Система электроснабжения представляет собой совокупность разветвленных воздушных и кабельных линий и электрооборудования, расположенных в узлах электрической сети. Повреждение или перегрузка любого элемента этой системы может вызвать масштабное отключение электроэнергии.
Каскадное распространение любой неисправности может привести к полному выходу из строя всей системы электроснабжения. Чтобы свести к минимуму реальную возможность такого сценария, все воздушные и кабельные линии, а также электрические аппараты подстанций оборудуются необходимой защитой, которая обеспечит быстрое отключение пораженных участков сети без негативного воздействия на окружающее оборудование.
Трехфазные автоматические выключатели в электрощите здания
Требования к защите
Подобно домовому распределительному щиту, где на каждую цепь устанавливается отдельный автоматический выключатель, на электрических станциях также устанавливаются защиты для каждого фидера подстанции (фидер - питающая линия отходящая от шин подстанции).
В случае неисправности в одной бытовой розетке автоматический выключатель отключает только соответствующую цепь розетки, а другие приборы (например, освещение или отопление) продолжают получать питание.
Тот же принцип действует и в распределительной системе, когда один фидер подстанции отключается защитой в случае неисправности или превышения разрешенных параметров. Количество защит, установленных на каждом распределительном элементе, зависит от его значимости во всей сети.
Принцип работы системы защиты энергетического оборудования на подстанции
Основной и наиболее важной функцией защиты является отключение пострадавшей части в кратчайшие сроки с момента возникновения неисправности.
При авариях могут возникать большие токи короткого замыкания, поэтому своевременное отключение может предотвратить больший материальный ущерб оборудованию распределительных линий и более длительные перерывы в подаче электроэнергии потребителям пострадавшей ветки при последующем более сложном ремонте.
Поэтому важным требованием к защите является скорость их воздействия. Например, на подстанциях очень высокого напряжения пораженная короткозамкнутая линия может быть отключена за одну десятую секунды путем воздействия на защитные устройства.
Современное оборудование, предназначенное для защиты, контроля и мониторинга на подстанциях распределительных сетей
Еще одно требование – точность. Защиты должны надежно различать, являются ли изменения тех или иных параметров просто колебаниями нормального рабочего состояния, либо это короткое замыкание или перегрузка в данной части системы, и эти явления можно считать неисправностью.
Требования селективности также связаны с точностью. Защиты должны иметь возможность отключать только то место в сети, которое является основной причиной аварийной ситуации.
Аналогичным образом, при бытовом распределении электроэнергии неисправность должна активировать только один автоматический выключатель, защищающий затронутую цепь, не затрагивая другие автоматические выключатели или главный автоматический выключатель дома.
И последнее, но не менее важное значение имеет и надежность защиты. Предполагается, что в случае аварийной ситуации сработает защита и с определенной высокой вероятностью отключит поврежденную линию или устройство.
Релейная защита и автоматика (РЗиА)
В электрических сетях все защитные устройства объединяются и называются релейной защитой и автоматикой (РЗиА). Основным делением РЗиА является деление по защищаемому объекту.
Силовой трансформатор — очень дорогое и ответственное устройство, поэтому его обмотки и другие части защищены несколькими защитами
Наиболее известными и наиболее применяемыми являются защиты воздушных и кабельных линий. Сюда входят защиты от перенапряжения и перегрузки по току, которые отключают защищаемые линии при превышении установленных значений напряжения и тока.
Дифференциальная защита сравнивает токи, протекающие в начале и в конце линии. Если они разные, сработает защита и отключит линию.
Другие средства защиты включают дистанционную защиту, защиту от замыкания на землю или автоматическое повторное включение, которое в случае однофазного короткого замыкания отключает и повторно подключает поврежденную фазу для гашения любой электрической дуги.
Микропроцессорная РЗиА
Дополнительные защиты обеспечивают правильное функционирование трансформаторов.
В дополнение к токовой и дифференциальной защитам, защищающим трансформатор от внутреннего короткого замыкания, трансформатор обычно оснащается защитой корпуса от появления напряжения на корпусе или защитой от избыточного давления, которая отключает трансформатор в случае избыточного давления масла, вызванного коротким замыканием в одной из обмоток.
Они важны с точки зрения безопасности и защиты сборных шин на подстанциях и защиты, обеспечивающей правильное функционирование вспомогательных систем. Здесь также используются токовые и дистанционные защиты.
Специальная защита от несовпадения полюсов, в свою очередь, выключает автоматический выключатель, если все три фазы выключателя не включены одновременно.
Параметры всех цифровых защит вводятся через панель управления на соответствующем шкафу
Современные защиты в цифровом виде обрабатывают поступающие измеряемые величины и информацию, оценивают серьезность текущего состояния защищаемого устройства и в случае выполнения критериев отказа выдают команды периферийным устройствам (например, выключателям подстанций) на отключение соответствующую цепь от источника питания.
Для того чтобы защиты быстро и надежно реагировали на все возможные виды неисправностей, они объединяются в группы, где каждая защита работает по своему принципу.
Современное оборудование защиты системы электроснабжения часто устанавливается вместе с системой управления в распределительных щитах здания
Защита от прямого контакта с частями электрооборудования, находящимися под напряжением
Защита от прямого контакта с частями, находящимися под напряжением, важна для обслуживающего персонала и других лиц работающим рядом с распределительным устройством. Особенно эта защита важна при высоких уровнях напряжения, так как в этом случае последствия контакта могут быть очень опасными.
Внутри электрических подстанций для защиты от прямого прикосновения используются несколько видов защиты.
Основным методом является защита крышкой, когда части устройства, находящиеся под напряжением, закрываются непроводящим материалом. Разумеется, крышка должна соответствовать определенным стандартам и обычно является конструктивной частью данного устройства.
Под локационной защитой понимается размещение токопроводящих частей устройства в местах, не допускающих прямого контакта (например, на большей высоте).
Защита трансформаторной подстанции с помощью ограждения
Защита конструкции или здания может включать в себя защиту с перегородкой или барьером от прямого контакта. К таким видам ограждения в основном относятся разного рода ограждения (на поле, на трансформаторной подстанции), сплошные стены, решетки и сетки или закрытые двери в помещение высоковольтной подстанции.
Смотрите также:
Автоматический выключатель, дифавтомат, УЗО - в чем разница
Как устроена релейная защита линий электропередач
Измерительные трансформаторы тока в схемах релейной защиты и автоматики
Измерительные трансформаторы напряжения в схемах релейной защиты и автоматики