Релейная защита и сетевая автоматика

В процессе эксплуатации электрических сетей и электроустановок возникают повреждения и анормальные режимы работы, приводящие к резкому увеличению тока и понижению напряжения в элементах системы электроснабжения. Особенно опасны короткие замыкания (КЗ).

В большинстве случаев при КЗ возникает электрическая дуга с высокой температурой, приводящая к разрушению электрических аппаратов, изоляторов и токоведущих частей. Так как при КЗ к месту повреждения притекают большие токи, то возможен перегрев неповрежденных токоведущих частей, что вызывает развитие аварии.

Для обеспечения надежного электроснабжения, предотвращения разрушения оборудования электроустановок и сохранения устойчивой работы элементов системы необходимо возможно быстрое отключение поврежденного участка или элемента, а также ликвидация опасного анормального режима. В большинстве случаев для этих целей используют специальные автоматические устройства в виде релейной защиты, отключающей выключатели.

При отключении выключателей электрическая дуга в месте повреждения гаснет, прохождение тока КЗ прекращается и восстанавливается напряжение на неповрежденной части сети.

При нарушении нормального режима работы иногда нет необходимости в отключении электрооборудования, а достаточно дать предупредительный сигнал обслуживающему персоналу на подстанции; при его отсутствии — оборудование отключается, но обязательно с выдержкой времени.

Одним из основных видов анормальных режимов являются перегрузки, представляющие серьезную опасность для изоляции электродвигателей, трансформаторов и генераторов. Защита от перегрузок осуществляется с выдержкой времени больше, чем у защит от КЗ. Защита от перегрузок в сетях не предусматривается, так как в правильно спроектированной сети перегрузки маловероятны. Для ряда электрооборудования характерны специфические повреждения и анормальные режимы, а именно недопустимое снижение напряжения при самозапуске электродвигателей; витковые замыкания у трансформаторов и понижение уровня масла в кожухе; витковые замыкания и повышение напряжения в обмотке статора, замыкания в цепи возбуждения генераторов; однофазные замыкания.

Таким образом, релейной защитой (РЗ) называют защиту электрических установок от возможных повреждений и анормальных режимов работы, осуществляемую посредством автоматических устройств (контактных, бесконтактных). Основным назначением РЗ является выявление места повреждения и быстрое автоматическое отключение выключателя поврежденного участка или оборудования, а также выявление нарушения нормального режима работы с последующей подачей предупредительного сигнала обслуживающему персоналу или отключением оборудования с выдержкой времени.

Для каждого из перечисленных повреждений предусмотрен свой вид релейной защиты, в соответствии с чем, для отдельных элементов электроустановок рекомендуются следующие наборы защит:

• * для генераторов — от внешних КЗ, перегрузок, многофазных замы-каний, однофазных замыканий на землю, замыканий между витками одной фазы в обмотке статора, замыканий на корпус в цепи возбуждения и повы-шения напряжения в обмотке статора;
• * для силовых трансформаторов — от внешних КЗ, перегрузок, много-фазных замыканий, однофазных замыканий на землю, витковых замыканий в обмотках, понижения уровня масла в кожухе трансформатора;
• * для воздушных и кабельных линий — от многофазных замыканий, одно-фазных замыканий на землю и внешних КЗ;
• * для синхронных и асинхронных электродвигателей — от многофазных замыканий, однофазных замыканий на землю, перегрузок, снижения напря-жения и асинхронного режима для СД;
• * для конденсаторных установок — от КЗ, повышения напряжения и пере-грузок токами высших гармоник при наличии в сети вентильных пре-образовательных и выпрямительных установок.

Для защиты ряда электроустановок вместо автоматических выключателей и РЗ следует применять предохранители или открытые плавкие вставки, если они выбраны с требуемыми параметрами, обеспечивают селективность и чувствительность и не препятствуют применению автоматики.

Предохранители и устройства РЗ от многофазных замыканий являются основными средствами защиты, однако в случае выхода их из строя в качестве резервной для сетей, трансформаторов и генераторов предусматривается защита от внешних коротких замыканий. Такая защита осуществляет отключение только с определенной выдержкой времени, так как предназначена для работы только при отказе основной защиты.

В устройствах РЗ рекомендуется для снижения стоимости электроустановок применять реле прямого действия в отличии от схем, где используются реле косвенного действия.

Наиболее распространены следующие виды схем релейной защиты: принципиальные совмещенные, принципиальные развернутые, монтажные и структурные.

Принципиальные совмещенные схемы наиболее наглядно показывают связь между реле и другими аппаратами и последовательность их действия, однако для сложных схем РЗ и автоматики удобнее принципиальные развернутые схемы, выполненные по отдельным цепям: тока, напряжения, оперативного тока, сигнализации и т. д. В этих схемах реле могут изображаться в одной части схемы, а их контакты — в другой.

Монтажные схемы представляют собой рабочие чертежи, по которым производится монтаж панелей РЗ, автоматики, сигнализации. Схемы, отражающие все фактические соединения, выполненные при монтаже и наладке, называются исполнительными.

Для изображения общей структуры устройств РЗ без выделения отдельных реле и других аппаратов используются структурные схемы, на которых надписями указываются назначения отдельных блоков, узлов, органов.

При проектировании РЗ и автоматики должны учитываться схемы первичных соединений сетей и подстанций, необходимый уровень надежности электроснабжения электроприемников; их режимы работы, включая переходные; технические требования, предъявляемые к защите электрооборудования, технические требования энергосистемы; возможные виды повреждений и анормальных режимов работы. Как правило, используются устройства, выполненные с электромеханическими или полупроводниковыми реле, а также комплектные устройства РЗ и автоматики с измерительными и функциональными органами на интегральных микросхемах.