Релейная защита систем электроснабжения

Введение

Все электроустановки оборудуются устройствами релейной защиты, предназначенными для отключения защищаемого участка в цепи или 'элемента в случае его повреждения, если это повреждение влечет за собой выход из строя элемента или электроустановки в целом. Релейная защита срабатывает и тогда, когда возникают условия, угрожающие нарушением нормального режима работы электроустановки.

В релейной защите электроустановок защитные функции возложены на реле, которые служат для подачи импульса на автоматическое отключение элементов электроустановки или сигнала о нарушении нормального режима работы оборудования, участка электроустановки, линии и т. д.

Реле представляет собой аппарат, реагирующий на изменение какой-либо физической величины, например тока, напряжения, давления, температуры. Когда отклонение этой величины оказывается выше допустимого, реле срабатывает и его контакты, замыкаясь или размыкаясь, производят необходимые переключения с помощью подали или отключения напряжения в цепях управления электроустановкой.

К релейной защите предъявляют следующие требования:

селективность (избирательность) — отключение только той ми-нимальной части или элемента установки, которая вызвала нарушение режима;

чувствительность — быстрая реакция на определенные, заранее заданные отклонения от нормальных режимов, иногда самые не-значительные;

надежность — безотказная работа в случае отклонения от нор-мального режима; надежность защиты обеспечивается как правильным выбором схемы и аппаратов, так и правильной эксплуатацией, предусматривающей периодические профилактические проверки и испытания.

Необходимая скорость срабатывания реле определяется проектом в зависимости от характера технологического процесса. Иногда для сведения до минимума ущерба от возникших повреждений релейная защита должна обеспечивать полное отключение в течение сотых долей секунды.

По своему назначению реле разделяют на реле управления и реле защиты.

Реле управления обычно включают непосредственно в электрические цепи и срабатывают они при отклонениях от технологического процесса или изменениях в работе механизмов. Реле защиты включают в электрические цепи через измерительные трансформаторы и только иногда непосредственно. Они срабатывают при неформальных или аварийных режимах работы установки. Реле характеризуется следующими показателями:

уставка — сила тока, напряжение или время, на которые отрегулировано данное реле для его срабатывания;

напряжение (или ток) срабатывания — наименьшее или на-ибольшее значение, при котором реле полностью срабатывает;

напряжение (или ток) отпускания — наибольшее значение, при котором реле отключается (возвращается в исходное положение); коэффициент возврата — отношение напряжения (или тока) отпускания к напряжению (или току) срабатывания.

По времени срабатывания различают реле мгновенного действия и с выдержкой времени.

К повреждениям трансформаторов относят:

междуфазные к.з. на выводах и в обмотках (последние возникают гораздо реже, чем первые);

однофазные к.з. (на землю и между витками обмотки, т. е. витковые замыкания);

«пожар стали» сердечника.

К ненормальным режимам относятся:

перегрузки, вызванные отключением, например, одного из параллельно работающих трансформаторов. Токи перегрузки относительно невелики, и поэтому допускается перегрузка в течение времени, определяемого кратностью тока перегрузки по отношению к номинальному;

возникновение токов при внешних к. з., представляющих собой опасность в основном из-за их теплового действия на обмотки трансформатора, поскольку эти токи могут существенно превосходить номинальные. Длительное прохождение тока внешнего к. з. может возникнуть при неотключившемся повреждении на отходящем от трансформатора присоединении;

недопустимое понижение уровня масла, вызываемое значительным понижением температуры я другими причинами.

Повреждения и ненормальные режимы работы предъявляют определенные требования к устройствам автоматического управления трансформаторами, рассматриваемые ниже.

1. Расчет защит линий электропередач

Схема внешнего электроснабжения состоит из двухцепной ЛЭП 110 кВ связи между двумя источниками питания.

На ЛЭП 110 кВ с глухо заземленной нейтралью должны быть выполнены следующие защиты:

— токовая защита от междуфазных КЗ без выдержки времени (токовая отсечка);

— направленная МТЗ от междуфазных КЗ (1-я ступень с выдержкой времени);

— направленная МТЗ от замыканий на землю (2-я ступень с выдержкой времени);

— резервная направленная МТЗ от замыканий в трансформаторе ГПП (3-я ступень с выдержкой времени).

Исходные данные для расчета:

U=110 кВ; S1 =3300 MBA; S2=1400 MBA; L1=35 км; L2 = 45 км; STP=63 000 кВ;

Xуд =0.4 Ом/км

XS1=U2/S1= 0.04 (Ом);

XS2=U2/S2=7,8 (Ом);

XL1= Xуд* L1= 20*0.4 =8 Ом;

XL2 = Xуд* L1= 70*0.4 =28 Ом;

XK1S1 = 17 Ом;

XK2S2 = 15,8 Ом;

I (3)K1S1=U/(1.73•XK1S1)= 115/(1.73•17)= 3.91 кA;

I (3)K1S1=U/(1.73• XK2S2)= 115/(1.73•15.8)= 4.2 кA;

I (3)K1=I (3)K1S1+I (3)K2S2= 3.91+4.2 =8.11 кA;

XK1=U/(1.73* I (3)K1)= 110/(1.73*8.11)=7.84(Oм);