1. Основным назначением релейной защиты является выявление места возникновения к.З. И быстрое автоматическое отключение

выключателей повреждённого участка сети.

2. Вторым назначением релейной защиты является выявление ненормальных режимов работы оборудования и выполнение необходимых операций по восстановлению нормального режима или подача сигнала дежурному персоналу для принятия мер по восстановлению нормального режима.

2. Требования, предъявляемые к релейной защите.

Основные требования к релейной защите от к.з.:

1. Быстродействие.

Быстрое отключение повреждённого оборудования или участка

электроустановки уменьшает размеры повреждений, сохраняет нормальную работу потребителей неповреждённой части установки, предотвращает нарушение параллельной работы генераторов.

Современные устройства быстродействующей релейной защиты имеют время действия 0,02-0,1 с. Указанное быстродействие требуется в тех случаях, когда к.з. 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.

Защиты подразделяют на основные и резервные.

Основной называется защита, предназначенная для работы при всех или части видов к.з. в пределах всего защищаемого объекта со временем, срабатывания меньшим, чем у других установленных защит. Резервной называется защита, предусматриваемая для работы вместо основной защиты данного объекта при её отказе или выводе из работы, а также вместо защит смежных элементов при их отказе или отказах выключателей смежных элементов.

2. Селективность или избирательность.

Селективностью называется способность защиты отключать при к.з. только поврежденный участок сети ближайшими к месту к.з. выключателями. Так, при к.з. в точке К1 (рис. 1-5) для правильной ликвидации аварии должна подействовать защита только на выключателе В1 и отключить этот выключатель. При этом остальная часть электрической установки останется в работе. Такое избирательное действие защиты называется селективным. Если же при к.з. в точке К1 раньше защиты выключателя В1 подействует защита выключателя В4 и отключит этот выключатель, то ликвидация аварии будет не правильной, так как кроме повреждённого электродвигателя Д1, останется без напряжения неповрежденный электродвигатель Д2. Такое действие защиты называется неселективным.

В соответствии со способами обеспечения селективности при внешних к.з. различают две группы защит: с абсолютной селективностью и с относительной селективностью.

Относительную селективность имеют защиты, на которые по принципу действия можно возложить функции резервных защит при к.з. на смежных элементах сети. С учётом этого такие защиты в общем случае должны выполняться с выдержками времени.

Абсолютную селективность имеют защиты, селективность которых при внешних к.з. обеспечивается их принципом действия, т.е. защита способна работать только при к.з. на защищаемом объекте. Поэтому защиты с абсолютной селективностью выполняются без выдержек времени.

1. Назначение релейной защиты.

КЗ возникают из-за нарушений изоляции электроустановок, обрывов проводов, а также из-за ошибочных действий персонала (например, включения под напряжение заземлённого оборудования или отключения разъединителя под нагрузкой) и являются наиболее опасными видами повреждений.

В месте к.з. в большинстве случаев возникает электрическая дуга с высокой температурой, приводящая к большим разрушениям токоведущих частей и изоляторов электрооборудования. Большие токи к.з. нагревают неповрежденные токоведущие части и могут вызвать дополнительные повреждения, т.е. развитие аварии. Одновременно в сети, электрически связанной с местом повреждения, происходит глубокое понижение напряжения, что приводит к остановке электродвигателей и нарушению параллельной работы генераторов.

Могут возникать такие нарушения нормальных режимов работы, как перегрузка, замыкание на землю одной фазы в сети с изолированной нейтралью и др., при возникновении которых не требуется немедленно отключать оборудование от сети, так как в большинстве случаев эти явления не представляют опасности и могут самоустраняться.

Аварии и ненормальные режимы предотвращаются при помощи специальных автоматических устройств, получивших название релейная защита, которые действуют на отключение выключателей поврежденного участка сети или производят операции, необходимые для восстановления нормального режима, или действуют на предупредительный сигнал дежурному персоналу. В отдельных случаях при возникновении ненормального режима производится отключение оборудования, но обязательно с выдержкой времени. После отключения выключателей гаснет

электрическая дуга к.з. и восстанавливается нормальное напряжение на

неповрежденной части электроустановки или сети. Релейная защита выполняется при помощи специальных аппаратов - реле.

Под устройством релейной защиты следует понимать реле или совокупность реле и вспомогательных элементов, которые должны в случаях повреждений или опасных ненормальных режимах работы элемента системы отключать его воздействием на выключатели или действовать на сигнал.

В соответствии с требованиями «Правил устройства

электроустановок» (ПУЭ) все элементы электрической части энергосистем

(генераторы, трансформаторы, ЛЭП, шины, электродвигатели) должны оснащаться устройствами релейной защиты (РЗ) предназначенными для:

− автоматического отключения повреждённого элемента от остальной, неповрежденной части электрической системы с помощью выключателей, а если повреждение непосредственно не нарушает работу электрической системы допускается действие РЗ только на сигнал;

− реагирования на опасные, ненормальные режимы работы элементов электрической системы при этом, в зависимости от режима работы и условий эксплуатации электроустановки, РЗ должна действовать на сигнал или на отключение тех элементов системы оставление в работе которых может привести к возникновению повреждения.

Релейная защита (РЗ) является важнейшей частью автоматики энергосистем и тесно связана с другими устройствами электроавтоматики – устройствами автоматического повторного включения (АПВ), автоматического ввода резерва (АВР), автоматической частотной разгрузкой (АЧР) и др. устройствами системной автоматики, предназначенными для быстрого автоматического восстановления нормального режима работы электроэнергетических систем.

Выводы:

3. Повреждения и ненормальные режимы в электроустановках.

Большинство повреждений в электроустановках приводит к коротким

замыканиям (к.з.) фаз между собой или на землю. В обмотках электрических машин (генераторов, трансформаторов и электродвигателей), кроме того, бывают замыкания между витками одной фазы (витковые замыкания).

Причинами повреждений являются:

− нарушения изоляции токоведущих частей, вызванные её старением,

неудовлетворительным состоянием, перенапряжениями, механическими

повреждениями;

− повреждения проводов и опор линий электропередач из-за их неудовлетворительного состояния, гололёда, ветра и др. причин;

− ошибки персонала при операциях с электрооборудованием (отключение

разъединителя под нагрузкой, включение разъединителя на ошибочно оставленное заземление, включение заземляющих ножей под напряжение и т.п.).

Основные виды повреждений в электроустановках приведены в таблице 1-1.

Короткие замыкания (к.з.) являются наиболее опасными и тяжелыми видами повреждений.

При коротком замыкании э.д.с Е источника питания (генератора) замыкается "накоротко" через относительно малое сопротивление генератора, трансформатора и линий. В контуре замкнутой накоротко э.д.с. возникает большой ток Iк, называемый током к.з.

В зависимости от числа замкнувшихся фаз и наличия связи с землёй к.з. подразделяются на: трёхфазные, двухфазные, однофазные, двухфазные на землю.

На рис.1-1 приведены векторные диаграммы токов и напряжений

при различных видах повреждений.

Трёхфазное КЗ

3-х фазное к.з. (К⁽³⁾) является симметричным режимом, при котором токи и напряжения во всех фазах равны по величине как в месте к.з., так и в другой точке сети.

Ток к.з., проходящий в каждой фазе отстаёт от создающей его э.д.с. на одинаковый угол , определяемый соотношением активного и реактивного сопротивлений цепи короткого замыканий:

Все фазные и междуфазные напряжения в месте 3-х фазного к.з.

равны нулю:

В точках, удаленных от места КЗ на небольшое расстояние, фазные и междуфазные напряжения незначительны по величине, поэтому 3-х фазное КЗ представляет наибольшую опасность и является расчетным режимом при определении максимального тока КЗ.

Двухфазное КЗ

При 2-х фазном к.з. (К²⁾) токи и напряжения разных фаз не одинаковы.

В повреждённых фазах в месте 2-х фазного к.з. проходят одинаковые по величине, но противоположные по направлению токи, а в повреждённой фазе ток к.з. отсутствует. Например, для случая 2-х фазного к.з. между фазами В и С фазные токи:

Междуфазное напряжение между замкнувшимися фазами:

а фазные напряжения замкнувшихся фаз:

3. Чувствительность.

Это свойство защиты, обеспечивающее выявление повреждения электрооборудования в самом начале его возникновения. Чувствительность защиты должна также обеспечивать её действие при повреждениях на смежных участках сети. Так, например, если при повреждении в токе К1 (рис. 1-5) по какой-либо причине не отключается выключатель В1, то должна подействовать защита следующего к источнику питания выключателя В4 и отключить этот выключатель. Такое действие защиты называется дальним резервированием смежного или следующего участка. Чувствительность защиты должна быть такой, чтобы она действовала при к.з. в конце установленной для неё зоны в минимальном режиме работы системы и при замыканиях через электрическую дугу. Чувствительность защиты можно оценить коэффициентом чувствительности Кч. Для защит реагирующих на ток к.з.

где: Iкз мин – минимальный ток к.з.; Iс.з. – ток срабатывания защиты.

4. Надёжность.

Требование надёжности состоит в том, что защита должна правильно и безотказно действовать в пределах установленной для неё зоны и не должна работать неправильно в режимах, при которых её работа не предусматривалась.

Требование надёжности обеспечивается совершенством принципов защиты и конструкцией аппаратуры, простотой выполнения, а также уровнем эксплуатации.

Требования к релейной защите от ненормальных режимов

Защиты от ненормальных режимов также должны обладать селективностью, достаточной чувствительностью и надёжностью. Но быстродействия у защит от ненормальных режимов, как правило, не требуется. Ненормальные режимы часто носят кратковременный характер и самоликвидируются.

Фазные токи в поврежденных фазах отстают от создающей их ЭДС (при замыкании фаз В и С ) на угол .

По мере удаления от места 2-х фазного к.з. фазные напряжения и междуфазное напряжение будет увеличиваться.

С точки зрения влияния на устойчивость параллельной работы генераторов и на работу электродвигателей 2-х фазное к.з. представляет меньшую опасность, чем 3-х фазное к.з.

Однофазное КЗ

Однофазное к.з. может возникнуть только в сетях с заземлённой нейтралью (сети 110 кВ и выше).

В месте 1-фазного КЗ фазы С фазное напряжение повреждённой фазы и фазные токи к.з. неповреждённых фаз будут равным нулю:

Ток КЗ протекает только в замкнувшейся на землю фазе С:

.

Напряжения неповреждённых фаз (А и В) будут превышать ЭДС соответствующих фаз () из-за того, что в неповреждённых фазах

наводится э.д.с. взаимоиндукции под действием тока к.з. протекающего в повреждённой фазе.

В некоторых случаях ток 1 ф. к.з. может быть больше тока Зф. к.з., однако этот режим представляет меньшую опасность для нормальной работы энергосистемы чем 3-х и 2-х фазные к.з. так как в месте повреждения снижается до нуля только фазное напряжение поврежденной фазы. (В нашем

случае .

Замыкание на землю одной фазы в сети с изолированной нейтралью

В сетях с малыми токами замыкания на землю (в сетях работающих с изолированной нейтралью или с нейтралью заземлённой через дугогасящую катушку), замыкания одной фазы на землю сопровождаются значительно меньшими токами чем при 1 ф.КЗ.

При замыкании на землю одной фазы, фазное напряжение поврежденной фазы относительно земли становится равным нулю, а напряжения неповрежденных фаз увеличиваются в раз

и становятся равными междуфазным напряжением .

Через место повреждения проходит ток замыкающийся через

ёмкости неповрежденных фаз "В" и "С". Ёмкость поврежденной фазы зашунтирована местом замыкания и поэтому ток через неё не проходит.

Для снижения тока замыкания на землю применяются специальные компенсирующие устройства – дугогасящие катушки (ДГК), которые включаются между нулевыми точками трансформаторов или генераторов и землёй. В зависимости от настройки ДГК ток замыкания на землю можно уменьшить до нуля или до некоторой небольшой величины.

К ненормальным режимам в электроустановках относятся опасные для