Микропроцессорные системы защиты выпускают и предлагают на Российском рынке несколько известных электротехнических фирм: АВВ, SIEMENS, GEC ALSTHOM.
Кроме того, совместное предприятие АВВ Реле-Чебоксары реализует комплексные проекты релейной защиты, автоматики и автоматизированных систем управления подстанциями среднего класса напряжения с использованием комплектных устройств серии SPAC-800, адаптированных к Российским энергосистемам.
Обзор составлен по рекламным и информационным материалам этих фирм.
Стремление изготовителей систем защиты максимально использовать унифицированные узлы и хорошо проверенные (часто ординарные) алгоритмы действия защит привело к тому, что устройства разных фирм мало отличаются по внутренней структуре.
Устройства построены на основе высокопроизводительных микропроцессоров, поэтому, практически все задачи обработки сигналов (измерение, фильтрация, контроль, математические действия и др.) выполняются в цифровом виде.
Входными сигналами служат вторичные токи и напряжения стандартных электромагнитных измерительных трансформаторов тока и напряжения 5 А (1 А) и 100 В, соответственно. Эти сигналы передаются в микропроцессорное устройство через входные преобразователи на основе промежуточных трансформаторов, которые обеспечивают гальваническое разделение внутренних цепей устройств и вторичных цепей измерительных трансформаторов.
Выходными элементами устройств являются малогабаритные электромеханические реле, контакты которых так же отделены от внутренних цепей и используются для управления и сигнализации во внешних цепях. Таким образом, принятая схема сопряжения устройств защиты позволяет использовать цепи ТТ, TH и исполнительные цепи разными отдельными устройствами без взаимного влияния.
Встроенные блоки питания обеспечивают возможность подключения устройств к питающим сетям постоянного и переменного тока с различными номинальными напряжениями.
Изоляция всех зажимов для подключения внешних цепей (кроме интерфейсов) удовлетворяет требованиям МЭК-255 и выдерживает напряжение 2 кВ частотой 50 Гц в течении 1 минуты.
Все устройства имеют интерфейсы для связи с другими цифровыми устройствами. При этом могут использоваться проводные и световодные линии связи.
В устройствах всех фирм хорошо развиты сервисные функции, позволяющие осуществлять управление электрооборудованием (включение и отключение выключателей, блокировка действия защит, автоматическое повторное включение, автоматическое включение резервного питания и др.), измерение текущих значений токов и напряжений, регистрацию процессов для последующего анализа, оценивание ресурса оборудования и др.
Возможности средств защиты, построенных на микропроцессорной элементной базе, можно оценить на примерах наиболее распространенных защит, используемых для линий электропередачи и электродвигателей.
Фирма АВВ выпускает семейство микропроцессорных защиты SPA_ (Static Protection Apparatus) серий 100, 300, 500, 600, 800, в которые входит широкий набор реле различного назначения, комплектуемых по модульному принципу. Устройства разных серий различаются конструкцией корпусов и дизайном, но состоят из стандартных унифицированных модулей и совместимы с комплексной системой защиты и автоматизированной системой управления технологическими процессами (АСУ ТП) фирмы АВВ.
Модули токовых защит содержат несколько ступеней защиты. Так, в SPAC 802-01 (предназначенном для защиты электродвигателей) первая ступень имеет независимую от тока выдержку времени срабатывания, которую можно изменять дискретно в диапазоне от 0,04 до 30 с и устанавливать ток срабатывания в диапазоне от 0,5 до 20 номинальных значений тока защищаемого двигателя. Вторая ступень представляет собой максимальную токовую защиту (МТЗ) с зависимой от тока выдержкой времени срабатывания. Ее характеристики формируются программным путем и могут быть весьма многообразны. Возможен выбор из нескольких вариантов типов характеристик, причем предусмотрена возможность формирования специальной характеристики с индивидуально устанавливаемой формой.
Зависимая характеристика второй ступени формируется с использованием косвенного контроля температуры обмотки путем решения уравнения нагрева (модуль SPCJ 4D34). Для этого необходим ввод значений постоянной времени нагрева и номинального тока защищаемого электродвигателя. Постоянная времени охлаждения определяется путем умножения постоянной времени нагрева на постоянный коэффициент, который можно выбрать из диапазона от 1 до 64. При пуске учитывается тепловое состояние обмотки статора, обусловленное предыдущим режимом. Для этого, во-первых, устанавливается запрет пуска, если остаточная температура составляет 20-80% допустимого значения; во-вторых, при повторном пуске нагретого двигателя считается, что остаточная температура равна 70% допустимого значения. Допустимая продолжительность пуска ограничена и может устанавливаться от 5 до 500 с.
Кроме того в состав модуля SPCJ 4D34 входят защиты от замыканий на землю по току нулевой последовательности с током срабатывания (0,1-1) номинального тока двигателя и от несимметричных режимов работы по разности токов фаз с уставками (0,1-0,4) тока двигателя и выдержками времени срабатывания 20 - 120 с.
Модуль токовых защит для кабельных и воздушных линий электропередачи с номинальным напряжением 6-10 кВ (SPCJ 4D28) содержит трехступенчатую МТЗ для защиты от междуфазных коротких замыканий, двухступенчатую МТЗ от однофазных замыканий на землю по току нулевой последовательности и защиту от несимметричных режимов по разности интегральных значений токов фаз. Третья ступень защиты от междуфазных коротких замыканий и вторая ступень защиты от однофазных замыканий на землю имеют обратнозависимые от тока характеристики срабатывания. Все остальные защиты, входящие в состав модуля, выполнены с независимыми от тока выдержками времени срабатывания.
Цифровые устройства защиты фирмы SIEMENS, как правило, имеют функционально законченную жесткую структуру, в которой не предусматривается возможность комбинирования модулей, и ориентированы на выполнение однозначно определенных конкретных функций.
Устройство типа 7SJ511 фирмы SIEMENS предназначено для защиты линий электропередачи среднего класса напряжения (в основном 6-10 кВ) и содержит двухступенчатую МТЗ.
Первая ступень - это МТЗ с независимой от тока выдержкой времени срабатывания (уставки по току - от 0,1 до 25 номинального тока и время срабатывания - от 0 до 60 с или бесконечность).
Вторая ступень может иметь зависимую характеристику срабатывания одного из трех видов:
Здесь ТР - установленное значение временного множителя (0,05-3,2 с).
Дополнительно в устройстве предусмотрен контроль срабатывания силового выключателя и возможность его резервирования. Если ток присоединения не снизится до установленного уровня в течении определенного времени после команды на отключение, то формируется команда на отключение другого резервного выключателя (головного по отношению к контролируемому).
Фирма GEC ALSTHOM выпускает цифровые реле защиты сериями, различающимися по назначению и исполнению. Реле серий OPN и MODN предназначены для защиты, автоматики и управления в сетях среднего класса напряжения.
Специализированное реле серии М5000 содержит полный набор удобных средств для защиты электродвигателей. Двухступенчатая МТЗ с независимой от тока характеристикой срабатывания обеспечивает защиту от внутренних междуфазных коротких замыканий. Для защиты двигателя от перегрузки в этом устройстве имеется тепловая защита, использующая косвенный контроль температуры обмотки, и специальные средства контроля пускового режима (запрет пуска при недопустимо высокой начальной
температуре обмотки электродвигателя, ограничение продолжительности пускового режима, выявление заторможенного состояния ротора).
Защита от однофазных замыканий на землю построена на принципе контроля тока нулевой последовательности, а защита от несимметричных режимов - по току обратной последовательности.
Следует отметить, что в устройствах фирмы GEC ALSTHOM хорошо развиты функции диагностики, измерения и регистрации, создающие дополнительные удобства при эксплуатации.
