1. Общая характеристика релейной защиты

1.1 Назначение релейной защиты

Производство, распределение и потребление электрической энергии обеспечивается совокупностью элементов — электрических двигателей, генераторов, трансформаторов, воздушных линий электропередачи, кабелей, нагревательных приборов и т.д., называемых электроэнергетической системой (ЭС).

В процессе функционирования ЭС могут возникать повреждения, чаще всего короткие замыкания (КЗ), являющиеся наиболее опасными видами повреждения, возникающие из-за пробоя или перекрытия изоляции, обрывов проводов, ошибочных действий персонала (включение под напряжение заземленного оборудования, отключение разъединителей под нагрузкой) и других причин, сопровождаемые увеличением токов через отдельные элементы ЭС [2].

В большинстве случаев в месте короткого замыкания возникает электрическая дуга с высокой температурой, приводящая к большим разрушениям токоведущих частей, изоляторов и электрических аппаратов. При коротком замыкании к месту повреждения подходят большие токи (токи к. з.), измеряемые тысячами ампер, которые перегревают неповрежденные токоведущие части и могут вызвать дополнительные повреждения, т. е. развитие аварии. В большинстве случаев аварии или их развитие могут быть предотвращены быстрым отключением поврежденного участка электрической установки или сети при помощи специальных автоматических устройств, получивших название релейная защита, которая действуют на

отключение выключателей. При отключении выключателей поврежденного элемента гаснет электрическая дуга в месте короткого замыкания, прекращается прохождение тока короткого замыкания и восстанавливается нормальное напряжение на неповрежденной части электрической установки или сети. Благодаря этому сокращаются размеры или даже вовсе предотвращаются повреждения оборудования, на котором возникло короткое замыкание, а также восстанавливается нормальная работа неповрежденного оборудования.

Таким образом, основным назначением релейной защиты является отключение поврежденного оборудования или участка сети от остальной неповрежденной части электрической установки или сети.

В некоторых случаях нет необходимости немедленного отключения оборудования, так как эти явления не представляют непосредственной опасности для оборудования и могут самоустраниться. Например, могут возникать такие нарушения нормальных режимов работы, как перегрузка, замыкание на землю одной фазы в сети с изолированными нейтралями и другое. Преждевременное отключение оборудования в отмеченных выше случаях не только не принесет пользы, но может оказаться вредным. Поэтому при нарушении нормального режима работы достаточно дать предупредительный сигнал персоналу, либо произвести отключение оборудования, но обязательно с выдержкой времени, что является вторым назначением релейной защиты.

1.2 Основные требования к релейной защите

К релейной защите предъявляются следующие основные требования:

1. быстродействие;

2. селективность, или избирательность;

3. чувствительность;

4. надежность.

1. быстродействие

Быстрое отключение поврежденного оборудования или участка электрической установки предотвращает или уменьшает размеры повреждений, сохраняет нормальную работу потребителей неповрежденной части установки, энергосистемы в целом.

Время допустимое для отключения к.з. зависит от ряда факторов. Наиболее важным является величина остаточного напряжения на шинах электростан­ций и узловых подстанций, связывающих электростанции с энерго­системой. Чем меньше, остаточное напряжение, тем вероятнее нару­шение устойчивости и, следовательно, тем быстрее нужно отклю­чать к. з. Наиболее тяжелыми по условиям устойчивости являются трехфазные к. з. и двухфазные к. з. на землю в сети с глухозаземленной нейтралью, так как при этих повреждениях происходят наибольшие снижения всех междуфазных напряжений.

Современные устройства быстродействующей релейной защиты имеют время действия 0,04—0,1 с. Указанное быстродействие требуется в тех случаях, когда короткие замыкания сопровождаются глубоким понижением напряжения. В тех случаях, когда напряжение в неповрежденной части составляет 60—70% нормального, допускается повышать время действия защиты до 0,2—2 с [1].

2) селективность, или избирательность

Селективностью называется способность релейной защиты выявлять место повреждения и отключать его только ближайшими к нему выключателями.

Так, при к. з. в точке К₁(рисунок 1) для правильной ликвидации аварии должна подействовать защита только на выключателе В_Ви отключить этот выключатель. При этом остальная неповрежденная часть электрической установки останется в работе. Такое избирательное действие защиты называется селективным.

Рисунок 1 – Селективное отключение поврежденного участка при коротком замыкании в сети

Если же произойдет к. з. в точке K₂при селективном действии защиты должна отключиться поврежденная линияI, линияIIостается в работе. При таком отключении все потребители сети сохраняют питание. Этот пример показывает, что если подстанция связана с сетью несколькими линиями, то селективное отключение к. з. на одной из линий позволяет сохранить связь этой подстанции с сетью, обеспечив тем самым бесперебойное питание потребителей.

Таким образом, для обеспечения надежного электроснабжения потребителей, селективное отключение повреждения является основным условием. Неселективное действие защиты приводит к разви­тию аварий. Такие отключения могут допускаться, но только в тех случаях, когда это диктуется необходимостью и не отражается на питании потребителей [1].

3) чувствительность

Защита должна обладать такой чувствительностью к тем видам повреждений и нарушений нормального режима работы в данной электрической установке или электрической сети, на которые она рассчитана, чтобы было обеспечено ее действие в самом начале возникновения повреждения, чем сокращаются размеры повреждения оборудования в месте к. з.

Чувствительность защиты должна также обеспечивать ее действие при повреждениях на смежных участках. Так, например, если при повреждении в точке по какой-либо причине не отключится выключатель, то должна подействовать защита следующего к источнику питания выключателя и отключить этот выключатель. Такое действие защиты называется дальним резервированием смежного или следующего участка. Дальнее резервирование является обязательным условием хотя бы для наиболее вероятного вида повреждения [1].

4) надежность

Требование надежности состоит в том, что защита должна правильно и безотказно действовать на отключение выключателей оборудования при всех его повреждениях и нарушениях нормального режима работы на действие при которых она предназначена и не действовать в нормальных условиях, а также при таких повреждениях и нарушениях нормального режима работы, при которых действие данной защиты не предусмотрено. Требование надежности обеспечивается совершенством принципов защиты и конструкций аппаратуры, добротностью деталей, простотой выполнения, а также уровнем эксплуатации [1].