13.2. Функции защит

Реле или устройство защиты, обеспечивающее постоянный контроль электрических величин сети, объединяет простейшие функции, сочетание которых должно быть адаптировано к контролируемым элементам системы электроснабжения.

Рассмотрим алгоритм работы реле защиты на примере максимальной токовой защиты ANSI 51 (рис. 13.2).

Реле защиты имеет:

1. Аналоговый вход для измерения контролируемой величины с вводом данных от датчика тока. Для согласования цифровой части микропроцессорного устройства с аналоговым входом используется аналого-цифровой преобразователь АЦП.

2. Измерительный орган ИО сравнивает текущее значение входного тока I с заданной величиной уставки I_S. Логический результат обработки измерений имеет обозначение S. На выходе устройства защиты цифровой сигнал с помощью аналого-цифрового преобразователя АЦП снова преобразуется в аналоговый сигнал.

	3. Логический выходной сигнал St с выдержкой времени (блок выдержки времени БВВ) используется для выдачи команды на отключение повреждения выключателем Q. 4. Мгновенный логический выходной сигнал Si функции защиты может быть использован для сигнализации о возникшем повреждении электрической сети (HL – индикатор-
Рис.13.2. Алгоритм работы реле защиты

ная или сигнальная лампа).

Режим работы функции защиты устанавливается на основе временных характеристик реле защиты (рис. 13.3):

1. Время срабатывания t_СРАБ – это промежуток времени между моментом возникновения повреждения и появлением тока I, превышающим значение уставки I_S, и изменением выходного сигнала S реле защиты (мгновенный выход).

2. Время возврата t_ВОЗВР – это промежуток времени между резким уменьшением входной величины I, когда I становится меньше I_S, и переключением выходного сигнала S реле защиты.

Рис.13.3. Временные характеристики функции защиты	Рис.13.4. Коэффициент возврата

Для устойчивости функции вводится понятие коэффициента возврата К_В, выраженного в долях от значения уставки. На рис. 13.4 показано, что величина S проходит от 1 до 0 при входном токе I = К_В ∙ I_S. Данная функция применяется для исключения так называемого эффекта «дребезга контактов» или изменения выходного логического сигнала S (0–1–0–1), когда ток I изменяется и примерно равен уставке I_S.

Различают следующие виды выдержки время срабатывания реле защиты:

1. Независимую или постоянную выдержку времени (DT – Definite Time). На рис. 13.5,а показан алгоритм работы реле защиты, когда время отключения t_S защитой не зависит от величины входного тока I, превышающем значение уставки I_S. Время отключения t_S постоянно при всех значениях тока I > I_S.

2. Зависимую выдержку времени (IDMT – Inverse Definite Minimum Time). На рис. 13.5,б показан алгоритм работы реле защиты, когда при входных токах I > I_S время отключения t_S защитой тем меньше, чем больше ток I. Часто используется термин «обратно-зависимая от тока выдержка времени», который мы в дальнейшем и будем использовать.

Примечание. В микропроцессорных защитах электрических сетей напряжением 6–10 кВ и более расчетное значение выдержки времени t_S принимается при десятикратном токе уставки 10∙I_S.

Рис.13.5. Алгоритм отключения защитой с независимыми (а) и обратно-зависимыми (б) от тока выдержками времени

Имеются несколько типов кривых отключения, определяемых с помощью уравнений и установленных в соответствии со стандартами различных организаций, например, кривые МЭК (рис.13.6):

– обратно-зависимая выдержка (SIT – Standard Inverse Time); – очень обратно-зависимая выдержка (VIT – Very Inverse Time); – чрезвычайно обратно-зависимая выдержка (EIT – Extremely Inverse Time). Сегодня микропроцессорные устройства релейной защиты являются многофункциональными, т.е. кроме защиты СЭС могут выполнять многие другие действия. С целью совершенствования управления электрическими сетями микропроцессорные уст-

Рис .13.6. Кривые отключения с зависимой выдержкой времени

ройства дополнены следующими смежными (дополнительными) функциями:

1. Дополнительные команды.

2. Контроль нормальной работы.

3. Диспетчерское управление на расстоянии коммутационными аппаратами различного рода подстанциями.

4. Сигнализация.

5. Измерения.

6. Диагностика.

7. Связь.

Все эти функции обеспечиваются с помощью одного и того же цифрового устройства защиты. Поясним некоторые из этих функций:

1. Управление выключателями. Данная функция обеспечивает управление различными типами катушек включения и отключения выключателей.

2. Контроль цепи отключения. Данная функция используется для обнаружения неисправности в цепи отключения выключателя.

3. Логика управления. Данная функция обеспечивает применение принципа логической селективности путем передачи и/или приема команд "логического ожидания" для различных защит.

4. Логические функции. С помощью этих функций осуществляется обработка логических уравнений для выдачи информации или дополнительных команд в соответствии с типом применения.

5. Функции помощи в эксплуатации. Благодаря этим функциям обеспечивается большее удобство в работе Пользозателя:

– регулирование под нагрузкой трансформаторами;

– компенсация реактивной мощности;

– устройство обнаружения повреждения (ANSI 21FL, Fault Locator);

– управление ступенями конденсаторов;

– продолжительность работы до отключения при тепловой перегрузке.

6. Функции измерения. Данные функции позволяют информацию, необходимую для анализа работы электрической сети, использовать для надлежащей ее эксплуатации. Измеряются следующие величины:

– фазные и линейные напряжения;

– напряжения прямой, обратной и нулевой последовательности;

– фазные токи;

– токи нулевой последовательности;

– токи и напряжения высших гармоник;

– дифференциальный и сквозной токи;

– ток отключения;

– частота;

– активная, реактивная и полная мощности;

– активная и реактивная энергии;

– коэффициент мощности (cos φ);

– максиметры тока, активной и реактивной мощностей;

– температура;

– время пуска двигателя;

– анализ записи осциллограмм аварийных режимов.

7. Функции диагностики выключателя:

– счетчик коммутаций на отключение и включение выключателем при возникновении повреждения;

– время наработки;

– время взвода привода;

– контроль датчиками (ТН, ТТ); с помощью данной функции обеспечивается контроль измерительной цепи трансформаторов напряжения и тока для управления соответствующими защитами;

– кумулятивное значение токов отключения выключателя (кА²).

8. Функции связи. С помощью этих функций обеспечивается обмен имеющимися данными между различными элементами сети (передача результатов измерений, состояний, команд и т.д.).