Оглавление

1. Общие сведения о релейной защите (РЗ). Назначение РЗ, функции и свойства. Основные понятия РЗА. 2

2. Измерительные трансформаторы тока и напряжения. Требования к измерительным преобразователям, схемы включения. 9

3. Реле направления мощности. Назначение, область применения, схемы включения, понятие угла максимальной чувствительности. 22

4. Защиты относительной и абсолютной селективности. Понятие селективности, примеры. 30

5. Максимально-токовая защита (МТЗ). Основные функции, схема, зависимый и независимый принцип. 32

6. Токовые защиты от однофазных замыканий на землю в сетях с малым током замыкания на землю. 38

7. Токовые направленные защиты. 47

8. Реле сопротивления. Общие понятия и принципы построения. 51

9. Контроль цепей напряжения. 65

10. Реле сопротивления на примере ЭПЗ-1636 80

11. Реле сопротивления на примере ШДЭ-2801 95

13. Фильтры симметричных составляющих 111

1. Общие сведения о релейной защите (рз). Назначение рз, функции и свойства. Основные понятия рза.

При эксплуатации электрооборудования повреждения, возникающие вследствие пробоя изоляции, обрывов проводов, ошибочных действий персонала и других причин, приводят к коротким замыканиям (КЗ), сопровождающимся понижением напряжения и высокотемпературной дугой. Дежурный персонал не в состоянии за требуемое малое время отметить возникновение КЗ, выявить поврежденный элемент и дать сигнал на отключение его выключателей. В тоже время быстрое отключение поврежденного элемента позволяет существенно сократить размеры повреждений, а иногда и предотвратить их. Поэтому электроустановки снабжаются автоматически действующими устройствами – релейной защитой или предохранителями (последние преимущественно в системах с напряжением менее 1 кВ), осуществляющими защиту от повреждений и некоторых ненормальных режимов работы.

Таким образом, основным назначением релейной защиты является выявление места возникновения КЗ и быстрое отключение поврежденного участка сети.

Кроме повреждений возможны такие нарушения нормальных режимов работы, как перегрузка, замыкание на землю в сетях с изолированной и компенсированной нейтралью и другие, которые не представляют непосредственной опасности для оборудования.

Вторым назначением релейной защиты является выявление нарушений нормальных режимов работы оборудования и подача предупредительных сигналов.

На подстанциях без обслуживающего персонала в таких режимах релейная защита производит отключение оборудования с выдержкой времени, так как нарушения нормальных режимов работы зачастую бывают кратковременными и могут самоустраняться.

Релейная защита является основным видом электрической автоматики, без которой невозможна нормальная работа энергосистем.

Предотвращение возникновения аварий или их развития при повреждениях в электрической части энергосистемы часто может быть обеспечено путем быстрого отключения поврежденного элемента. Поэтому электрические установки снабжаются автоматически действующими устройствами - релейной защитой. Выявление и отключение повреждений следует производить очень быстро – в течение сотых и десятых долей секунды.

РЗ осуществляет непрерывный контроль за состоянием всех элементов ЭЭС и реагирует на возникновение повреждений и ненормальных режимов. При возникновении повреждений РЗ должна выявить повреждённый участок и отключить его от ЭЭС, воздействуя на специальные силовые выключатели, предназначенные для размыкания токов повреждения. При возникновении ненормальных режимов РЗ также должна выявить их и в зависимости от характера нарушения либо отключать оборудование, если возникла опасность его повреждения, либо производить автоматические операции, необходимые для восстановления нормального режима, либо осуществлять сигнализацию оперативному персоналу, который должен принимать меры к ликвидации ненормальности.

Основным назначением релейной защиты является автоматическое отключение поврежденного элемента (как правило, при К.З) от остальной, неповрежденной части системы при помощи выключателей. Таким образом, она является одним из видов противоаварийной автоматики систем. Важность этого вида автоматики определяется тем, что без нее вообще невозможна бесперебойная работа электроэнергетических установок. Следует отметить, что некоторые виды повреждений, например однофазные замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью, непосредственно не нарушают работу системы. В таких случаях часто допускают действие защиты только на сигнал. Дополнительным назначением релейной защиты является необходимость ее реагирования на опасные ненормальные режимы работы элементов системы. В зависимости от их вида и условий эксплуатации установки (например, наличия или отсутствия постоянного дежурного персонала) защита действует на сигнал или отключение выключателей тех элементов, оставлять которые на некоторое время в работе нежелательно или даже недопустимо, так как это может привести к возникновению повреждения или аварии. Релейную защиту, которая должна реагировать на ненормальные режимы работы, часто целесообразно выполнять не быстродействующей, как защиту от КЗ, а с определенной выдержкой времени.

В зависимости от характера изменения входных величин различают 2 вида реле:

• максимального действия, когда срабатывание реле происходит при превышении входной величины некоторого параметра срабатывания (или уставки)

• минимального действия, когда срабатывание реле происходит при снижении входной величины ниже некоторой уставки

Отличительной особенностью реле является то, что возврат реле из сработавшего состояния в исходное осуществляется не при значении уставки, а при величине, определяемой коэффициентом возврата. Коэффициент возврата определяется по следующему выражению:

где V – входная величина, V_в – значение входной величины, при которой происходит возврат реле из сработавшего состояния в исходное, V_сраб – уставка реле.

Значение коэффициента возврата для реле максимального действия меньше 1, а для реле минимального действия больше 1.

Кроме бытового применения, реле максимального тока нашли широкое применение в промышленности. Примером прибора, который защищает мощные электродвигатели постоянного и переменного тока от перегрузок, можно считать реле максимального тока РЭО-401.

Электромагнитная система реле имеет скобу магнитопровода, в которую ввернута трубка. На трубке расположена катушка, помещенная в изоляционный каркас. Якорь располагается внутри трубки. Он свободно перемещается вдоль нее. Положение якоря в трубке и определяет величину срабатывания прибора.

Регулируется ток срабатывания изменением положения скобы. После регулировки скоба фиксируется винтом. После того, как устройство сработало и блок-контакты разомкнулись, они будут оставаться в разомкнутом положении до тех пор, пока ток в цепи не понизится до номинального уровня и якорь передвинется в нижнее положение.

После этого под действием пружины контакты замыкаются. Провода подсоединяются к прибору спереди.

Токовое реле, как и любая другая защитная конструкция, используется для аварийного отключения цепи от источника питания. Оно помогает продлить срок службы оборудования и избежать негативного воздействия различных факторов.

Принцип работы реле:

1. Регулируется величина тока срабатывания путём изменения силы натяжения возвратной пружины. Делается это при помощи корончатой гайки и винта, определяющего величину воздушного зазора в электромагните.

2. Катушка подключается к цепи возбуждения аппарата, на котором установлено реле минимального тока.

3. Как только ток в цепи достигнет величины срабатывания (минимально допустимого значения), сила притяжения якоря к полюсному наконечнику станет больше противодействующей силы пружины, закреплённой в колодке.

4. Всё это приведёт к включению приспособления, а также замыканию и размыканию контактов.

Функции заключаются как в срабатывании при внутренних повреждениях, так и в несрабатывании в случаях внешних повреждений, а также в несрабатывании в нормальных и ненормальных режимах работы электрической системы при отсутствии в ней повреждений.

По выполняемым функциям защиты делятся на основные и резервные. Основной называется защита, предназначенная для работы при всех или части видов КЗ (например, только при многофазных КЗ) в пределах всего защищаемого элемента (например, 100 % длины линии) со временем, меньшим, чем у других установленных защит. Резервной называется защита, предусматриваемая для работы вместо основной данного элемента в случаях ее отказа или вывода из работы (ближнее резервирование), а также вместо защит смежных элементов при их отказе или в случаях отказов выключателей смежных элементов (дальнее резервирование).

Выполнение заданных функций в процессе эксплуатации защиты может иногда срываться, например, вследствие погрешностей органов защиты, выхода из строя ее элементов, т. е. имеют место отказы функционирования защиты. Отказы делятся на отказы срабатывания при требуемом срабатывании, излишние срабатывания при повреждениях с требованием несрабатывания и ложные срабатывания при отсутствии повреждения в системе.

Устройства релейной защиты, как правило, содержат три основных части: измерительную, логическую и исполнительную.

В измерительную часть входят измерительные и пусковые органы защиты. Логическая часть состоит из отдельных переключающих элементов и органов выдержки времени, которые при определенном действии (срабатывании) измерительных и пусковых органов, в соответствии с заложенной в логическую часть программой, запускают исполнительную часть. Исполнительная часть выполняет действие на отключение (включение) выключателей, или других внешних устройств.

Основные требования к РЗА:

Быстродействие. Отключение к.з. должно производиться с возможно большей быстротой для ограничения размеров разрушения оборудования, повышения эффективности автоматического повторного включения линий и сборных шин, уменьшения продолжительности снижения напряжения у потребителей и сохранения устойчивости параллельной работы генераторов, электростанций и энергосистемы в целом. Последнее из перечисленных условий является главным. Защиты, действующие с временем до 0,1 − 0,2 сек, считаются быстродействующими. Современные быстродействующие защиты могут работать с временем 0,02 − 0,04 сек (так как РЗ работает по действующему, а не мгновенному значению токов и напряжений, мгновенным действие РЗ быть не может). Требование быстродействия является в ряде случаев определяющим условием, обеспечивающим устойчивость параллельной работы электростанций и энергосистем. Требование к времени действия защиты от ненормальных режимов зависит от их последствий.

Ч увствительность. Для того чтобы защита реагировала на отклонения от нормального режима, которые возникают при к.з. (увеличение тока, снижение напряжения и т.п.), она должна обладать определенной чувствительностью в пределах установленной зоны ее действия.

К аждая защита (например, I на рис.) должна отключать повреждения на том участке АБ, для защиты которого она установлена (первый участок защиты I), и, кроме того, должна действовать при к.з. на следующем, втором участке БВ, защищаемом защитой II. Действие защиты на втором участке называется дальним резервированием. Оно необходимо для отключения к.з. в том случае, если защита II или выключатель участка БВ не сработает из-за неисправности. Чувствительность защиты принято характеризовать коэффициентом чувствительности.

Надежность –– это свойство защиты гарантированно выполнять свои функции на протяжении всего периода эксплуатации. Защита должна:

- правильно и безотказно действовать на отключение выключателей оборудования при всех его повреждениях и нарушениях нормального режима работы, для действия при которых она предназначена (надёжность срабатывания)

- не действовать в нормальных условиях, а также при таких повреждениях и нарушениях нормального режима работы, при которых действие данной защиты не предусмотрено, и должна действовать другая защита (надёжность несрабатывания).

Требование надежности состоит в том, что защита должна безотказно работать при к.з. в пределах установленной для нее зоны и не должна работать неправильно в режимах, при которых ее работа не предусматривается.

Селективность. Селективностью называют способность релейной защиты отключать только поврежденные элементы. Требование селективности не должно исключать возможность действия других защит как резервных в случае отказа защит или выключателей смежных элементов. Защиты, могущие по принципу действия работать в качестве резервных при КЗ на смежных участках называют защитами с относительной селективностью. Защиты с абсолютной селективностью работают только при КЗ на защищаемом элементе.

Реле – первое аналого-цифровое устройство (простейшее – реле тока)

РЗ – основная защита в энергосистеме

(ставится на выключатели, поэтому отдельно чаще всего не рисуется)