При эксплуатации электроустановки могут возникнуть ненормальные режимы ее работы, вызванные длительной перегрузкой токами выше допустимых значений, замыканием одной из фаз на землю в системе с изолированной нейтралью и т. п. Кроме того, возможны случаи коротких замыканий, при этом к месту повреждения протекают токи, во много раз превышающие нормальные, которые могут вызвать повреждения оборудования.
Релейная защита служит для подачи предупредительных сигналов в случае нарушения нормальных режимов работы электроустановки и для быстрого автоматического отключения поврежденного участка сети при возникновении короткого замыкания. Кроме того, при помощи релейной защиты приводятся в действие устройства автоматического повторного включения (АПВ), автоматического включения резервного питания (АВР) и др. Релейная защита состоит из одного или нескольких реле и других приборов, соединенных по определенной схеме, и управляет автоматически выключателями, установленными в защищаемых линиях.
Релейная защита должна обладать следующими основными свойствами:
- Избирательность (селективность) — свойство защиты отключать только поврежденный участок электрической сети, оставляя включенными исправные линии. Избирательность защиты достигается настройкой ее на определенные значения величины тока срабатывания и выдержки времени.
- Чувствительность — способность защиты реагировать на самые незначительные нарушения нормального режима работы электроустановки и действовать при минимальном токе короткого замыкания, возникающего при повреждении в наиболее удаленной точке защищаемого участка.
- Быстродействие — свойство, необходимое для предотвращения или уменьшения размеров повреждений, вызванных коротким замыканием, и для сокращения времени снижения напряжения на исправных участках электросистемы. Быстродействующие защиты отключают поврежденный участок сети через 0,05—0,2 сек после возникновения короткого замыкания. Не всегда возможно выполнить защиты, обладающие и быстродействием и избирательностью. Поэтому в ряде случаев применяют релейные защиты, действующие с выдержкой времени.
- Резервирование —заключается в том, что в случае несрабатывания защиты поврежденного участка должна сработать следующая по направлению к источнику питания защита. Хотя это и нарушит принцип избирательности релейной защиты, но исключит возможность больших разрушений в месте повреждения.
- Надежность — безотказное действие защиты во всех случаях, на которые она рассчитана.
В неответственных электроустановках небольшой мощности максимальную токовую защиту выполняют электромагнитные реле, встроенные в привод выключателя. Такое реле непосредственно воздействует на механизм выключателя и называется реле прямого действия. Зашита этого типа отличается простотой и надежностью, но не обладает достаточной точностью и чувствительностью. Поэтому для защиты высоковольтных линий и трансформаторов применяют специальные отдельно установленные реле, а отключение выключателя производится электромагнитным устройством, помещенным в приводе. В этом случае для питания отключающих устройств требуется источник так называемого оперативного тока, который может быть постоянным или переменным.
Постоянный оперативный ток, получаемый от аккумуляторных батарей, применяется на крупных подстанциях со сложными защитами.
Рис. 221. Схема максимальной токовой защиты
В качестве источников переменного тока для релейных защит в электроустановках промышленных предприятий используются трансформаторы тока. Достоинством таких схем являются их простота и дешевизна. Однако, в Связи с тем, что во время коротких замыканий ток во вторичной обмотке трансформатора тока достигает иногда величины до 100 а, применение трансформаторов тока не всегда возможно, так как контакты обычных реле не рассчитаны на такие токи. Поэтому в качестве источников оперативного переменного тока часто используют быстронасыщающиеся трансформаторы тока. У этих трансформаторов вследствие небольшого сечения сердечника происходит быстрое его насыщение, в результате чего вторичный ток почти не зависит от величины первичного и не превышает 12—13 а. Использовать трансформатор напряжения в качестве источника оперативного переменного тока не всегда возможно, так как при коротких замыканиях напряжение на шинах подстанции понижается и может оказаться недостаточным для действия отключающей катушки привода выключателя.
На рис. 221 показана схема максимальной токовой защиты с зависимой выдержкой времени на переменном оперативном токе с применением реле РТ-80. При нормальном режиме работы через обмотку реле и первичную обмотку быстронасыщающегося трансформатора тока НТ протекает разность рабочих токов от трансформаторов тока ТТ, величина которой в раз больше тока в каждом трансформаторе. Реле настроено так, что этот ток не вызывает срабатывания защиты. При коротких замыканиях и перегрузках ток в обмотке реле и первичной обмотке НТ возрастает и реле срабатывает. Своим н. о. контактом реле замыкает цепь отключающей катушки КО, питающейся от НТ, и выключатель мощности отключает поврежденный участок сети.
В схеме применено реле серии РТ-80, поэтому в случае короткого замыкания сработает «отсечка» и защита очень быстро произведет отключение. При перегрузках, когда величина тока недостаточна для срабатывания отсечки, отключение произойдет с выдержкой времени за счет работы индукционной системы реле.
Рис. 222. Схема земляной защиты с применением трансформатора нулевой последовательности
Существуют схемы защит с выдержкой времени независимо от тока. В этих схемах часто применяют реле мгновенного действия РТ-40, которое при срабатывании замыкает цепь катушки реле времени. Реле времени срабатывает через определенное, уже независящее от тока время, и замыкает цепь отключающей катушки привода выключателя мощности.
В схемах защит без выдержки времени также иногда применяют реле РТ-40, но так как допустимый ток замыкания контактов реле меньше тока потребляемого отключающей катушкой привода выключателя, то в схему защиты вводится промежуточное реле, обладающее более мощными контактами. В этом случае контакты реле РТ-40 замыкают цепь катушки промежуточного реле, которое при срабатывании замыкает цепь отключающей катушки привода выключателя.
Для защиты от однополюсных замыканий на землю на кабельных линиях в сетях с малыми токами замыкания на землю часто применяют специальный трансформатор тока, так называемый трансформатор тока нулевой* последовательности ТИП. Этот трансформатор (рис. 222) состоит из магнитопровода 1 кольцеобразной или прямоугольной формы и вторичной обмотки 2, намотанной на него.
Трансформатор надевается на трехжильный кабель 3, который является его первичной обмоткой. При нормальном режиме работы результирующий магнитный поток первичной обмотки равен нулю. В случае замыкания одной из фаз на землю в первичной обмотке трансформатора появляются токи нулевой последовательности, в результате которых в его вторичной обмотке наводится э. д. с., и реле, включенное в эту обмотку, срабатывает. В зависимости от выбранной схемы защиты реле может действовать на включение сигнала или отключение установки.
Под действием внешних причин (сварочные работы, замыкание на землю близко расположенного кабеля и т. п.) по броне и оболочке кабеля могут протекать токи, способные вызвать ложное срабатывание защиты. Для исключения такой возможности при монтаже трансформатора нулевой последовательности необходимо проводник 4, заземляющий воронку 5, пропускать сквозь окно трансформатора. При этом токи, протекающие по оболочке и броне кабеля, пройдут сквозь окно трансформатора дважды, но в разных направлениях, и создаваемые ими магнитные потоки взаимно уничтожатся.
Кроме описанных простейших схем защит, реагирующих на повышение тока в защищаемой линии, существуют защиты минимального напряжения, которые реагируют на понижение напряжения. Наиболее простой из них является защита с использованием отключающей катушки минимального напряжения, встроенной в привод выключателя мощности. При снижении напряжения до 0,8 номинального (и ниже) защелка привода, удерживаемая катушкой, освобождается и выключатель отключается.
Контрольные вопросы
- Какие способы управления электрическими установками вам известны?
- Назовите основные элементы устройства дистанционного управления.
- Как устроено и работает реле максимального тока РТ-40?
- Какие требования должны соблюдаться при монтаже аппаратов релейной защиты и автоматики?
- Как разделяются схемы по способу их построения?
- Как действует схема дистанционного управления реверсивным электродвигателем с использованием двух магнитных пускателей и трех кнопок управления?
- На каком принципе построена работа фотовыключателя и какие требования предъявляются к его монтажу?
