Глава тринадцатая
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК
- 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
В процессе эксплуатации электроустановок возникают различные отклонения от нормального режима их работы. Некоторые отклонения могут быть кратковременными, но не аварийными; другие носят аварийный характер.
К кратковременным отклонениям относятся непродолжительная перегрузка двигателей, вызванная условиями технологического процесса, сопровождаемая увеличением потребляемого тока; скачкообразное увеличение тока, обусловливающее спад напряжения при пуске двигателей, и др.
Аварийные отклонения могут быть вызваны длительной перегрузкой двигателей, повреждением и пробоем изоляции, стихийными явлениями, ошибочными действиями персонала (например, отключением разъединителей под нагрузкой), обрывом или замыканием проводов и т. п.
Очень часто неисправности в частях электроустановок приводят к к. з. — тяжелому виду аварийного режима. При к. з. часто образуется электрическая дуга, являющаяся причиной больших местных разрушений. Кроме того, к. з. вызывает понижение напряжения на значительных участках сетей распределения электроэнергии, нарушая нормальный режим электроснабжения большого числа потребителей.
Назначение защиты состоит в том, чтобы быстро автоматически реагировать на отклонения от нормального режима работы путем подачи предупреждающего сигнала о неисправности или отключения поврежденного участка.
В случаях возникновения ненормального режима первого рода (перегрузка, простое замыкание одной фазы на землю в сетях с изолированной нулевой точкой трансформаторов, неинтенсивное газовыделение в заполненных маслом трансформаторах) действие защиты сводится к подаче предупреждающего сигнала или отключению оборудования с выдержкой времени.
При образовании аварийных режимов (короткое замыкание, однофазное замыкание в установках с большими токами замыкания на землю и пр.) защита должна автоматически отключить поврежденный участок, с тем чтобы обеспечить работоспособность остальных, неповрежденных звеньев системы, предотвращая одновременно развитие аварии в зоне ее возникновения.
Система защиты, выполняемой посредством аппаратов дискретного действия (реле; см. § 2-6), воспринимающих отклонение рабочего параметра электроустановки (ток, напряжение и др.) от нормы и подающих воздействующий импульс на сигнал или отключение выключателей в цепях рабочего тока, носит наименование релейной защиты.
Для построения четко работающей системы защиты необходимо знать величину параметра, приводящую защиту в действие для подачи предупреждающего сигнала или отключения электроустановки либо части ее. Некоторые из таких параметров получают расчетным путем, другие — на основании данных опыта. Так, для защиты от токов к. з. необходимо определить значение тока к. з. в зоне действия защиты, которое можно рассчитать на основании электрических данных схемы питания (см. § 11-6).
Ток и время срабатывания защиты от перегрузки двигателей принимаются из опыта в соответствии с номинальными параметрами двигателей.
К защите предъявляются следующие требования: 1) быстродействие, 2) избирательность, 3) чувствительность, 4) надежность.
Быстродействие. Последствия повреждения или аварии зависят от промежутка времени между моментом возникновения неисправности и отключением поврежденного участка.
Для оценки быстродействия релейной защиты может служить выражение
(13-1)
где tоткл — время отключения поврежденного участка, отсчитанное с момента возникновения неисправности; tв — собственное время срабатывания выключателя; t3-собственное время срабатывания реле защиты.
Собственным временем срабатывания называется время с момента подачи импульса до момента размыкания или замыкания контактов аппарата (см.§ 2-2, 2-6).
В современных аппаратах fв=0,05-0,25 с, в зависимости от их мощности и конструкции; t3=0,04-0,1 с.
Селективностью, или избирательностью называется способность системы защиты отключать поврежденный участок ближайшим к нему отключающим устройством. Если он по какой-либо причине не будет отключен, то должно сработать следующее отключающее устройство в направлении от места повреждения к источнику питания.
Селективность защиты обеспечивает отключение минимального числа потребителей при повреждении какого-либо участка. Для построения селективности защиты участков многоступенчатой сети электроснабжения ближайшие к потребителям отключающие устройства должны иметь наименьшую и по мере приближения к источнику питания — возрастающую выдержку времени отключения. Разность времени отключения двух последовательно расположенных устройств отключения между источником питания и потребителем называется ступенью селективности.
Чувствительностью защиты называется способность ее реагировать на нарушения нормального режима, обеспечивая действие защиты при наименьшем отклонении контролируемого параметра от нормального. Чувствительность должна быть такой, чтобы защита своим действием в самом начале повреждения предотвращала его развитие и сокращала масштабы повреждения оборудования.
Для оценки чувствительности иногда пользуются коэффициентом, представляющим собой отношение контролируемого параметра при его наименьшем отклонении в ненормальном режиме к параметру срабатывания защиты. Так, для защиты от короткого замыкания используется отношение
(13-2)
где Iк.з.мин—минимальное значение тока короткого замыкания; Iк.з.мин — ток срабатывания защиты.
Надежность. Показателем надежности является безотказное действие защиты при отклонении от нормального режима работы электроустановок.
Надежность определяется как свойство устройства сохранить работоспособность в течение требуемого промежутка времени. Надежность обеспечивается высоким качеством используемых аппаратов, простотой схем защиты, качеством монтажа приборов и соединительных проводов, соответствием аппаратов условиям их работы (на передвижных установках учитывается вибрация), соблюдением правил эксплуатации и уровнем культуры обслуживания электроустановок.
Устройства защиты, представляющие собой весьма важную часть электроустановок, должны периодически подвергаться контрольно-наладочной проверке и грамотному техническому уходу в процессе эксплуатации,
В некоторых случаях различные требования, предъявляемые к защите, входят в противоречие одно с другим. Разрешение противоречий подобного рода часто обеспечивается применением устройств автоматического повторного включения (АПВ).
Устройства АПВ дают возможность восстанавливать схему питания при ложных срабатываниях защиты и контролировать правильность отключения именно поврежденных участков.
Иногда для отдельных коротких зон, не охваченных основной защитой электроустановки, или в целях повышения надежности защиты конкретного назначения применяют дополнительные устройства защиты. Такая мера, усложняющая систему защиты в целом, должна быть обоснована для каждого конкретного случая.
В настоящей главе рассматриваются основные виды защит, применяемые в устройствах электроснабжения и на установках гидромеханизации.
