34. Назначение релейной защиты

Основным назначением релейной защиты является выявление места возникновения короткого замыкания и быстрое отключение поврежденного участка.

Вторым назначением релейной защиты является выявление нарушений нормального режима работы оборудования и подача предупредительных сигналов.

Основные требования предъявляемые к релейной защите:

- Селективность (избирательность) – способность РЗ отключать только поврежденный элемент.

- Быстродействие

- Чувствительность. способность устройства релейной защиты реагировать на минимальные значения аварийных параметров.

- Надежность. способность устройства релейной защиты выполнять заданные функции защиты в течение заданного времени при заданных условиях эксплуатации.

35. Реле называется устройство, в котором осуществляется скачкообразное изменение (переключение) выходного сигнала под воздействием управляющего (входного) сигнала, изменявшегося непрерывно в определённых пределах.

Основные виды релейной защиты:

• Токовая защита – ненаправленная или направленная (МТЗ, ТО, МТНЗ).

• Защита минимального напряжения (ЗМН).

• Газовая защита (ГЗ).

• Дифференциальная защита.

• Дистанционная защита (ДЗ).

• Дифференциально-фазная (высокочастотная) защита (ДФЗ).

Класификация реле

Электрические механические тепловые напряжения индукционные газовые

По назначению

Основные (тока напряжения частоты мощьности) и вспомагательные(логические реле)

По роду контролируемой величины релейные защиты делятся на сле-

дующие виды:

- токовые, в основном, максимального тока;

- напряжения, в основном, минимального напряжения;

- мощности, в основном, направления мощности;

- реагирующие на величины сопротивлений защищаемых участков элек-

трических сетей;

- реагирующих на температуру защищаемых объектов.

По характеру защищаемого объекта релейные защиты делятся на устрой-

ства защиты: генераторов, трансформаторов, ЛЭП и электрических сетей, шин

РУ, электродвигателей и электроприемников технологического оборудования,

конденсаторных установок.

По принципу действия все релейные защиты можно разделить на три класса по способу реагирования на изменение контролируемой величины:

- на абсолютное значение контролируемой величины (ток, напряжение);

- на направление контролируемой величины (тока, мощности);

- на разность контролируемых величин (дифференциальные, балансные защиты).

Релейная защита представляет собой совокупность одного или несколь-

ких реле, устройств их питания и устройств, реагирующих на срабатывание ре-

ле. Устройства релейной защиты, автоматики, управления и сигнализации со-

 

Токовые защиты. Релейная защита, действующая при возрастании тока,

называется максимальной защитой тока. Защита, срабатывающая при сниже- нии тока, называется минимальной защитой тока. Основным элементом токо- вой защиты является реле тока. В зависимости от способа обеспечения селек- тивности токовые защиты делятся на максимальные токовые защиты (МТЗ) и токовые отсечки (ТО). При МТЗ селективность защиты достигается выбором выдержки времени. Большая выдержка устанавливается у защиты, располо- женной ближе к источнику питания. При ТО селективность обеспечивается вы- бором тока, обеспечивающем срабатывание защиты.

Токовая направленная защита действует в зависимости от величины тока и его фазы по отношению к напряжению на шинах подстанции, где защита ус-

тановлена. Защита срабатывает, если ток будет превышать заданную величину, а его фаза будет соответствовать короткому замыканию на защищаемом эле- менте. Такое действие защиты обеспечивается включением в схему реле на-

Дифференциальная защита основана на принципе сравнения токов или фаз токов по концам защищаемого участка или в соответствующих ветвях па-

раллельно соединенных элементов электроустановки.

Защиты напряжения. Для защиты электрооборудования при изменении величины напряжения применяются реле напряжения. Защита, срабатывающая

при уменьшении напряжения, называется минимальной защитой напряжения. Защита, действующая при превышении заданной величины напряжения, назы- вается максимальной защитой напряжения.

36. Максима́льная то́ковая защи́та (МТЗ)— вид релейной защиты, действие которой связано с увеличением силы тока в защищаемой цепи при возникновении короткого замыкания на участке данной цепи. Данный вид защиты применяется практически повсеместно и является наиболее распространённым в электрических сетях. Принцип действия МТЗ аналогичен принципу действия токовой отсечки. В случае повышения силы тока в защищаемой сети защита начинает свою работу. Однако, если токовая отсечка действует мгновенно, то максимальная токовая защита даёт сигнал на отключение только по истечении определённого промежутка времени, называемого выдержкой времени. Выдержка времени зависит от того, где располагается защищаемый участок. Наименьшая выдержка времени устанавливается на наиболее удалённом от источника участке. МТЗ соседнего (более близкого к источнику энергии) участка действует с большей выдержкой времени, отличающейся на величину, называемую ступенью селективности. Ступень селективности определяется временем действия защиты. В случае короткого замыкания на участке срабатывает его защита. Если по каким-то причинам защита не сработала, то через определённое время (равное ступени селективности) после начала короткого замыкания сработает МТЗ более близкого к источнику участка и отключит как повреждённый, так и свой участок. По этой причине важно, чтобы ступень селективности была больше времени срабатывания защиты, иначе защита смежного участка отключит как повреждённый, так и рабочий участок до того, как собственная защита повреждённого участка успеет сработать. Однако важно так же сделать ступень селективности достаточно небольшой, чтобы защита успела сработать до того, как ток короткого замыкания нанесёт серьёзный ущерб электрической сети.

То́ковая отсе́чка — вид релейной защиты, действие которой связано с повышением значения силы тока на защищаемом участке электрической сети. Устройства данной защиты контролируют величину силы тока на защищаемом участке. В случае увеличения силы тока выше определённого значения защита срабатывает на отключение этого участка. Значение величины силы тока, при котором срабатывает защита, называется уставка. Уставку обычно выбирают таким образом, чтобы цепь обесточилась быстрее, чем в ней произойдут серьёзные разрушения. Реализуют токовую отсечку разными способами. Чаще всего для отключения применяют электромагнитные реле тока, в которых под воздействием электромагнитной силы замыкаются контакты, выдавая сигнал на отключение выключателя защищаемого элемента. По тому же принципу действуют различные автоматические выключатели. Температура, повышающаяся за счет электрического тока, является воздействующей величиной для других защитных электрических аппаратов: предохранителей. При достижении определённого значения температуры плавкая вставка в предохранителе разрушается, обрывая электрическую цепь.

37. Для осуществления продольной дифференциальной защиты с обеих сторон защищаемой линии устанавливаются трансформаторы тока ТТ с одинаковыми коэффициентами трансформации n_т.

Защита основана на принципе сравнения значений и фаз токов в начале и конце линии. Для сравнения вторичные обмотки трансформаторов тока с обеих сторон линии соединяются между собой проводами, как показано на рис. 7.17. По этим проводам постоянно циркулируют вторичные токи I₁ и I₂. Для выполнения дифференциальной защиты параллельно трансформаторам тока (дифференциально) включают измерительный орган тока ОТ.

Рис. 7.17. Принцип выполнения продольной дифференциальной защиты линии и прохождение тока в органе тока при внешнем КЗ (а) и при КЗ в защищаемой зоне (б)

Ток в обмотке этого органа всегда будет равен геометрической сумме токов, приходящих от обоих трансформаторов тока: I_Р=I₁+I₂ Если коэффициенты трансформации трансформаторов тока ТА1 и ТА2 одинаковы, то при нормальной работе, а также внешнем КЗ (точка K1 на рис. 7.17, а) вторичные токи равны по значению I₁=I₂ и направлены в ОТ встречно. Ток в обмотке ОТ I_Р=I₁+I₂=0, и ОТ не приходит в действие. При КЗ в защищаемой зоне (точка К2на рис. 7.17, б) вторичные токи в обмотке ОТ совпадут по фазе и, следовательно, будут суммироваться: I_Р=I₁+I₂. Если I_Р>I_сз, орган тока сработает и через выходной орган ВО подействует на отключение выключателей линии.

Таким образом, дифференциальная продольная защита с постоянно циркулирующими токами в обмотке органа тока реагирует на полный ток КЗ в защищаемой зоне (участок линии, заключенный между трансформаторами токаТА1 и ТА2), обеспечивая при этом мгновенное отключение поврежденной линии.

Практическое использование схем дифференциальных защит потребовало внесения ряда конструктивных элементов, обусловленных особенностями работы этих защит на линиях энергосистем.

Во-первых, для отключения протяженных линий с двух сторон оказалось необходимым подключение по дифференциальной схеме двух органов тока: одного на подстанции 1, другого на подстанции 2 (рис. 7.18). Подключение двух органов тока привело к неравномерному распределению вторичных токов между ними (токи распределялись обратно пропорционально сопротивлениям цепей), появлению тока небаланса и понижению чувствительности защиты.Заметим также, что этот ток небаланса суммируется в ТО с током небаланса, вызванным несовпадением характеристик намагничивания и некоторой разницей в коэффициентах трансформации трансформаторов тока. Для отстройки от токов небаланса в защите были применены не простые дифференциальные реле, а дифференциальные реле тока с торможением KAW, обладающие большей чувствительностью.

Во-вторых, соединительные провода при их значительной длине обладают сопротивлением, во много раз превышающим допустимое для трансформаторов тока сопротивление нагрузки. Для понижения нагрузки были применены специальные трансформаторы тока с коэффициентом трансформации n, с помощью которых был уменьшен в п раз ток, циркулирующий по проводам, и тем самым снижена в n² раз нагрузка от соединительных проводов (значение нагрузки пропорционально квадрату тока). В защите эту функцию выполняют промежуточные трансформаторы тока TALT и изолирующие TAL. В схеме защиты изолирующие трансформаторы TAL служат еще и для отделения соединительных проводов от цепей реле и защиты цепей реле от высокого напряжения, наводимого в соединительных проводах во время прохождения по линии тока КЗ.

Рис. 7.18. Принципиальная схема продольной дифференциальной защиты линии:

ZA - фильтр токов прямой и обратной последовательностей; TALT - промежуточный трансформатор тока; TAL - изолирующий трансформатор; KAW - дифференциальное реле с торможением; Р - рабочая и T - тормозная обмотки реле

Распространенные в электрических сетях продольные дифференциальные защиты типа ДЗЛ построены на изложенных выше принципах и содержат элементы, указанные на рис. 7.18. Высокая стоимость соединительных проводов во вторичных цепях ДЗЛ ограничивает область се применения линиями малой протяженности (10-15 км).