Описать требования, предъявляемые к релейной защите

При эксплуатации электросистем могут возникать нарушения нормального режима с отклонением номинальных значений тока, напряжения, частоты и различного рода повреждения, меняющие характеристики номинальных параметров. Для автоматического отключения поврежденных участков от источников питания используют релейную защиту, которая способна воздействовать непосредственно на отключение силовых выключателей или подать соответствующий сигнал обслуживающему персоналу. Защита должна удовлетворять ряду требований, основными из которых являются: быстрота и надежность действия, избирательность, чувствительность, наличие резерва и сигнальных устройств.

Быстродействующей называют защиту, время срабатывания которой не превышает 0,1—0,2 с. Время срабатывания некоторых видов защиты составляет 0,02—0,04 с. Надежность действия состоит в высокой термической и электродинамической стойкости, механической и диэлектрической прочности, постоянной готовности к работе независимо от частоты включений, безотказной работе в пределах установленной зоны защиты и в отсутствии ложных срабатываний. Наличие элементов избирательности позволяет отключать только поврежденные участки сети, не затрагивая комплекс электроустановок или всю систему в целом.

Чувствительность защиты характеризует ее способность реагировать на отклонения контролируемых параметров сети от их нормальных или заданных значений. Она задается коэффициентом чувствительности, который определяется как отношение минимального тока двухфазного к. з. в электрически наиболее удаленной точке зоны действия зашиты к току срабатывания защиты, т. е. Чувствительность защиты определяется ее способностью к срабатыванию не только в пределах защищаемого участка, но и на смежных участках. Данное действие защиты называют дальним резервированием.

Резервирование предусматривают для случаев отказа срабатывания основной релейной защиты или когда аппараты основной защиты по принципу своего действия не в состоянии осуществлять дальнее резервирование.

Каждое реле состоит из трех основных элементов: измерительного (воспринимающего), который реагирует на появление или изменение определенных электрических или механических величин; промежуточного, сравнивающего измеряемую величину с определенным эталоном и при достижении ею заданного значения передающего воздействие к исполнительному элементу; исполнительного, который воздействует на управляемую цепь. Роль измерительного элемента электрических реле выполняют катушки, промежуточного — магнитные системы, исполнительного — контакты.

Реле защиты классифицируют следующим образом: в зависимости от физической величины, на которую происходит реакция, — реле тока, напряжения, мощности, сопротивления, частоты, времени и др.; по принципу действия измерительного элемента — электромагнитные, индукционные, электротермические, электронные и др.; по принципу действия исполнительного элемента — контактные и бесконтактные; по способу воздействия на отключающее устройство — прямого и косвенного действия; по времени действия — безынерционные, быстродействующие, обыкновенные, замедленного действия; в зависимости от способа включения — первичные, непосредственно включаемые в цепь, и вторичные, включаемые через измерительные трансформаторы.

Цепи релейной защиты получают питание от источников постоянного, переменного или выпрямленного оперативного тока. Источниками постоянного тока служат аккумуляторные батареи напряжением 110—220 или 24—48 В. Достоинство аккумуляторных батарей: надежное питание в любой момент времени независимо от наличия или отсутствия напряжения в электросистеме; недостаток — дополнительные затраты на сооружение помещения, приобретение, монтаж и эксплуатацию аккумуляторов. Источниками переменного тока служат измерительные трансформаторы тока и напряжения, трансформаторы собственных нужд подстанций. Для питания цепей защиты используют также энергию, заранее накопленную в конденсаторе, разрядный ток которого можно использовать при отсутствии напряжения на шинах подстанции. Источниками выпрямленного тока служат полупроводниковые выпрямители, сохраняющие преимущества защиты на постоянном токе при отсутствии аккумуляторов.

Виды защит. На поверхности горных предприятий для электроустановок и электросетей напряжением выше 1 кВ применяют следующие виды защит токовую, от снижения или повышения напряжения, дифференциальную, газовую.

Токовой или максимально-токовой называют защиту, которая реагирует на превышение заранее установленного значения тока в защищаемой цепи как при междуфазных замыканиях, так и при замыкании фаз на землю. Она обладает широким диапазоном применения — может быть использована для защиты генераторов, трансформаторов, электродвигателей, воздушных и кабельных ЛЭП. Различают максимально-токовую защиту с выдержкой времени и быстродействующую, называемую токовой отсечкой.

В сетях переменного тока возникают колебания напряжения (снижение или отсутствие его по отношению к номинальному), что может нанести значительный ущерб электроприемникам. Для защиты от колебаний напряжения устанавливают реле минимального напряжения и нулевую защиту. Для мгновенного отключения к. з. на ЛЭП, отходящих от электростанций и крупных подстанций, применяют дифференциальную защиту. Защиту одинарных ЛЭП называют продольной, а параллельных ЛЭП — поперечной дифференциальной защитой. Продольная ЛЭП основана на принципе сравнения значений и фаз токов в начале и конце ЛЭП, ее применяют на ЛЭП 110—220 кВ длиной до 10—15 км. Вторая основана на принципе значений и фаз токов, которые протекают по двум параллельным ЛЭП с одинаковым сопротивлением. Для ЛЭП, имеющих в начале и конце по одному общему выключателю, применяют токовую поперечную защиту. При установке отдельных выключателей для каждой ЛЭП применяют направленные поперечные защиты.

В первом случае защиту устанавливают только со стороны источника питания, и при возникшем к. з. она отключает обе ЛЭП. Во втором случае защиту устанавливают с двух сторон, и происходит отключение только поврежденной ЛЭП.

Газовая защита — одна из наиболее универсальных и чувствительных защит от всех внутренних повреждений в силовых трансформаторах, результатом которых является выделение газа, а также при понижении уровня масла.

Применение газовой защиты является обязательным на трансформаторах мощностью 6300 кВ-А, а при отсутствии быстродействующей защиты — и на трансформаторах мощностью 1000— 4000 кВ-А. Для трансформаторов, установленных в цехах поверхности горных предприятий, мощностью 400 кВ-А и выше установка газовой защиты обязательна, несмотря на установку других видов защиты.

Для персонала, обслуживающего средства релейной защиты, необходимо знать основные параметры реле: номинальные данные, указываемые на заводском щитке; величину срабатывания, т. е. величину, при которой происходит автоматическое изменение положения контактных групп реле (замыкающие контакты становятся замкнутыми, размыкающие — разомкнутыми); уставку — значения тока, напряжения и т. д., на которые отрегулировано данное реле; напряжение или ток втягивания — минимальные значения этих величин, при которых происходит притягивание подвижного якоря к неподвижному сердечнику под действием магнитного поля катушки; напряжение или ток отпадания — максимальные значения этих величин, при которых происходит полный отход якоря от сердечника; коэффициент возврата реле — отношение напряжения или тока отпадания к напряжению или току втягивания; время срабатывания реле при втягивании — время, которое тратится в период подачи питания на катушку реле до замыкания или размыкания контактов; время срабатывания реле при отпадании — время, необходимое для изменения положения контактов после прекращения питания катушки реле.

В качестве быстродействующих исполнительных реле применяют реле максимального тока серии РТ-40 9 исполнений с различными диапазонами уставок от 0,05 до 200 А; реле напряжения серии РН-50 5 исполнений с диапазонами уставок от 0,7 до 400 В. Технические характеристики реле приведены в Руководстве [21].

В качестве индукционных с зависимой от тока выдержкой времени выпускают реле максимального тока серии РТ-80 12 исполнений и серии РТ-90 4 исполнений. В зависимости от типа реле они рассчитаны на номинальный ток 5 или 10 А и уставки срабатывания индукционного элемента от 2 до 5 или от 4 до 10 А. Уставки времени срабатывания РТ-80 составляют от 0,5 до 16 с и РТ-90— до 4 с. Кратность тока срабатывания отсечки колеблется от 2 до 8 по отношению к току срабатывания индукционного элемента. Главные контакты реле могут иметь нормальное или усиленное исполнение.