Общие принципы построения защит электрооборудования и электрических сетей

Главные функции

Ключевые задачи селективной защиты — обеспечение бесперебойного функционирования электросистемы и недопустимость сгорания механизмов при появлении угроз. Единственным условием для корректной работы такого типа защиты считают согласованность защитных агрегатов между собой.

Как только возникает аварийная ситуация, испорченный участок при помощи селективной защиты мгновенно определяется и отключается. При этом исправные места продолжают работу, а отключенные никак им в этом не мешают. Селективность существенно снижает нагрузку на электрические установки.

Общие принципы построения защит электрооборудования и электрических сетей

Базовый принцип обустройства такого типа защиты кроется в оборудовании автоматов с номинальным током, который меньше, чем у прибора на вводе. В сумме они могут превышать номинал группового автомата, но по отдельности – никогда. К примеру, при установке вводного устройства на 50 А следующий аппарат не должен обладать номиналом выше 40 А. Первым всегда сработает агрегат, находящийся максимально близко к месту ЧП.

Таким образом, к основным функциям селективной защиты можно отнести:

  • обеспечение безопасности электрических приборов и работников;
  • быстрое выявление и отключение той зоны электросистемы, где случилась поломка (при этом рабочие зоны не прекращают функционирование);
  • снижение негативных последствий для рабочих частей электромеханизмов;
  • снижение нагрузки на составные механизмы, предотвращение поломок в неисправной зоне;
  • гарантия непрерывного рабочего процесса и постоянного электроснабжения высокого уровня.
  • поддержка оптимальной работы той или иной установки.

3.2.3

С целью удешевления электроустановок вместо
автоматических выключателей и релейной защиты следует применять предохранители
или открытые плавкие вставки, если они:

могут быть выбраны с требуемыми параметрами (номинальные
напряжение и ток, номинальный ток отключения и др.);

обеспечивают требуемые селективность и чувствительность;

не препятствуют применению автоматики (автоматическое
повторное включение — АПВ, автоматическое включение резерва — АВР и т. п.),
необходимой по условиям работы электроустановки.

При использовании предохранителей или открытых плавких
вставок в зависимости от уровня несимметрии в неполнофазном режиме и характера
питаемой нагрузки следует рассматривать необходимость установки на приемной
подстанции защиты от неполнофазного режима.

3.2.2

Электроустановки должны быть оборудованы
устройствами релейной защиты, предназначенными для:

а) автоматического отключения поврежденного элемента от
остальной, неповрежденной части электрической системы (электроустановки) с
помощью выключателей; если повреждение (например, замыкание на землю в сетях с
изолированной нейтралью) непосредственно не нарушает работу электрической
системы, допускается действие релейной защиты только на сигнал.

б) реагирования на опасные, ненормальные режимы работы
элементов электрической системы (например, перегрузку, повышение напряжения в
обмотке статора гидрогенератора); в зависимости от режима работы и условий
эксплуатации электроустановки релейная защита должна быть выполнена с действием
на сигнал или на отключение тех элементов, оставление которых в работе может
привести к возникновению повреждения.

3.2.28

В сетях с глухозаземленной нейтралью должен быть
выбран исходя из условий релейной защиты такой режим заземления нейтралей
силовых трансформаторов (т. е. размещение трансформаторов с заземленной
нейтралью), при котором значения токов и напряжений при замыканиях на землю
обеспечивают действие релейной защиты элементов сети при всех возможных режимах
эксплуатации электрической системы.

Для повышающих трансформаторов и трансформаторов с двух- и
трехсторонним питанием (или существенной подпиткой от синхронных электродвигателей
или синхронных компенсаторов), имеющих неполную изоляцию обмотки со стороны
вывода нейтрали, как правило, должно быть исключено возникновение недопустимого
для них режима работы с изолированной нейтралью на выделившиеся шины или
участок сети 110-220 кВ с замыканием на землю одной фазы (см. 3.2.63).

Виды селективных схем подключения

Защитная аппаратура по селективности подразделяется на несколько видов. К таковым относятся следующие виды защит:

  • полная;
  • частичная;
  • токовая;
  • временная;
  • времятоковая;
  • энергетическая.

На каждом из них нужно остановиться отдельно.

Защита полная и частичная

При такой защищённости цепи подразумевается последовательное подключение аппаратов. В случае возникновения сверхтока сработает тот автомат, который ближе всего к месту повреждения.

Важно! Частичная избирательная защита отличается от полной селективности тем, что срабатывает лишь до установленного значения сверхтока

Токовый тип селективности

Выстраивая в убывающем порядке величины токов от источника к нагрузке, обеспечивают работу токовой избирательности. Главной мерой здесь является предельное значение токовой метки.

Например, начиная от источника питания или ввода, автоматические выключатели устанавливают в последовательности: 25А, 16А, 10А. Все автоматы могут иметь одинаковое время на срабатывание.

Важно! Между автоматами должно быть высокое сопротивление цепи. Тогда они будут иметь эффективную избирательность

Повышают сопротивление путём увеличения протяжённости линии, включения участков с проводом меньшего диаметра или вставкой трансформаторной обмотки.

Токовая селективность

Временная и времятоковая селективность

Что значит селективная защита по времени? Особенностью такого построения схемы релейной защиты является привязка ко времени срабатывания каждого защитного элемента. Автоматические выключатели обладают одинаковыми токовыми параметрами, но имеют разную выдержку времени при срабатывании. Время срабатывания увеличивается по мере удаления от нагрузки. К примеру, самый ближний рассчитан на срабатывание после 0,2 с. В случае его отказа через 0,5 с. должен сработать второй. Работа третьего автоматического выключателя рассчитана через 1 секунду в случае несрабатывания первых двух.

Популярные статьи  Как повысить переменное и постоянное напряжение?

Временная избирательность

Очень сложной считается времятоковая избирательность. Чтобы её организовать, необходимо выбирать приборы групп: A, B, C, D. У группы А наивысшая защита (применяется в электроцепях). Каждая из этих групп имеет индивидуальную реакцию на величину электрического тока и временную задержку.

Энергетическая селективность автоматов

Такая защита обусловлена свойствами выключателей, которые заложены производителем. Быстрое срабатывание – до того, как токи КЗ достигли максимума. Счёт идёт на миллисекунды, согласовать такую избирательность очень сложно.

Энергетическая селективность

Что такое зонная селективность

Определение данного покрытия избирательной защитой сети связано с особенностью её построения. Это достаточно дорогой и сложный способ. В результате обработки сигналов, поступающих от каждого выключателя, определяется зона повреждения, и отключение происходит только в ней.

Информация. Для обустройства такой защиты требуется дополнительное питание. Сигнал от каждого выключателя подаётся в контрольный центр. Отключения производятся электронными расцепителями.

Такие схемы рациональнее всего использовать на промышленных предприятиях, где системы обладают высокими значениями токов КЗ и значительными рабочими токами.

Пример и график зонной избирательности

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ

Типы УРЗА можно классифицировать по параметрам режима работы сети, на которые они реагируют.

Токовые защиты.

Наибольшее распространение получили токовые защиты, поскольку именно повышенное значение тока является критерием такого частого вида нарушения режима работы как короткое замыкание. В основе токовой релейной защиты находится реле тока.

Традиционно используемыми являются реле электромеханического типа, состоящие из токовой катушки и подвижной электромагнитной системы, замыкающей контакты. На смену этим приборам пришли полупроводниковые устройства, а с развитием цифровых технологий и микропроцессорные системы релейной защиты.

Независимо от элементной базы, логика работы защит остаётся в принципе той же. Конечно, микропроцессорные системы способны реализовать более сложный и разветвлённый алгоритм действий.

В простейшем случае, на реле выставляется требуемая уставка – значение тока, при котором реле должно сработать. Первичными преобразователями тока являются измерительные трансформаторы или датчики тока.

К разновидности токовых защит относятся дифференциальные защиты, реле которых включается на разность токов. Дифференциальные токовые реле входят в комплект релейной защиты трансформаторов и шин подстанций.

Защиты по напряжению.

Среди самых распространённых представителей этого класса групповая секционная защита минимального напряжения.

Логика работы этой автоматики увязана с технологическим процессом, электропривод оборудования которого питается от одной секции подстанции. Автоматика минимального напряжения имеет двухступенчатое исполнение. Типовая последовательность работы выглядит следующим образом.

Секция, к которой подключены электродвигатели приводов механизмов технологического процесса (например, это могут быть механизмы котла тепловой электростанции), имеет два питания – от рабочего и резервного трансформаторов.

При отключении рабочего трансформатора срабатывает автоматика включения резерва (АВР). Через небольшой промежуток времени к секции подключается резервный трансформатор.

За время бестоковой паузы нагруженные механизмы успевают затормозиться. После подключения резервного трансформатора начинается самозапуск электродвигателей механизмов.

Повышенный ток, обусловленный групповым запуском двигателей, вызывает посадку напряжения на секции. При снижении напряжения до уставки первой ступени автоматики, происходит отключение наименее значимых для технологического процесса механизмов.

Делается это для того, чтобы облегчить запуск более важного оборудования и удержать станционный котёл (или другой агрегат) в работе.

Если это не помогает и напряжение, продолжая снижаться, достигает уставки второй ступени, отключается вторая группа оборудования. В этой ситуации в работе остаются только механизмы, обеспечивающие безаварийный останов всего технологического процесса (котла).

2012-2022 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Типы селективности электрических приборов

Классификацию защиты электрических устройств можно представить в различии схем подключения:

  • Полная. Если несколько приборов подключены последовательно, то на неисправность быстрее реагирует тот, что находится ближе к зоне аварии.
  • Частичная. Принцип действия селективности автоматов аналогичен с полной, но существует ограничение величины тока.
  • Временная. Такого рода избирательность предполагает разное время выдержки автоматов с одинаковыми характеристиками на срабатывание в случае поломки. Эта защита предназначена для того, чтобы подстраховать автоматы по скорости выключения. Например: первый начинает действовать спустя 0,2 сек, второй – 0,4 сек и т. д.
  • Токовая. Принцип работы селективности тот же, что и у временной, но в этом случае параметром выступает максимальная токовая отметка. Выставляются определённые значения в порядке убывания от источника питания до объекта нагрузки. Например, при вводе 28 А., к розеткам 18 А и 12 – к свету.
  • Времятоковая. Одна из самых сложных систем по защите от неисправностей. Аппараты подразделяются на четыре различные группы: A, B, C и D, каждая из которых реагирует на ток. В этом случае сложно составить схему защиты автоматических выключателей при коротком замыкании. Наиболее эффективна защита будет при первой группе А. Её используют в основном для электронных цепей. Наибольшую популярность и распространённость получили аппараты типа С, однако следует серьёзно отнестись к их установке.
  • Зонная. Этот способ защиты используется чаще всего в промышленности, так как он является дорогостоящим и довольно сложным. За работой электрической сети следят специальные приборы. При достижении установленного значения все данные передаются в центр контроля, где выбирается аппарат для выключения. Селективность этого вида предполагает наличие специальных электронных расцепителей. Они действуют следующим образом: при обнаружении какого-либо нарушения аппарат, расположенный ниже, подаёт сигнал другому автомату, который находится выше. Если в течение 1 секунды не сработает первое устройство, включится второе.
  • Энергетическая. Здесь автоматы действуют очень быстро, благодаря чему ток короткого замыкания не успевает достичь максимального значения.
Популярные статьи  Принцип работы и устройство синхронного генератора переменного тока

3.2.23

Для генераторов, работающих на сборные шины,
чувствительность токовой защиты от замыканий на землю в обмотке статора,
действующей на отключение, определяется ее током срабатывания, который должен
быть не более 5 А. Допускается как исключение увеличение тока срабатывания до
5,5 А.

Для генераторов, работающих в блоке с трансформатором,
коэффициент чувствительности защиты от однофазных замыканий на землю,
охватывающей всю обмотку статора, должен быть не менее 2,0; для защиты
напряжения нулевой последовательности, охватывающей не всю обмотку статора,
напряжение срабатывания должно быть не более 15 В.

3.2.1

Настоящая глава Правил распространяется на
устройства релейной защиты элементов электрической части энергосистем,
промышленных и других электроустановок выше 1 кВ; генераторов, трансформаторов
(автотрансформаторов), блоков генератор — трансформатор, линий электропередачи,
шин и синхронных компенсаторов.

Защита всех электроустановок выше 500 кВ, кабельных линий
выше 35 кВ, а также электроустановок атомных электростанций и передач
постоянного тока в настоящей главе Правил не рассматривается.

Требования к защите электрических сетей до 1 кВ,
электродвигателей, конденсаторных установок, электротермических установок см.
соответственно в гл. 3.1, 5.3, 5.6 и 7.5.

Устройства релейной защиты элементов электроустановок, не
рассмотренные в этой и других главах, должны выполняться в соответствии с
общими требованиями настоящей главы.

3.2.20

Оценка чувствительности основных типов релейных
защит должна производиться при помощи коэффициента чувствительности,
определяемого:

для защит, реагирующих на величины, возрастающие в условиях
повреждений, — как отношение расчетных значений этих величин (например, тока,
или напряжения) при металлическом КЗ в пределах защищаемой зоны к параметрам
срабатывания защит;

для защит, реагирующих на величины, уменьшающиеся в
условиях повреждений, — как отношение параметров срабатывания к расчетным
значениям этих величин (например, напряжения или сопротивления) при
металлическом КЗ в пределах защищаемой зоны.

Расчетные значения величин должны устанавливаться, исходя
из наиболее неблагоприятных видов повреждения, но для реально возможного режима
работы электрической системы.

Карта селективности

Нельзя не упомянуть и селективной карте, требующейся для обеспечения максимальной токовой защиты. Карта выглядит как построенная в осях схема, на которой показаны все совокупности времятоковых характеристик поставленных автоматов.

Общие принципы построения защит электрооборудования и электрических сетейНа карте селективности отображаются времятоковые характеристики установленных и подключенных защитных автоматов

Как уже было указано выше, каждый из приборов защиты должен подключаться поочередно.

Основные правила для построения карт:

  • защитные приборы должны исходить от одного напряжения;
  • масштаб подбирается с учетом видимости всех граничных точек;
  • должны указываться наименьшие и наибольшие показатели коротких замыканий во всех расчетных точках.

Релейная защита

К релейной защите, отключающей цепь при повреждениях, предъявляются такие требования:

  • селективность;
  • скорость реагирования;
  • чувствительность;
  • надежность.

Селективность можно назвать главным условием, обеспечивающим бесперебойность и непрерывность питания электрооборудования при наличии запасного источника.

Использование выключателей и реле с высокой скоростью реагирования исключается нарушение динамической устойчивости функционирующих параллельно синхронных агрегатов. Так устраняется основная причина самых тяжелых системных аварий с точки зрения непрерывной работы потребителей.

Релейная защита также должна обладать достаточной чувствительностью к повреждениям и нештатным режимам функционирования, возникающих на подлежащих защите элементах системы. Соответствия требованию необходимого уровня чувствительности во вновь создаваемых современных электросетях добиться очень сложно.

Требование надежности предъявляется в связи с тем, что защита сети должна безотказно и корректно функционировать и отключать оборудование при любом его повреждении и возникновении нарушений, препятствующих нормальному рабочему режиму.

3.2.30

Токовые цепи электроизмерительных приборов
(совместно со счетчиками) и релейной защиты должны быть присоединены, как
правило, к разным обмоткам трансформаторов тока.

Допускается их присоединение к одной обмотке
трансформаторов тока при условии выполнения требований 1.5.18 и 3.2.29. При
этом в цепи защит, которые по принципу действия могут работать неправильно при
нарушении токовых цепей, включение электроизмерительных приборов допускается
только через промежуточные трансформаторы тока и при условии, что
трансформаторы тока удовлетворяют требованиям 3.2.29 при разомкнутой вторичной
цепи промежуточных трансформаторов тока.

Общее понятие селективности

Как уже было сказано, под селективностью понимают особенность релейной защиты. Она определяется возможностью выискивать неисправный элемент во всей электросети и отключать именно аварийный участок, а не всю систему.

Селективная защита может быть абсолютной и относительной.

  1. Абсолютная защита предполагает точное срабатывание предохранителей на том участке сети, где случилось замыкание или поломка.
  2. Относительная селективность вызывает отключение автоматов, находящихся также около места поломки, если защита на тех участках не сработала.
Популярные статьи  Стандартная время-токовая зона автоматического выключателя

Это интересно: Указательное реле — устройство, принцип действия, назначение

3.2.8

При наличии релейной защиты, имеющей цепи
напряжения, следует предусматривать устройства:

автоматически выводящие защиту из действия при отключении
автоматических выключателей, перегорании предохранителей и других нарушениях
цепей напряжения (если эти нарушения могут привести к ложному срабатыванию
защиты в нормальном режиме), а также сигнализирующие о нарушениях этих цепей;

сигнализирующие о нарушениях цепей напряжения, если эти
нарушения не приводят к ложному срабатыванию защиты в условиях нормального
режима, но могут привести к излишнему срабатыванию в других условиях (например,
при КЗ вне защищаемой зоны).

Принципы построения релейной защиты

Существует несколько видов реле, каждый из которых соответствует характеристикам электроэнергии (в данном случае – реле тока, напряжения, частоты, мощности и т.д.). Такая система отслеживает несколько показателей, выполняя непрерывное сравнение величин с ранее определенными диапазонами, которые называются уставки.

В том случае, когда контролируемая величина превышает установленную норму, соответствующее реле срабатывает: тем самым осуществляя коммутацию цепи путем переключения контактов. В первую очередь, такие действия касаются подключенной логической части цепи. В соответствии с выполняемыми задачами эта логика настраивается на определенный алгоритм действий, оказывающих влияние на коммутационную аппаратуру. Возникшая неисправность окончательно ликвидируется силовым выключателем, прерывающим питание аварийной схемы. В любой релейной защите и автоматике настройка измерительного органа выполняется с учетом определенной уставки, разграничивающей зону охвата и срабатывания защитных устройств. Сюда может входить только один участков или сразу несколько, состоящих из основного и резервных.Реакция защиты может проявляться на все повреждения, которые могут возникнуть в защищаемой зоне или только на отдельно взятые отклонения от нормального режима работы.

В связи с этим, защищаемый участок оснащен не одной защитой, а сразу несколькими, дополняющими и резервирующими друг друга. Основные защиты должны воздействовать на все неисправности, возникающие в рабочей зоне или охватывать их значительную часть. Они обеспечивают полную защиту всего участка, находящегося под контролем и должны очень быстро срабатывать при возникновении неисправностей. Все остальные защиты, не подходящие под основные условия, считаются резервными, выполняющими ближнее и дальнее резервирование. В первом случае резервируются основные защиты, работающие в закрепленной зоне. Второй вариант дополняет первый и резервирует смежные рабочие зоны на случай отказа их собственных защит. 

Устройство

Релейное управление постоянно совершенствуется, разрабатываются новые конструкции, применяются новые полупроводниковые схемы. Но принцип действия релейной защиты остается, он не зависит от прогресса.

Все аппараты состоят из четырех стандартных типовых частей. К ним относятся элементы наблюдения, логики, исполнения и сигнализации. Блок наблюдения следит за процессами и отслеживает его параметры. Блок логики принимает решение если наступает отклонение измеряемых характеристик от заданных значений. Исполнительный блок выполняет необходимые действия при подаче команды. Сигнальный блок предназначен для человека.

ВИДЫ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ РАЗЛИЧНЫХ ЗАЩИТ

Не претендуя на абсолютную полноту изложения рассмотрю основные способы, используемые для предотвращения аварийных режимов работы электрических установок.

1. Токовая.

Обнаруживает сверх токи в линии (превышающие номинальные значение в несколько раз). Срабатывает практически мгновенно и отключает участки или оборудование в которых возникла неисправность.

Используется:

  • на линиях электропередач;
  • в домашней электропроводке.

В первом случае применяется релейная защита, во втором – автоматические выключатели.

2. Тепловая.

В ряде случаев превышение тока может быть недостаточным для срабатывания токовой отсечки. Тем не менее, режим работы незначительно выходит за пределы номинального, но тем не менее в такой ситуации возможен перегрев проводов, нарушение изоляции, как следствие замыкание, которое может привести к возгоранию (пожару).

Чаще всего для этих целей применяются тепловые расцепители, реагирующие на нагрев, протекающим через них повышенным сверх номинального током и приводящие в действие контакты, размыкающие цепь. Однако, возможно использование и других видов тепловых реле для обнаружения перегрева оборудования.

Отключение при этом происходит не мгновенно, а с некоторой задержкой, определяемой типом аппаратуры и ее времятоковыми характеристиками. Автоматические выключатели, помимо токовой имеют и тепловую защиту.

3. Дифференциальная.

Аппараты этого типа регистрируют изменение баланса втекающих и вытекающих токов на определенном участке цепи или на входе- выходе отдельных устройств:

  • трансформаторов;
  • электродвигателей;
  • генераторов.

Дифференциальная защита может использоваться для предотвращения от поражения током человека. Пример тому – УЗО и дифавтомат.

Существует еще немало видов защит: газовая, от отгорания нуля, перенапряжения, искрения и пр. Все они будут рассмотрены в отдельных материалах.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Денис Серебряков/ автор статьи
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: