цьому блоці виконується порівняння надійшли сигналів з граничними значеннями уставок. Навіть незначне збіг цих параметрів між собою призводить до виникнення команди на спрацьовування захисту.

виконавчий блок

Цей блок весь час знаходиться в стані, готовому до спрацьовування, по командi блоку логіки. При спрацьовуванні здійснюються перемикання ланцюга електроустановки за запланованим алгоритму, який складений за принципом недопущення несправностей електрообладнання та ураження електричним струмом працівників.

сигнальний блок

В електричній системі всі процеси відбуваються дуже швидко, тому людина не в змозі сприймати їх. Щоб зберегти відбуваються в системі події, застосовують спеціальні сигнальні пристрої, які працюють шляхом звукового та візуального оповіщення, а також зберігають всі події, що відбуваються в пам’яті пристрою.

Всі види пристроїв після їх спрацювання переводяться в початковий стан оператором вручну. Це дозволяє гарантовано зберегти інформацію про дії автоматики і релейного захисту.

Принципи роботи

Релейний захист може мати порушення у своїй працездатності, які виражаються наступними факторами:

  • Помилкові спрацьовування при справній електричній системі і відсутності будь-яких ушкоджень.
  • Зайві спрацювання, коли не потрібно робота виконавчого блоку.
  • Пошкодження всередині пристрою захистів.

Щоб виключити відмови при функціонуванні релейного захисту, виробляються спеціальні вимоги до неї при проектуванні, установці, настройки з запуском в роботу, і технічному обслуговуванні:

  • Надійність функціонування.
  • Чутливість до моменту запуску обладнання.
  • Швидкодія (час спрацювання).
  • Селективність.

принцип надійності

Цей принцип визначається:

  • Безвідмовністю в експлуатації.
  • Придатністю до ремонту.
  • Довгим терміном служби.
  • Сохраняемостью.

Кожен з цих факторів має свою оцінку.

Обслуговування та експлуатація релейного захисту має три варіанти надійності по спрацьовуванню:

  1. При внутрішніх КЗ в робочій зоні.
  2. При виникненні зовнішніх КЗ за кордоном робочої зони.
  3. При роботі без несправностей.

Надійність пристроїв захисту буває:

  • Експлуатаційна.
  • Апаратна.

принцип чутливості

Цей принцип дає можливість визначити види передбачуваних розрахункових пошкоджень і ненормальних режимів енергетичної системи в робочій зоні захисту.

Кч = Iкз min / Iсз

Щоб визначити його числове значення, використовується коефіцієнт Кч, який розраховується відношенням найменшого струму короткого замикання робочої зони до величини струму спрацьовування. Релейний захист працює в нормальному режимі при:

Iсз < Iкз min

Найбільш прийнятна величина коефіцієнта чутливості знаходиться в діапазоні 1,5-2.

принцип швидкодії

Час знеструмлення пошкодженої ділянки складається з двох складових:

  1. Час спрацювання захисту.
  2. Час дії приводу вимикача.

Першу складову можна відрегулювати, починаючи від найменшого значення, яке залежить від пристрою захисту і числа застосовуваних елементів. Затримка за часом на спрацювання формується, шляхом впровадження в схему спеціальних реле, що мають можливість регулювання. Вона застосовується для найбільш віддалених захистів.

Пристрої, що знаходяться поруч з місцем несправності, повинні налаштовуватися на дію з найменшими можливими діапазонами часу на спрацьовування.

принцип селективності

Цей принцип по-іншому називається вибірковістю. За допомогою неї можна знайти і локалізувати місце виник пошкодження в структурі мережі будь-якої складності.

Наприклад, генератор виробляє і подає електроенергію різним споживачам, що знаходяться на ділянках 1, 2, 3, які оснащені кожен своїм захистом. При короткому замиканні всередині пристрою споживача на 3-ій дільниці, струм буде протікати по всіх пристроях захисту, починаючи від джерела живлення.

Але в такому разі доцільно буде відключити ланцюг ділянки, що має несправність електродвигуна, при цьому залишаючи в роботі інші справні споживачі. Для цього існують уставки релейного захисту, окремо для кожного ланцюга, ще на стадії проектування схеми захисту.

Пристрої захисту 5, 3-го ділянки повинні виявити ток несправності раніше, і оперативніше спрацювати, відключивши пошкоджену ділянку від ланцюга генератора. Тому значення струмових і тимчасових уставок на кожній дільниці знижуються від генератора до споживача, за принципом: чим далі від несправного місця, тим нижче чутливість.

В результаті виповнюється принцип резервування, який враховує можливість поломки будь-яких пристроїв, включаючи системи захисту нижчого рівня. Це означає, що при пошкодженні захисту 5 ділянки №3, при виникненні аварії повинні спрацювати пристрою захисту 3 або 4 ділянки 2. А ці ділянки в свою чергу підкріплені пристроями захисту ділянки 1.

Особливості управління релейного захистом

Релейний захист як окремий блок є самостійною схемою, проте він входить в загальні комплекси, які складають систему протиаварійного керування енергетичної системи. У такій системі всі елементи взаємопов’язані між собою і виконують поставлені завдання в комплексі.

Коротко перелік захисних функцій і робота автоматики зображені на схемі.

Вивчивши особливості експлуатації автоматики і релейного захисту, можна сказати, що необхідно постійно вдосконалювати знання і практичні навички, які потрібні при вступі до роботу нового обладнання для захисту.

Ссылка на основную публикацию