1. Назначение релейной защиты. Требования, предъявляемые к релейной защите. Классификация реле. Классификация защит.

При эксплуатации любой электроэнергетической системы приходится считаться с возможностью возникновения в ней повреждений и ненормальных режимов работы.

Для предотвращения опасных последствий повреждений и ненормальных режимов используется комплекс специальных автоматических устройств, получивший название релейная защита.

Реле – автоматически действующий аппарат предназначенный производить скачкообразное изменение состояния контролируемой сети при заданных значениях входной величины, характеризующей определенное отклонение режима контролируемого объекта.

Основным назначением релейной защиты является:

• при возникновении повреждений выявлять и отключать повреждённый участок, воздействуя на специальные силовые выключатели, предназначенные для размыкания токов повреждения;

• выявлять ненормальные режимы и, в зависимости от характера нарушения, производить операции, необходимые для восстановления нормального режима, или подавать сигнал дежурному персоналу.

Основные требования к защите от КЗ:

• Быстродействие

Быстрое отключение повреждённого оборудования или участка электроустановки уменьшает размеры повреждений, сохраняет нормальную работу потребителей неповреждённой части установки, предотвращает нарушение параллельной работы генераторов, электростанций и энергосистемы в целом.

Это требование предъявляется, когда в сети возникает пробой напряжения ниже 0,6U_ном.

Полное время отключения повреждения t_откл складывается из времени работы защиты t_з и времени действия выключателя t_в, разрывающего ток КЗ t_откл = t_з + t_в.

Современные устройства быстродействующей релейной защиты имеют время действия 0,02-0,1 с.

• Селективность

Селективностью называется способность защиты отключать при КЗ только поврежденный участок сети ближайшими к месту КЗ выключателями.

В соответствии со способами обеспечения селективности при внешних КЗ различают две группы защит: с абсолютной селективностью и с относительной селективностью.

Абсолютную селективность имеют защиты, селективность которых при внешних КЗ обеспечивается их принципом действия, т.е. защита способна работать только при КЗ на защищаемом объекте. Поэтому защиты с абсолютной селективностью выполняются без выдержек времени.

Относительную селективность имеют защиты, на которые по принципу действия можно возложить функции резервных защит при КЗ на смежных элементах сети. С учётом этого такие защиты в общем случае должны выполняться с выдержками времени.

• Чувствительность

Защита должна обладать такой чувствительностью в пределах установленной для неё зоны, чтобы обеспечивалось её действие в самом начале возникновения повреждения, чем сокращаются размеры повреждения оборудования в месте КЗ.

Чувствительность защиты должна также обеспечивать её действие при повреждениях на смежных участках сети. Чувствительность защиты должна быть такой, чтобы она действовала при КЗ в конце установленной для неё зоны в минимальном режиме работы системы и при замыканиях через электрическую дугу.

Чувствительность защиты можно оценить коэффициентом чувствительности

• Надёжность

Требование надёжности состоит в том, что защита должна правильно и безотказно действовать в пределах установленной для неё зоны и не должна работать неправильно в режимах, при которых её работа не предусматривалась.

Требование надёжности обеспечивается совершенством принципов защиты и конструкцией аппаратуры, простотой выполнения, а также уровнем эксплуатации.

В устройствах релейной защиты применяются реле:

• Электрические реле реагируют на электрические величины – ток, напряжение, мощность, частоту, сопротивление, угол между током и напряжением или двумя токами, или двумя напряжениями.

• Механическое реле реагируют на неэлектрические величины – давление, скорость истечения жидкости или газа, скорость вращения и т.д.

• Тепловые реле реагируют на количество выделенного тепла или изменение температуры.

Наибольшее распространение в релейной защите и автоматике получили электрические реле.

Классификация электрических реле.

Все реле имеют:

• воспринимающий (измерительный) орган, который непосредственно воспринимает изменение электрических величин, подведённых к реле, и производит соответствующие им изменения в других органах реле;

• исполнительный орган, который, воздействует на внешние цепи, производит отключение выключателей, подачу предупредительных сигналов или запуск других реле. Частным случаем исполнительного органа являются контакты реле.

Некоторые реле имеют орган замедления (выдержка времени).

В зависимости от электрической величины, на которую реагирует воспринимающий орган, электрические реле бывают: токовые, напряжения, мощности, сопротивления, частоты и т.д.

По характеру изменения воздействующей величины реле делятся на реле максимальные и реле минимальные. Максимальные реле работают, когда значение воздействующей величины превосходят заданную, а минимальные – когда значение воздействующей величины снижается ниже заданной.

По назначению условно можно разделить на три группы:

• Основные реле, непосредственно реагирующие на изменение контролируемых величин, например, напряжения, мощности, частоты, сопротивления и т.д. (реле тока, напряжения, мощности, частоты, сопротивления).

• Вспомогательные реле, управляемые другими реле и выполняющие функции введения выдержек времени, размножения контактов, передачи команд от одних реле к другим, воздействия на выключатели и т.п. (реле времени, промежуточные реле).

• Сигнальные (указательные) реле, фиксирующие действие защиты и управляющие звуковыми и световыми сигналами (указательные реле).

По способу включения воспринимающего органа различаются реле первичные, у которых воспринимающий орган включается непосредственно в цепь защищаемого элемента, и реле вторичные, у которых воспринимающий орган включается через измерительные трансформаторы тока или напряжения.

Наибольшее распространение имеют реле вторичные, преимущества которых по сравнению с первичными в том, что они изолированы от высокого напряжения, располагаются на некотором расстоянии от защищаемого объекта, в удобном для обслуживания месте.

Достоинством первичных реле является то, что для их включения не требуется измерительных трансформаторов и источников оперативного тока и контрольного кабеля.

По способу воздействия исполнительного органа различаются реле прямого действия, у которых исполнительный орган отключает выключатель путём прямого механического воздействия, и реле косвенного действия, исполнительный орган которых воздействует на привод выключателя с помощью оперативного тока.

Защита с вторичным реле прямого действия показана на рисунке (а). Реле 1 срабатывает, когда электромагнитная сила F_э становится больше силы F_n противодействующей пружины. При срабатывании реле его подвижная система воздействует непосредственно (прямо) на расцепляющий рычаг 3 выключателя, после чего выключатель отключается под действием пружины 4.

Защита с вторичным реле косвенного действия изображена на рисунке (б). При срабатывании реле 1 его контакты замыкают цепь обмотки электромагнита 2, называемого катушкой (соленоидом) отключения выключателя. Под действием напряжения U, подводимого к катушке отключения 2 от специального источника, сердечник 3 катушки отключения преодолевает сопротивление F_n пружины 5 и освобождает защелку 4 и выключатель отключается под действием пружины 6.

По принципу действия электрические реле разделяются на следующие группы:

• Электромагнитные реле, работа которых основана на воздействии магнитного потока обтекаемой током обмотки на ферромагнитный якорь;

• Поляризованные реле – электромагнитное реле со вспомогательным поляризующим магнитным полем;

• Магнитоэлектрические реле, работа которых основана на взаимодействии постоянного магнита и обтекаемой током обмотки;

• Индукционные реле, работа которых основана на взаимодействии магнитных полей неподвижных обмоток с магнитными полями токов, индуктируемых в подвижном элементе;

• Полупроводниковые реле, работа которых основана на использовании свойств полупроводниковых приборов.