Защиты, время действия которых не превышают 0,1 с считаются быстродействующими.
Современные электронные защиты имеют время действия от 0,01 до 0,04 с. Их недостатком является чувствительность к помехам. Применение помехоустойчивых выходных органов РЗ с системой контроля позволяет избавиться от этого недостатка.
Устойчивость функционирования защиты характеризуется чувствительностью к внутренним КЗ и нечувствительностью (отстроенностью) к внешним КЗ и нормальным режимам работы.
Известно, что фазовый угол φн тока в нормальных условиях не превышает 400, а при КЗ фазовый угол φк достигает 65 … 750. Графически это можно изобразить на комплексной плоскости токов (рис. 3).
Рис. 3. Комплексная плоскость токов. Ia – активная составляющая тока; Iр – реактивная составляющая тока; Iн – нормальный ток; Iсзн – ток срабатывания в режиме перегрузки; Iк – ток КЗ; Iсзк – ток срабатывания в режиме КЗ; φн - фазовый угол тока в нормальных условиях; φк - фазовый угол тока в режиме КЗ.
На рис. 3 заштрихована область токов, при которых происходит срабатывание защиты.
Наименьший ток, соответствующий данному фазовому углу, при котором срабатывает защита, называется током срабатывания.
При φ = φн защита сработает если Iн ≥ Iсзн.
При φ = φк защита сработает, если Iк ≥ Iсзк.
Защита считается устойчивой, если выполняются условия Iн ≥ Iсзн и Iк ≥ Iсзк.
Чувствительностью называется способность защиты реагировать на повреждения в защищаемой зоне в самых неблагоприятных условиях.
Чем дальше место повреждения, тем меньше ток КЗ. Значение тока КЗ еще сильнее уменьшается, если напряжение в системе снижается до допустимого минимума, а КЗ происходит через переходное сопротивление изоляции или электрической дуги. При таком удаленном КЗ его ток Iкmin соизмерим с нормальным током и защита может не сработать.
Чувствительность защиты определяется коэффициентом чувствительности kч:
kч = Iкmin / Iсзк
Защита будет срабатывать если kч ≥ 1.
Для обеспечения надежного срабатывания защиты величина kч нормируется следующим образом:
- для резервных систем kч ≥ 1,25;
- для основных систем защиты kч ≥ 1,5;
- для дифференциальных защит и токовых отсечек генераторов и трансформаторов kч ≥ 2.
Для отстройки защиты от срабатывание на КЗ на внешних по отношению к защите участков вводится коэффициент отстройки kотс. Его величина нормируется следующим образом:
- для токовых защит и защит напряжения kотс = 1,2 … 1,3;
- для дистанционных защит kотс = 1,1 … 1,15.
В общем случае, если уставку защиты обозначить как А, условие срабатывания примет вид:
Для защит, срабатывающих при возрастании контролируемой величины:
│Асз│ ≥ kотс │А* кmax│, при [φcз = φкmax],
где А* кmax - наибольшие значение контролируемой величины А при КЗ в начале смежного участка при угле φкmax;
Для защит, срабатывающих при уменьшении контролируемой величины:
│Асз│≤ kотс │А* кmin│, при [φcз = φкmin],
где А* кmin - наименьшее значение контролируемой величины А при КЗ в начале смежного участка при угле φкmin.
Для того, чтобы защита не срабатывала при нормальных режимах работы необходимо выполнить следующие условия:
Для защит, срабатывающих при возрастании контролируемой величины:
│Асз│ ≥ kз│Анmax│, при [φcз = φнmax],
где Анmax - наибольшие значение контролируемой величины А при нормальной работе и угле φнmax;
Для защит, срабатывающих при уменьшении контролируемой величины:
│Асз│ ≤ 1/kз│Анmin│, при [φcз = φнmin],
где Анmin - наименьшее значение контролируемой величины А при нормальной работе и угле φнmin;
В том и в другом случае коэффициент запаса kз = 1,15 … 1,25.
Если защита работает с выдержкой времени, то вводится коэффициент возврата kв. Он учитывает тот факт, что возврат защиты в исходное состояние осуществляется при значении контролируемой величины Авз отличающейся от ее значения при срабатывании. Значение коэффициента возврата указывается в паспорте реле.
kв = Авз / Асз.
Для защит, срабатывающих при возрастании контролируемой величины kв = 0,8 … 0,9.
Для защит, срабатывающих приуменьшении контролируемой величины kв = 1,1 … 1,25.
Надежность защиты - это ее способность выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения эксплуатационных показателей в установленных технической документацией пределах при соблюдении правил технической эксплуатации, ремонта, хранения и транспортировки.
Релейная защита работает в двух основных режимах – в режиме дежурства и режиме тревоги.
В режиме дежурства защита работает при нормальной работе защищаемой ею зоны системы.
При появлении в защищаемой зоне КЗ и перенапряжений защита переходит в режим тревоги, т.е. срабатывает.
В каждом режиме работы действия защиты должны быть верными. Таким образом надежность защиты заключается в ее надежном срабатывании при возникновении условий срабатывания и в надежном несрабатывании при отсутствии условий срабатывания.
На РЗ постоянно воздействуют различные факторы, в том числе и случайные. Эти факторы могут вызвать неверное действие защиты. Для удобства анализа все факторы, действующие на РЗ, объединены в две группы.
Факторы первой группы – это отказы элементов конструкции релейной защиты. Эти факторы характеризуют элементную надежность РЗ.
Факторы второй группы – это внешние воздействия. К таким воздействиям относятся:
- помехи в цепях измерительных трансформаторов, первичных датчиков и источников питания;
- срабатывание разрядников на шинах и высоковольтных линиях при атмосферных и коммутационных перенапряжениях;
- броски тока при автоматическом повторном включении (АПВ) и автоматическом включении резерва (АВР);
- неверный выбор уставок.
Может быть еще целый ряд различных факторов, связанный с изменениями условий работы защищаемой системы.
Надежность защиты оценивается стандартными показателями, такими как вероятность безотказной работы, вероятность отказа, плотность вероятности отказов, интенсивность отказов и т.д.
Повышение надежности РЗ осуществляется организацией соответствующей системы эксплуатации, а также схемными методами, такими, как резервирование и дублирование.
В случае резервирования основная защита реагирует на нарушения работы внутри защищаемой зоны. Резервная защита должна срабатывать в случае, если основная защита неисправна. Для исключения ложного срабатывания резервной защиты при исправной основной защите быстродействие основной защиты должно быть больше.
Если один и тот же участок системы защищает два устройства, то такая защита называется дублированием.
Для защиты «мертвых зон» системы, а также для ускорения отключения ее отдельных участков используется дополнительная защита.