13. Принципы построения защиты электрических сетей

НАПРЯЖЕНИЕМ ВЫШЕ 1 кВ

13.1. Общие положения

С помощью устройств защиты обеспечивается постоянный контроль состояния элементов электрической сети и производится их отключение, например, отключение выключателя при возникновении в сети каких-либо повреждений: коротких замыканий, повреждений изоляции и т.д.

Подбор устройства релейной защиты не является какой-то отдельной технологической операцией, а составляет один из наиболее важных этапов разработки и создания электрической сети. Устройства защиты имеют многоцелевое назначение:

– защита людей от поражения электрическим током;

– защита от повреждения материалов (трехфазное короткое замыкание на сборных шинах среднего напряжения за 1 секунду способно расплавить до 50 кг меди; температура электрической дуги может превышать в центре этой дуги 10 000 °С);

– ограничение тепловой, диэлектрической и механической нагрузок на эти материалы;

– обеспечение стабильной и непрерывной работы сети;

– защита расположенных рядом установок и оборудования (например, снижение наведенного напряжения в смежных цепях).

Для достижения этих целей необходимо создать быструю, избирательную и надежную систему защиты. Защита, тем не менее, имеет ограничения. Повреждение возникает прежде, чем система защиты сможет среагировать. Таким образом, защита не может предотвратить повреждение. С помощью защиты возможно только ограничить его воздействие и продолжительность. Кроме того, при выборе того или иного варианта защиты приходится идти на компромисс между техническим и экономическим решениями в обеспечении безопасности и подачи электроэнергии.

Разработка системы защиты электрической сети состоит из двух этапов:

– определение «схемы защиты» или её организации;

– определение уставок по каждому виду защиты или так называемая "координация защит" или "селективность".

Организация системы защиты. Система защиты представляет собой цепь из следующих элементов (рис. 13.1):

– измерительные датчики тока или 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 – это различного рода выключатели или плавкие предохранители. В схеме защиты указываются устройства защиты от основных видов повреждений, возникающих в сетях и оборудовании: – перегрузки; – короткие замыкания, междуфазные короткие замыкания и замыкания на землю; – повреждения, возникающие во вращающихся машинах. При разработке схемы защиты учитываются следующие параметры:

Рис. 13.1. Функции реле защиты

– архитектура и масштаб сети, а также различные режимы эксплуатации сети;

– схемы заземления, вида нейтрали электрической сети;

– 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 расчета на основе характеристик отдельных элементов сети.

Эти расчеты 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.