Релейная защита

В процессе эксплуатации любой электрической системы существует возможность возникновения в ней повреждений и ненормальных режимов работы, которые могут приводить к возникновению аварий. Предотвращение возникновения аварий или их развития при повреждении в электрической системе часто может быть обеспечено путём быстрого отключения поврежденного элемента. Отключение осуществляется коммутационным аппаратом — обычно высоковольтным выключателем, На привод которого воздействует релейная защита.
Релейная защита — автоматическое устройство, контролирующее режим работы электроустановки, действующее на отключение поврежденного элемента при возникновении аварийного режима или на сигнал для привлечения внимания персонала при ненормальном режиме. При нормальной работе защищаемого объекта защита находится в режиме дежурства, а при появлении в защищаемой зоне тех видов повреждений, на которые защита должна реагировать, отключая выключатель, она переходит в режим тревоги. Последний может закончиться срабатыванием защиты или отказом срабатывания. Срабатывание защиты при отсутствии повреждения на защищаемом объекте называется ложным срабатыванием. Основные требования к защитам характеризуются ниже.
Селективность (избирательность) защиты — способность отключать только поврежденный элемент электроустановки и не отключать неповрежденные. Селективность защиты обеспечивает отключение минимального возможного участка и, следовательно, сохраняет электроснабжение максимального числа потребителей. Селективность защиты, действующей на сигнал — это способность однозначно указать место возникновения ненормального режима и конкретный элемент электроустановки, требующий вмешательства персонала.
Селективность защиты может обеспечиваться различными способами: настройкой защит на разные токи срабатывания; применение защит, действующих с разными выдержками времени; учетом направления мощности в сетях с двусторонним питанием.
В ряде случаев допускается неселективное действие защиты с целью упрощения защиты или ускорения ликвидации повреждения.
Быстродействие релейной защиты определяется временем ее срабатывания. Чем меньше время отключения поврежденного элемента, тем меньше размеры разрушения защищаемого элемента, меньше продолжительность снижения напряжения, отрицательно влияющая на производственные процессы или условия безопасности производства работ (снижение напряжения, например, в линиях питания устройств СЦБ может привести к неверному сигналу светофоров, что связано с безопасностью движения поездов). Защиты, время действия которых не превышает 0,1...0,2 с считаются быстродействующими. Быстродействие и селективность защиты могут вступать в противоречие, если селективность обеспечивается за счет выдержек времени защит.
Чувствительность — способность защиты реагировать на повреждения в защищаемой зоне при самых неблагоприятных для ее работы условиях. Чувствительность характеризуется коэффициентом чувствительности, применительно к токовым защитам. Коэффициент чувствительности для различных элементов системы, защищаемых релейной защитой, колеблется в пределах 1,5...2,5.
Надежность защиты — это способность выполнять возложенные на нее функции в полном объеме при определенных условиях эксплуатации. Для обеспечения требуемой надежности необходимо высокое качество монтажа защиты из высококачественных реле и приборов, правильная эксплуатация и своевременный ремонт аппаратуры. Для выявления повреждений и нарушений в работе защиты применяется диагностирование, позволяющее выявить неисправности, способные привести к отказу или ложному срабатыванию релейной защиты.
Резервирование защиты заключается в том, что, как правило, на каждом элементе системы электроснабжения устанавливают основную и резервную защиты. Резервная защита может быть неселективной, небыстродействующей. Она должна работать вместо основной защиты в случае отказа последней или вывода ее из работы.
Экономичность защиты заключается в соотношении затрат на ее установку и эксплуатацию со стоимостью защищаемого элемента и убытками в случае неправильной или несовершенной работы защиты. Так, например, установка на линии, питающей маломощный, невысокой стоимости потребитель, достаточно сложной и дорогой защиты, оказывается экономически нецелесообразной, так как она может превышать стоимость самого потребителя. Целесообразно, как правило, применять наиболее простые и надежные, требующие меньшего ухода в эксплуатации схемы и реле, несмотря на ухудшение в допустимых пределах некоторых параметров защиты.
Релейная защита состоит из ряда самостоятельных элементов, называемых реле, связанных между собой по определенной схеме.
Реле — автоматическое устройство, реагирующее на изменение контролируемой им величины и переключающееся, когда ее отклонение превышает некоторое наперед заданное значение (уставку срабатывания). Реле имеет воспринимающий и исполнительный органы. На воспринимающий орган подается контролируемая величина. У электромеханических реле в качестве воспринимающего органа, служит катушка электромагнита, на которую подается преобразованная контролируемая величина. В качестве исполнительного органа в электромеханических реле используются контакты, в электронных — транзисторы и тиристоры, которые меняют скачком выходной сигнал.
По назначению реле делятся на измерительные (основные) и логические (вспомогательные). Измерительные реле контролируют режим работы защищаемого объекта. По роду контролируемой величины их подразделяют на реле тока, напряжения, сопротивления, мощности и т.п. Реле могут контролировать и неэлектрические параметры, например, давление газов (газовые реле), температуру масла трансформаторов (температурные реле) и т.п. Логические реле действуют по команде измерительных и используются в логической части защиты. К ним относятся реле времени (служат для замедления действия защиты), промежуточные реле (служат для усиления мощности сигнала основных реле, размножения сигнала на несколько цепей) и указательные реле (служат для сигнализации о срабатывании защиты и фиксации последнего).
По способу включения воспринимающего органа измерительные реле делятся на первичные и вторичные. Катушки первичных реле включаются непосредственно в защищаемую цепь, катушки
вторичных реле включаются во вторичные обмотки измерительных трансформаторов.
По способу воздействия на объект управления различают реле прямого и косвенного действия. Реле прямого действия имеют подвижную систему, механически связанную с отключающим механизмом выключателя. Реле косвенного действия имеют контакты или электронные приборы, включенные в цепь катушки отключения выключателя. Наибольшее распространение в релейной защите получили вторичные реле косвенного действия, параметры которых не зависят от параметров защищаемого элемента и конструкции привода выключателя.
По конструкции и принципу действия реле делятся на электромеханические и электронные. Электромеханические реле по принципу действия бывают электромагнитные, индукционные, магнитоэлектрические.
Измерительные реле характеризуются временной характеристикой, которая представляет зависимость времени срабатывания репе от величины контролируемого параметра.
Различают зависимую и независимую характеристики реле или их комбинацию, например, ограниченно зависимую характеристику. При зависимой характеристике время срабатывания реле зависит от величины контролируемого параметра, с увеличением последнего уменьшается время срабатывания. Независимая характеристика отличается тем, что время срабатывания реле при достижении контролируемым параметром величины срабатывания и больших значений срабатывает практически за определенное время независимо от величины контролируемого параметра на входе реле.
Реле характеризуется рядом лараметров. Важнейшими являются параметры срабатывания и возврата реле. Величина параметра, на которую настроено реле и при которой оно должно срабатывать, называют уставкой реле.
Отношение величины параметра возврата реле к соответствующей величине параметра срабатывания называется коэффициентом возврата реле.
Для электромеханинеских реле максимального тока и напряжения он равен 0,8...0,86, для электронных 0,9...0,98.