4.Способы включения реле и способы их воздействия на выключатель
Обмотки реле могут включаться на ток или напряжение сети непосредственно (первичные реле) или через измерительные трансформаторы тока и напряжения (вторичные реле). Наибольшее распространение получили вторичные реле, т.к. имеют ряд преимуществ: изолированы от высокого напряжения и выполняются стандартными на одни и те же номинальные токи 5А или 1А и номинальное напряжение 100В; располагаются на некотором расстоянии от защищаемого объекта в удобном для обслуживания месте. Достоинство первичных реле: для их включения не требуется измерительных трансформаторов и контрольного кабеля. Такие реле используют для защиты маломощных объектов (трансформаторов, электродвигателей, ЛЭП) на напряжение до 10кВ.
Существует два способа воздействия защиты на отключение выключателя: прямой и косвенный. В реле прямого действия исполнительный элемент воздействует непосредственно на расцепляющий рычаг выключателя. Такие реле устанавливаются непосредственно в приводе выключателя, поэтому их часто называют встроенными. В защите с реле косвенного действия исполнительный элемент замыкает контакты цепи обмотки электромагнита, называемого катушкой отключения выключателя. Питание этой катушки осуществляется от специального источника – источник оперативного тока. Электромагнит освобождает защелку, после чего выключатель отключается под действием пружины. Защиты с реле косвенного действия требуют дополнительный источник оперативного тока, однако усилия, развиваемые таким реле, могут быть незначительными, поэтому они отличаются большей точностью и малым потреблением. Кроме того, в защитах имеющих в своем составе несколько реле, проще реализовать взаимодействие между ними при помощи оперативного тока, а не механическим путем. Таким образом, наибольшее распространение получили защиты со вторичными реле косвенного действия.
5.Основные требования, предъявляемые к релейной защите
К РЗ предъявляются такие основные требования, как селектив-ность, быстродействие, чувствительность, надежность.
Селективность, или избирательность– это способность РЗ выявлять место повреждения и отключать его только ближайшими выключателями. При КЗ в точке К1 (рис. 1.2) для правильной ликвидации аварии должна подействовать защита на выключателе Q1 и отключить этот выключатель. При этом остальная неповрежденная часть электриче-ской установки останется в работе. Такое избирательное действие за-щиты называется селективным. Если же при КЗ в точке К1 раньше защиты выключателя Q1 подействует защита выключателя Q2 и отключит этот выключатель,
то ликвидация аварии будет неправильной, т. к. кроме поврежденно-го электродвигателяM1, останется без напряжения неповрежденный электродвигатель М2. Такое действие защиты называется неселек-тивным. Из рис. 1.2 видно, что если при КЗ в точке К1 подействует не-правильно защита выключателя Q3 и отключит этот выключатель, то последствия такого неселективного действия будут еще более тяже-лыми, т. к. без напряжения останутся оба неповрежденных электро-двигателя М2 и М3. В технике РЗ принято называть предыдущая(нижестоящая) и последующая(вышестоящая) защиты на смежных линиях. Так, на рис. 1.2 у выключателя Q1 установлена предыдущая защита, а у вы-ключателя Q2 – последующая. Нумерацию защит начинают от самой удаленной от источника питания G защиты.
Рассмотренный пример показывает, что выполнение требования селективности является важным для обеспечения правильной ликви-дации аварий. Применяется несколько способов обеспечения селективности.
Селективность по принципу действия. По принципу действия защиты могут иметь абсолютную или относительную селективность. В случае абсолютной селективности защита срабатывает только при КЗ в защищаемой зоне(например, газовая или дифференциальная за-щиты трансформатора). Защита, имеющая абсолютную селективность, принципиально не должна срабатывать при КЗ вне зоны дейст-вия(например, зона действия дифференциальной защиты ограничивается местом установки питающих ее ТТ). При относительной селективности защита срабатывает при КЗ в своей основной зоне, но может и применяться в качестве резервной при КЗ на смежных участках(например, максимальная токовая защита).
Селективность по чувствительности. Ток, напряжение или сопротивление срабатывания выбирается таким образом, чтобы последующая защита не действовала при КЗ на смежной линии или за трансформатором. Для этого(например, токовая отсечка(ТО)) от-страивается от токов КЗ в конце линии или за трансформатором и, следовательно, обладает селективностью по чувствительности.
Селективность по времени. Выдержка времени каждой после-дующей защиты(например, максимальной токовой) выбирается на ступень селективности больше предыдущей защиты. Поэтому последующая защита не успевает сработать, т. к. ее опережает предыдущая защита линии при КЗ на ней. Этот принцип наиболее прост, однако имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что выдержка времени растет по мере приближения точки КЗ к источнику питания. Величина ступени селективности определяется точностью реле времени защиты, быстродействием примененного выключателя и для электромеханических защит составляет0,5 с, а для микропроцессорных защит– 0,2–0,3 с.
Логическая селективность применяется в том случае, если смежные защиты объединены линией связи. При этом последующая защита сработает без выдержки времени(быстродействующая ступень) при условии, что не запустилась предыдущая защита. Пуск предыдущей защиты свидетельствует о том, что КЗ произошло на смеж-ной линии и последующая защита переводится в режим временной селективности, т. е. она сработает, если откажет предыдущая защита или ее выключатель. Логическую селективность целесообразно применять на коротких линиях и при использовании цифровых реле, у которых есть специальный вход «логического ожидания». Быстродействие– это свойство РЗ отключать повреждение с минимально возможной выдержкой времени, т. к. быстрое отключение поврежденного оборудования или участка электрической установки предотвращает или уменьшает размеры повреждений, сохраняет нормальную работу потребителей неповрежденной части установки, предотвращает нарушение параллельной работы генераторов. Длительное
протекание тока КЗ может привести к повреждению неповрежденных участков оборудования, линий, трансформаторов, по которым протекает ток КЗ вследствие термического перегрева оборудования. Допустимое время протекания тока через оборудование, не вызывающее его повреждения, указывается в ГОСТах на оборудование и находится в обратно-пропорциональной зависимости от величины тока. Для обеспечения устойчивости параллельной работы генераторы, трансформаторы, линии электропередачи, по которым осуществляется параллельная работа, и все другие части электрической установки или электрической сети должны оснащаться быстродействующей РЗ, время действия которой не должно превышать0,1 с, а для линий сверхвысокого напряжения– не более0,02 с.
Чувствительность– это свойство защиты надежно срабатывать при КЗ в конце защищаемого участка в минимальном режиме работы системы. Защита должна обладать такой чувствительностью к тем видам повреждений и нарушений нормального режима работы, на которые она рассчитана. Чувствительность защиты должна также обеспечивать ее действие при повреждениях на смежных участках. Так, если при повреждении в точке К1 (рис. 1.2) по какой-либо причине не отключится выключатель Q1, то должна подействовать защита следующего к источнику питания выключателя Q2 и отключить этот выключатель. Такое действие защиты называется дальним резервированием смежного участка. Чувствительность защиты оценивается коэффициентом чувствительности, определяемым как отношение минимального значения контролируемого тока при КЗ в конце защищаемого участка к току
срабатывания защиты. Коэффициенты чувствительности нормируются[1] и минимальная их величина составляет при КЗ в защищаемой
зоне1,5, в зоне резервирования– 1,2, для быстродействующих дифференциальных защит 2
Коэффициент чувствительности учитывает погрешности реле, погрешности расчета параметров срабатывания РЗ, влияние переходного сопротивления и электрической дуги в месте КЗ.
Надежность– это свойство защиты гарантированно выполнять свои функции на протяжении всего периода эксплуатации. Защита должна правильно и безотказно действовать на отключение выключателей при всех повреждениях и нарушениях нормального режима работы и не действовать в нормальных условиях, а также при таких повреждениях и нарушениях нормального режима работы, при которых действие данной защиты не предусмотрено. Требование надежности обеспечивается совершенством принципов защиты и конструкций аппаратуры, добротностью деталей, простотой выполнения, а также уровнем эксплуатации. Требуемое состояние устройств защиты поддерживается плановыми проверками РЗ, при которых необходимо выявить и устранить возникшие дефекты. У современных микропроцессорных устройств защиты существуют встроенные системы автоматической и тестовой проверки, которые позволяют быстро выявить появившиеся неисправности и тем самым предотвратить отказ или неправильную работу защиты. Глубина таких проверок может быть большой, но не 100 %. Поэтому наличие тестовых проверок или автоматического контроля не исключает необходимости плановых проверок, но существенно уменьшают их частоту и объем проведения.
Для повышения надежности защиты применяют принципы ближнего или дальнего резервирования. Ближнее резервирование обеспечивается установкой на данном присоединении второй, резервной защиты, а для резервирования отказа выключателя– специального устройства резервирования отказа выключателя(УРОВ). При дальнем резервировании отказ защиты и выключателя резервируется защитой на вышестоящем, т. е. последующем элементе. При отсутствии такого резервирования последствия отказа не резервируемых защит очень тяжелы: это выгорание секций шин и трансформаторов на питающих подстанциях, выгорание отходящей линии на большом протяжении. Поэтому следует стремиться к применению средств ближнего и дальнего резервирования и отказываться от него только при полной технической невозможности осуществления.