Справочник строителя | Защита электрооборудования
Системы защиты электрических сетей
Электроустановки могут находиться в нормальны: эксплуатационных, анормальных (ненормальных) и аварийных режимах. Аварийные режимы по существу представляют собой повреждения и могу приводить к разрушению оборудования и токоведущих частей, пожарам и др. Наиболее распространенными аварийными режимами являются короткие замыкания. Анормальные режимы сами по себе еще не являются повреждениями, но при некоторой продолжительности могут перейти в аварийные. Наиболее распространенными анормальными режимами являются перегрузки по току и напряжению. Перегрузки по напряжению называются перенапряжениями.
В электрических сетях необходимо иметь систему защиты от аварийных и анормальных режимов. Эта система содержит в своем составе защиту от перенапряжений и средства защиты от коротких замыканий и перегрузки. Защита от перенапряжений обеспечивается с помощью разрядников и ограничителей перенапряжений (ОПН), т. е. аппаратов, резко уменьшающих свое сопротивление при появлении напряжения, превышающего порог срабатывания. Защита от КЗ и перегрузки осуществляется с помощью плавких предохранителей и реле. Предохранители и реле имеют общее свойство - скачкообразно изменять свое состояние (срабатывать) при некотором значении контролируемой величины. Различие в свойствах предохранителей и реле заключается в том, что реле может срабатывать многократно и при этом не выходит из строя, а плавкий предохранитель срабатывает однократно, т. к. у него перегорает плавкая вставка. Для обеспечения возможности дальнейшего функционирования предохранителя необходимо заменять плавкую вставку.
Реле (франц. слово, ранее означавшее перепряжку лошадей на почтовых станциях) - переключатель, предназначенный при определенных условиях автоматически (без вмешательства человека) обеспечивать коммутацию каких-либо электрических цепей. По назначению различают измерительные реле (тока, напряжения, сопротивления и др.), реле времени, промежуточные (т. е. воспринимающие информацию от измерительных реле и действующие на отключение выключателей) и сигнальные, т. е. информирующие персонал о действии релейной защиты.
Устройства релейной защиты подразделяют на первичные и вторичные, встроенные и выносные, прямого и косвенного действия. Первичные реле подключаются непосредственно к главной электрической цепи. Вторичные реле подключаются к главной электрической цепи через измерительные трансформаторы (тока, напряжения).
Выносные реле наиболее часто используют для защиты сетей напряжением выше 1 кВ. Встроенные защиты являются составными частями выключателей или их приводов. Зашита, встроенная в автоматический выключатель напряжением до 1 кВ и действующая непосредственно на его отключение, называется расцепителем. Выносные защиты выполняются с помощью отдельных реле. Реле прямого действия непосредственно обеспечивает отключение выключателя, так же, как и расцепители автоматов. Реле косвенного действия обеспечивает отключение выключателей путем воздействия на входящие в состав их приводов электромагниты отключения. Таким образом, расцепитель является встроенным первичным реле прямого действия. Вторичными встроенными реле прямого действия являются распространенные реле РТВ и РТМ, встраиваемые в приводы выключателей напряжением 6-10 кВ. Реле защиты, например, РТ-40, РН-50, серий РВ, РП являются выносными вторичными реле косвенного действия.
К релейной защите предъявляют следующие требования.
1. Чувствительность, т. е способность реагировать на повреждения в минимальных режимах при наибольших сопротивлениях до места повреждения. Часто чувствительность характеризуют коэффициентом чувствительности
где Ik min - ток короткого замыкания в минимальном режиме (в наиболее удаленной точке, при учете сопротивления электрической дуги и др.). Для защит от междуфазных КЗ вычисляют по току двухфазного КЗ kч в минимальном режиме; Icp - ток срабатывания защиты, т. е. ток, при котором измерительные реле производят переключение своих контактов (срабатывают).
2. Быстродействие, т. е. максимально быстрое отключение поврежденной электрической цепи с целью обеспечения термической стойкости токоведущих частей и электрических аппаратов. Это необходимо для предотвращения возникновения пожаров в электроустановках.
3. Селективность, или избирательность, т. е. способность реагировать на повреждения на защищаемом участке (в зоне действия защиты) и, соответственно, не действовать при повреждениях вне зоны действия. Требование селективности объясняется стремлением свести к минимуму число отключенных потребителей и источников питания при КЗ.
4. Надежность, под которой понимают отсутствие неисправностей релейной аппаратуры, приводящих к отказам в действии (срабатывании) и неправильной работе устройств релейной защиты.
Релейная защита обычно функционирует совместно с электроавтоматикой, включающей в себя:
автоматический ввод резервного питания (АВР);
автоматическое повторное включение (АПВ) поврежденного элемента, например, воздушной линии;
автоматическую частотную разгрузку (АЧР), т. е. автоматическое отключение потребителей при опасном снижении частоты питающего напряжения энергосистемы;
частотное АПВ (ЧАПВ), т. е. автоматическое подключение потребителей при восстановлении частоты.
На рис. 1 в качестве примера приведена однолинейная схема ТП с выключателем Q1 на стороне высшего напряжения.
Рисунок 1. Однолинейная схема ТП с выключателем Q1 на стороне высшего напряжения
На стороне низшего напряжения трансформатора Т1 подключены две радиальные линии W2 и W3. Зашита от перенапряжений обеспечивается разрядником F1, ограничивающим перенапряжения, приходящие по линии W1. Ограничение производится до уровня, который выдерживает оборудование ТП. Релейная защита выполнена с помощью реле, расцепителей автомата QA1 и предохранителей F2, F3. На стороне ВН трансформатора Т установлены защиты I>> и I>, действующие на отключение выключателя Q1. Реле этих защит включены во вторичную цепь трансформатора тока ТА1 и реагируют на превышение током некоторых значений. Значение тока или другой величины, при которых происходит переключение контактов реле, называют параметром срабатывания (в обиходной речи часто используют термин «уставка»). При срабатывании реле подается питание на электромагнит отключения выключателя Q1 (на рисунке не показан), и выключатель отключается. В результате поврежденный элемент (трансформатор) отключается от питающей сети. На стороне НН трансформатора основным аппаратом релейной защиты является предохранитель F2. Он отключает поврежденный участок за счет перегорания плавкой вставки. Отходящая линия W2 защищена с помощью расцелителей I>>, I> и автомата QA1. Указанные расцепители действуют на отключение QA1. Линия W3 защищена предохранителем F3.
Рассмотренный пример является условным, т. к. обычно в ТП на стороне ВН выключатели не устанавливают. Пример служит лишь для облегчения понимания основных понятий релейной защиты.
Различают основные, резервные и дополнительные устройства релейной зашиты. Основная защита предназначена для действия в пределах всего защищаемого элемента со временем, меньшим, чем у всех остальных защит. Резервная защита должна действовать вместо основной в случае ее отказа или вывода из работы. Резервная защита всегда имеет выдержку времени, т. е. срабатывает медленнее, чем основная защита. Дополнительная защита реагирует не на все повреждения или защищает только часть объекта (которую не может защитить основная защита). Дополнительная защита может не иметь выдержки времени.
Различают защиты с абсолютной и относительной селективностью. У защит с абсолютной селективностью имеется четко выраженная зона действия, т. е. участок, на котором при повреждении зашита срабатывает. Классическим примером защиты с абсолютной селективностью является продольная дифференциальная защита. На рис. 2 приведена в качестве примера упрощенная схема продольной дифференциальной защиты электродвигателя М.
Рисунок 2. Дифференциальная защита электродвигателя
Упрощение состоит в том, что показана цепь только одной фазы В защиты. Можно показать, что если точка КЗ находится между трансформаторами тока ТА1 и ТА2 (точка К2), то дифференциальное реле КА будет срабатывать. Участок цепи между ТА1 и ТА2, включающий в себя обмотку статора электродвигателя М, называется зоной действия защиты. Если же точка КЗ находится вне указанной зоны (точка К1), то защита не срабатывает. Термин «дифференциальная» означает - реагирующую на разность чего-либо. В данном случае по реле защиты КА проходит разность токов в начале С2 и конце С5 фазы В обмотки статора М.
Защиты бывают индивидуальными и групповыми. Индивидуальная защита предназначена для действия при повреждении только на одном элементе сети. Групповая защита реагирует на повреждение нескольких элементов сети, например, всех отходящих от РУ линий. Примером групповой защиты является защита минимального напряжения секции или системы шин.
Различают ближнее и дальнее резервирование. Если резервная релейная защита установлена в той же электроустановке, что и основная, и действует на отключение тех же коммутационных аппаратов, на которые действует основная защита, то ее называют защитой ближнего резервирования. Защита, действующая при повреждении данного элемента на отключение коммутационного аппарата смежного элемента, называется защитой дальнего резервирования. В качестве примера на рис. 3 показана защита двух линий электропередачи W1 и W2 с односторонним питанием от системы С.
Рисунок 3. Принцип дальнего резервирования
В начале каждой линии установлены трансформаторы тока ТА1 и ТА2, к которым подключены основные защиты I>> (токовые отсечки ТO1 и ТO2) и резервные максимальные токовые защиты (МТ31 и МТ32) I> с выдержками времени ∆t1 и ∆t2. MT32 является защитой ближнего резервирования для ТO2. МТЗ1 является защитой ближнего резервирования для ТO1 и дальнего резервирования для ТO2 и МТ32. С целью обеспечения дальнего резервирования МТ32 защита МТ31 должна срабатывать медленнее, чем МТ32, т. е. должно выполняться условие ∆t1 > ∆t2. Максимальные токовые защиты используют принцип относительной селективности, т. е. согласуются друг с другом по токам и времени срабатывания.
Разность между выдержками времени ∆t1 и ∆t2 называют ступенью селективности. Указанную ступень стремятся сделать минимальной. В современных защитах не
удается получить ступень селективности меньше чем 0,3-0,5 с, что объясняется погрешностями реле времени. Меньшая ступень относится к полупроводниковым, а большая - к электромеханическим реле времени.
В соответствии с ПТЭ оборудование, не имеющее защиты от повреждений нельзя включать под рабочее напряжение.
Вернуться к списку
|
Распечатать
|
