Разработка системы защиты электрической сети
Разработка системы защиты электрической сети состоит из двух этапов:
1) определение системы защиты или так называемой «схемы защиты»;
2) определение уставок по каждому виду защиты или так называемая «координация защит» или «селективность».
Определение системы защиты.
Выбор элементов защиты и общей структуры системы защиты, согласованной и адаптированной к нуждам сети.
Рис. 3. Схема защиты
Система защиты представляет собой цепь из следующих элементов (см. рис. 3):
- измерительные датчики тока и напряжения, которые выдают данные измерений, необходимые для обнаружения повреждений;
- реле защиты, обеспечивающее постоянный контроль за состоянием электрической сети, вплоть до выработки команд на отключение поврежденных участков сети, и управление через цепь отключения;
- устройства отключения, используемые при устранении повреждений: выключатели, блоки «выключатель - плавкий предохранитель», блоки «контактор - плавкий предохранитель».
В схеме защиты указываются устройства защиты от основных видов повреждений, возникающих в сетях и оборудовании:
- короткие замыкания, междуфазные короткие замыкания и замыкания на землю;
- перегрузки;
- повреждения, возникающие во вращающихся машинах.
При разработке схемы защиты учитываются следующие параметры:
- архитектура и масштаб сети, а также различные режимы эксплуатации сети;
- схемы заземления;
- характеристики источников тока и их воздействие в случае возникновения повреждения;
- виды нагрузки;
- потребность в непрерывной работе.
Определение уставок защит.
Каждая функция защиты должна быть отрегулирована для достижения оптимальных характеристик эксплуатации сети и для использования во всех режимах работы.
Значения уставок защит определяются в результате полного расчёта на основе характеристик отдельных элементов сети.
Эти расчёты теперь легко выполняются с помощью специального программного обеспечения; анализируется реакция сети на какое-либо отклонение от нормальной работы и выдаются значения уставок по каждой задействованной функции защиты.
Архитектура электрических сетей
Схема защиты электрической системы выбирается в соответствии с архитектурой и режимом работы этой системы. Дадим сравнительное описание типичных структур электрических сетей.
Все элементы, составляющие электрическую сеть, могут быть скомпонованы в различные структуры, сложность которых обуславливает эксплуатационную готовность и инвестиционные затраты. Поэтому для каждого вида применения выбирается архитектура электрической сети с учётом критерия оптимальных технико-экономических условий.
Основные типы архитектуры сетей:
радиальные сети:
- простая радиальная линия;
- двойная радиальная линия;
- параллельная линия;
- линия с двойным питанием и с двойной системой сборных шин;
замкнутые сети:
- с разомкнутой петлей;
- с замкнутой петлей;
сети, включающие источник внутреннего производства энергии:
- с агрегатами для местного производства;
- с резервными источниками питания.
В табл. 1 представлены для сравнения основные характеристики каждой архитектуры сети. На рис. 4 представлены примеры схем разной архитектуры сетей.
Таблица 1.
Сравнительные характеристики сетей различной архитектуры
|
Архитектура сети |
Использование |
Преимущества |
Недостатки |
|
Радиальная сеть | |||
|
Простая радиальная линия |
Процессы, не требующие постоянной подачи питания Пример: цементная промышленность |
Наиболее простая структура Легкость в организации защиты Минимальная стоимость затрат |
Низкая надёжность Длительное время отключения при возникновении повреждения Только одно повреждение влечет за собой отключение питания радиальной сети |
|
Двойная радиальная линия |
Непрерывные производственные процессы: черная металлургия, нефтехимия |
Надёжность бесперебойного питания Возможность проведения технического обслуживания сборных шин с главного распределительного щита |
Дорогостоящий вариант организации сети Частичное функционирование сборных шин в случае проведения технического обслуживания |
|
Параллельная линия |
Разветвлённые сети Дальнейшее расширение ограничено |
Надёжность бесперебойного питания Простота организации защиты |
Необходимость использования функций автоматического управления |
|
Линия с двойным питанием и двойной системой шин |
Процессы с большой потребностью в непрерывной бесперебойной работе Процессы с большим изменением нагрузки |
Надежность бесперебойного питания Гибкость использования: переключение с одной системы сборных шин на другую без отключения питания Гибкость в техническом обслуживании |
Дорогостоящий вариант организации сети Необходимость использования функций автоматического управления |
|
Замкнутая сеть | |||
|
Разомкнутая петля |
Очень разветвленные сети Значительное дальнейшее расширение Нагрузки, сосредоточенные в различных зонах одного объекта |
Более дешевый вариант по сравнению с замкнутой петлёй Простота организации защиты |
Отключение питания участка сети при возникновении повреждения на время восстановления конфигурации петли Необходимость использования функций автоматического управления |
|
Замкнутая петля |
Сети с большой потребностью в непрерывной бесперебойной работе Очень разветвленные сети Нагрузки, сосредоточенные в различных зонах одного объекта |
Надёжность бесперебойного питания Отсутствие необходимости в функциях автоматического управления |
Дорогостоящий вариант организации сети Сложная система защиты |
|
Внутреннее производство энергии | |||
|
Местное производство энергии |
Промышленные объекты с использованием процессов производства энергии на собственной электростанции Пример: бумажное производство, чёрная металлургия |
Надёжность бесперебойного питания Стоимость энергии (энергия, получаемая от процесса) |
Дорогостоящее решение |
|
Резервные источники питания (нормальная работа/ аварийный режим) |
Промышленные объекты и объекты обслуживания населения Пример: больницы |
Надёжность бесперебойного питания отходящих линий приоритетных потребителей |
Необходимость использования функций автоматического управления |
Рис. 4. Примеры схем разной архитектуры сетей
НЗ – нормально замкнут; НО – нормально разомкнут (остальные выключатели в замкнутом положении)