Электроэнергия в энергетике производится на генераторных станциях, передается на большие расстояния по линиям электропередач. Воздушные и кабельные ЛЭП расположены между трансформаторными подстанциями и потребителями, подводят электричество к последним.
На всех технологических этапах производства, передачи и распределения электрических мощностей возможно возникновение аварийных ситуаций, которые способны разрушить техническое оборудование или привести к гибели обслуживающий персонал за очень короткое время, исчисляемая долями секунды.
Человеческий организм просто не способен реагировать на такие кратковременные события. Поэтому контролировать отклонения номинальных параметров электроустановок, выявлять начальный этап создания аварии и принимать действенные меры к ее ликвидации могут только специальные технические устройства, работающие в автоматическом режиме по заранее подготовленным алгоритмам.
Исторически сложилась традиция называть их защитами. А поскольку они очень долгое время работали на релейной базе, то за ними прочно закрепилось это дополнительное определение.
Как формируются релейные защиты
Качество электроэнергии строго регламентируется техническими нормативами:
-
амплитудой напряжения и тока;
-
частотой сети;
-
формой синусоидальной гармоники и наличием в ней посторонних шумов;
-
направлением, величиной и качеством мощности;
-
фазой сигнала и некоторыми другими параметрами.
Под каждую из этих характеристик создаются определённые виды релейных защит. Они после ввода в работу:
-
постоянно отслеживают измерительным органом — реле состояние одного или нескольких параметров сети. Например, тока, напряжения, частоты, фазы, мощности и непрерывно сравнивают его величину с заранее установленным диапазоном, называемым уставкой;
-
в случае выхода контролируемой величины за нормированную границу измерительный орган срабатывает и переключением положения своих контактов коммутирует цепи подключенной логической части;
-
в зависимости от решаемых задач логика схемы настроена на определенные алгоритмы. Она выполняет их воздействием на коммутационный аппарат, например, соленоид отключения выключателя первичного оборудования электрической схемы;
-
силовой выключатель ликвидирует возникшую неисправность в схеме снятием с нее питания.
По видам контролируемого параметра защиты делят на:
-
токовые,
-
напряжения;
-
дистанции (сопротивления линии);
-
частоты;
-
мощности;
-
фазы и другие.
Классификация по принципу действия
Измерительный орган любой защиты настраивается на определенную уставку, которая разграничивает зону охвата, срабатывания защиты. В нее могут входить несколько участков (основной и резервные) или только один.
Защита может реагировать на все возможные виды повреждений, возникающие в защищаемой зоне либо только на какие-либо отдельные, специфические их проявления.
На ответственном защищаемом участке схемы электроснабжения обычно устанавливают не одну защиту, а несколько ее разновидностей, которые дополняют и резервируют взаимное действие. Их классифицируют на:
1. основные;
2. резервные.
К основной защите предъявляют 3 требования:
1. действие на все возможные возникающие неисправности в рабочей зоне либо на их бо́льшую часть;
2. охват защитой всего контролируемого участка полностью, а не какой-то его доли;
3. наиболее быстрое срабатывание на возникающую неисправность, чем у других защит.
Не подходящие под эти условия защиты относят к резервным и выполняют ими резервирование:
1. ближнее;
2. дальнее.
В первом случае выполняется резерв основных защит, действующих на закрепленной зоне. Для второго варианта дополнительно к ближнему создается резервирование смежных рабочих зон на тот случай, когда в них отказывают в работе собственные защиты.
Виды токовых защит:
Максимальная токовая защита и токовая отсечка
Виды защит по напряжению:
Защиты минимального и максимального напряжения
Защиты, контролирующие электрическое сопротивление силовой схемы
Любая линия электропередачи создается из металлических тоководов, которые обладают хоть и минимальным, но вполне реальным сопротивлением. Оно постоянно возрастает при увеличении протяженности магистрали — дистанции.
Когда на каком-то удалении от конца линии одной из подстанций, возникает короткое замыкание, то по принципу замера величины электрического сопротивления до места образовавшейся неисправности работают защиты, которые называют дистанционными.
В процессе оценки сопротивления участвуют следующие комплексы:
-
измерительные системы трансформаторов тока и напряжения, созданные для собственных защит;
-
реле сопротивления (РС), обрабатывающие поступающие на них сигналы от ТН и ТТ для вычисления по закону Ома полного сопротивления до места возникновения КЗ Z=U/i.
Реле сопротивления постоянно контролируют дистанцию, длину подключенной к его зоне линии электропередачи. Когда на ней возникает КЗ, то сопротивление/дистанция за счет металлического замыкания резко снижается, что влияет на выставленную уставку, приводит к срабатыванию реле.
Дистанционные защиты обычно делят на несколько участков по зонам срабатывания, которые используют для резервирования основных защит на линиях электропередач, силовых трансформаторах, генераторах, сборных шинах и другом оборудовании.
Они используются для защит от междуфазных, а в отдельных случаях и однофазных замыканий, возникающих на энергетических объектах.
Особенностью дифференциальной защиты является их способность реагировать на:
1. качания напряжения в системе. Так называют явления, связанные с периодическими снижениями напряжения и возрастанием тока, вызываемыми нарушениями синхронной работы многочисленных генераторов, вырабатывающих электроэнергию в системе;
2. неисправности, которые могут возникнуть в цепях напряжения.
Для исключения случаев ложной работы дистанционных защит в их состав вводят блокировочные устройства, осуществляющие:
-
запрет отключения силового выключателя при возникновении качаний в системе:
-
контроль состояния источника напряжения.
Релейные защиты частоты, мощности, фазы
Весь многочисленный ассортимент этих устройств работает по общему принципу, когда создается измерительный орган, осуществляющий на базе реле контроль состояния частоты, мощности или фазы электрического сигнала. При нарушении выставленной на нем уставки реле срабатывает, а, подключенная к его контакту логическая схема обрабатывает информацию и по прописанному алгоритму отключает силовое оборудование.
Газовая и струйная релейная защита
Эти виды устройств используются для оборудования трансформаторов, реакторов и других подобных конструкций, работающих внутри резервуаров с маслом. Когда в них возникают неисправности, то создается высокая температура, сопровождаемая выделением растворенных газов из масла, разложением его химического состава, снижением диэлектрических свойств.
На такие неисправности реагируют механические конструкции реле, учитывающие возникновение в среде резервуара газов и продуктов разложения масла. После замыкания их контакта подается команда на работу логической схемы и отключение выключателей.
Этот тип защит относится к релейным, но он основан на замере механических, а не электрических параметров работающего оборудования.
По такому же принципу работают релейные защиты от повышения:
-
температуры;
-
давления среды и других механических факторов.