Основные задачи селективной защиты
Селективность – это процесс, означающий выбор (отбор). Этот термин применим к разным отраслям и направлениям деятельности человека. Например, в химии, при протекании химических реакций, ведут речь об индексе селективности. При этом рассматривают избирательность химических превращений.
Что касается человека, то его восприятие окружающего мира, выбор информации, а также её запоминание носят избирательный характер.
Что же такое селективность в электрике, и для чего она нужна?
К задачам электрической селективной защиты относятся:
- гарантия безопасности оборудования и обслуживающего персонала;
- моментальное установление места повреждения и отключение только неисправного участка;
- уменьшение отрицательных результатов влияния аварии на другие узлы и части электроприборов;
- минимизация повреждений на неисправном участке;
- гарантирование максимальной беспрерывности работы электросистемы;
- достижение простоты эксплуатирования электрического оборудования.
К тому же селективность снижает последствия коротких замыканий и нагрузку на устройство.
Карта селективности и правила ее создания
Схема утверждённого образца, на которой нанесены все токовые параметры защитных аппаратов и устройств, с указанием общего источника питания, выполняется в удобном для просмотра масштабе. Это карта селективности. Она обеспечивает максимальное применение защитных качеств автоматических выключателей. Все процессы, возможные при эксплуатации, отображены на ней графически.
На карту в обязательном порядке наносятся:
- места важных расчётных точек;
- защитные характеристики автоматов и возможных КЗ, при этом указаны их min и max значения.
Данная карта служит основанием для составления таблицы по выбору защитных аппаратов. Кроме того, карта позволяет оценивать общую защитную селективность и даёт полную информацию о согласованных между собой уставках всех автоматов.
Построение карты выполнено по осям. Ось абсцисс представляет токовые значения, на ось ординат наносятся временные значения.
К сведению. На ось могут наноситься и другие разновидности характеристик. Каждая схема включает в себя параметры двух-трёх автоматов. Построение таких карт можно выполнить при помощи компьютерной программы.
Пример карты селективности, выполненной при помощи программы
Грамотно выполненная селективная защита позволяет сохранить оборудование. При отключении конкретного участка она допускает выполнить обратное включение питания автоматическим включением резерва (АВР) и свести к минимуму простой оборудования и перерывы в подаче электроэнергии потребителям.
Классификация реле защиты
По способу подключения реле бывают:
По исполнению реле бывают:
По назначению реле подразделяются на:
- Измерительные реле (тока, напряжения, сопротивления, мощности, частоты,
температуры,
уровня) могут быть максимальные или минимальные. - Логические реле (промежуточные, двухпозиционные, времени, сигнальные).
Для измерительных реле характерно наличие опорных (образцовых) элементов в виде калиброванных пружин, источников стабильного напряжения, тока и т.п. Они входят в состав реле и воспроизводят заранее установленные значения (называемые уставкой) какой-либо физической величины, с которой сравнивается контролируемая величина.
Измерительные реле обладают высокой чувствительностью (воспринимают даже не значительные изменения контролируемого параметра) и имеют высокий коэффициент возврата (отношение величины срабатывания и возврата). Максимальные реле срабатывают при повышении контролируемого параметра, а минимальные – при понижении.
Логические реле служат для размножения импульсов, полученных от других реле, усиления этих импульсов и передачи команд другим аппаратам (промежуточные реле), создания выдержек времени между отдельными операциями (реле времени), и для регистрации действия как самих реле, так и других вторичных аппаратов (указательные реле).
По способу воздействия на выключатель:
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. Защита, 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 действуютнепосредственно на отключение выключателя, так же, как и расцепители автоматов. Реле косвенного действия обеспечивают 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:
- Чувствительность, т.е способность реагировать на повреждения в минимальных режимах при наибольших сопротивления до места повреждения. Часто чувствительность характеризуют коэффициентом чувствительности
Kч = I к min / Iср,
где Ik min – ток короткого замыкания в минимальном режиме (в наиболее удаленной точке, при учете сопротивления электрической дуги и др.), Iср – ток срабатывания защиты, т.е. ток, при котором измерительные реле производят переключение своих контактов ( срабатывают). - 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.
- 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.
- 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:
На рис. 9.1 в качестве примера приведена однолинейная схема ТП с выключателем Q1 на стороне высшего напряжения.
На стороне низшего напряжения трансформатора Т1 подключены две радиальные линии W2 и W3. Защита 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 QА1 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 расцепителей I>> и I>
и автомата QА1. Указанные расцепители действуют на отключение QА1. Линия W3 защищена предохранителем F3. Рассмотренный пример является условным, так как обычно в ТП на стороне ВН выключатели не устанавливают. Этот пример служит лишь для облегчения понимания основных понятий релейной защиты.
Различают основные, резервные и дополнительные устройства релейной защиты. 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 защита срабатывает.
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.
Рис. 9.2. Дифференциальная защита электродвигателя
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. 9.3 показана защита двух линий электропередачи W1 и W2 с односторонним питанием от системы С. В начале каждой линии установлены трансформаторы тока ТА1 и ТА2, к которым подключены основные защиты I >> (токовые отсечки ТО1 и ТО2) и резервные максимальные токовые защиты (МТЗ1 и МТЗ2) I > с выдержками времени ?
t1 и ?t2. МТЗ2 является защитой ближнего резервирования для ТО2. МТЗ1 является защитой ближнего резервирования для ТО1 и дальнего резервирования для ТО2 и МТЗ2. С целью обеспечения дальнего резервирования МТЗ2 защита МТЗ1 должна срабатывать медленнее, чем МТЗ2, 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.
Рис. 9.3. Принцип дальнего резервирования
Особенности конструкции релейной защиты
Устройство РЗА непрерывно совершенствуется благодаря внедрению инновационных технологий. Но основные принципы и элементы конструкции остаются неизменными.
Структуру релейной защиты можно представить в виде схемы:
Электрический сигнал – Модуль наблюдения процессов – Узел логики и анализа – Исполнительный блок – Сигнальный блок
Блок наблюдения проводит мониторинг всех процессов в электрике за счет трансформаторов тока и напряжения, которые проводят измерения. В узле логики и анализа сравниваются поступившие сигналы с максимальным показателем уставок. Защита будет срабатывать, даже если имеется небольшое совпадение данных значений.
Когда пройдет полный цикл срабатывания защиты, специалист ручным способом переводит устройство в первоначальное состояние.
Особенности эксплуатации апв
Следует отметить, что работа повторного включения должна контролироваться исключительно теми работниками, на балансе которых находятся соответствующие распределительные сети. При этом допуск постороннего персонала может производиться только под надзором ответственного работника.
Помимо того, что все случаи срабатывания АПВ для обратного включения тех же шин, линий или трансформаторов фиксируют приборы учета, они должны регистрироваться оперативными работниками в соответствующем журнале. После чего специалисты, обслуживающие устройства защиты шин, линий и силового оборудования подстанции должны провести анализ работы повторного включения с составлением соответствующих документов.
Периодически, для проверки работоспособности устройств АПВ, персонал обязан вывести его из работы. После чего производится комплекс испытательных мер, как совместно с остальными защитами, так и отдельно. По результатам проверки должен выдаваться протокол об исправности или неисправности АПВ. В последнем случае применяются меры для восстановления или отладки нормальной работы повторного включения, и производится внеочередная проверка.
Если для линии предусмотрено включение резерва, то повторное включение может не использоваться. Чтобы работа АПВ не нарушала переход системы на резервное питание.
Принцип работы дифференциальной защиты
Основа принципа действия любой дифзащиты – контроль токов в начале и конце защищаемого участка электрической цепи. Для этого используются трансформаторы тока. При их расположении в пределах одного распределительного устройства они подключаются к устройству защиты напрямую с помощью кабелей.
Если эти токи в начале и конце защищаемого участка равны между собой и направлены в одну сторону, срабатывания не происходит. Так получается при протекании номинальных токов нагрузки или при коротком замыкании вне защищаемой зоны (токов внешнего КЗ).
Но если повреждение произошло в зоне, контролируемой защитой, мощность электрической сети протекает в точку КЗ. При одностороннем питании (для трансформаторов или генераторов) от источника в сторону защищаемого электроаппарата протекает больший ток, чем отдается им потребителю.
Создается повод для работы защиты, которая дает команду на отключение объекта одновременно со всех сторон.
В зависимости от особенностей защищаемого объекта для реализации устройств выбираются соответствующие дифференциальные реле. Рассмотрим их особенности.
Эксплуатация рза
Для обеспечения надежной и экономичной работы энергосистем и энергетического оборудования, а также бесперебойного электроснабжения потребителей в электросетевых организациях проводится комплекс организационно-технических мероприятий по оснащению, эксплуатации и поддержанию на высоком техническом уровне устройств релейной защиты, электроавтоматики, дистанционного управления и сигнализации, сокращенно именуемых устройствами РЗА.
В России эта деятельность регулируется отраслевыми нормативно-техническими документами, основными из которых являются:
Для осуществления указанного комплекса мероприятий на всех уровнях управления электроэнергетики России в соответствующих организациях создаются службы релейной защиты, автоматики и измерений (служба РЗА — СРЗА, служба РЗАИ — СРЗАИ), в подразделениях нижнего уровня (производственные отделения, предприятия электрических сетей (ПЭС)) — местные службы РЗАИ (МС РЗАИ), на электростанциях и каскадах ГЭС — службы РЗАИ или электротехнические лаборатории (ЭТЛ).
