Закрыть

Требования предъявляемые к релейной защите – Основные требования, предъявляемые к релейной защите

Содержание

Основные требования, предъявляемые к релейной защите


Основные требования, предъявляемые к релейной защите

 

В общем случае к релейной защите, действующей при повреждениях на отключение, предъявляются следующие четыре основных технических требования:

1. Селективность;
2. Быстрота отключения;
3. Чувствительность;
4. Надежность.

Селективность

Селективностью, или избирательностью, называется действие защиты, обеспечивающее отключение только поврежденного элемента системы посредством его выключателей.
Существует два вида селективности:

1) Абсолютная селективность. Если по принципу своего действия защита срабатывает только при Коротком Замыкании (КЗ) на за­щищаемом элементе, то ее относят к защи­там, обладающим абсолютной селектив­ностью. Имеется ЛЭП, состоящая из трех участков. Произошло КЗ в точке К2. КЗ должна отключить РЗ выключателя Q5.  Если эта защита действует только на участке БВ, и не срабатывает при КЗ на участке ВГ, то она имеет абсолютную селективность.

2) Относительная селективность. Защиты, которые могут срабаты­вать как резервные при повреждении на смежном элементе, если это повреждение не отключается, называются относительно селективными. Произошло КЗ в точке К3. КЗ должна отключить РЗ выключателя Q8.  Если эта защита не действует, то КЗ должно отключиться защитой выключателя Q6, которая в данном случае будет работать как резервная и иметь относительную селективность.
Иногда в целях упрощения допускают неселективное действие защиты.

Таким образом, требование селективности является основным условием для обеспечения надежного питания потребителей.
Селективное действие защит при наличии резервного питания потребителей дает возможность исключить перерывы в их электроснабжении.
При отсутствии резервирования даже при селективном действии защит возможна потеря питания.
Т.к. повреждение на ВЛ носят в основном проходящий характер наиболее эффективности в этом случае будет применение АПВ. АПВ обеспечивает 70-90% успешных повторных включений.
Требование селективности не должно исключать возможность действия защит как резервных в случаях отказа защит или выключателей смежных элементов. Пример: отказ защит 8 при К.З.в К3.

Быстродействие

В большинстве случаев к релейной защите, действующей при повреждениях на отключение, предъявляется требование быстродействия.
Это определяется следующими основными соображениями:
1. Ускорение отключения повреждений повышает устойчивость параллельной работы генераторов в системе и дает возможность увеличить пропускную способность ВЛ электропередачи.
При применении быстродействующих реле и выключателей нарушение динамической устойчивости параллельно работающих синхронных машин в следствии короткого замывания может быть исключено. Тем самым устраняется одна из основных причин возникновения наиболее тяжелых, с точки зрения бесперебойной работы потребителей, системных аварий.
2. Ускорение отключения повреждений уменьшает время работы потребителей при пониженном напряжении.
При быстродействующих защитах и выключателях практически все двигатели, установленные как у потребителей, так и на собственных нуждах станций, за исключением тех, которые питаются от отключившегося выключателя, после отключения короткого замыкания могут оставаться в работе. Более того, уменьшение вращающих моментов, например у синхронных двигателей оказывается столь кратковременным, что потребители не ощущают этого.
3. Ускорение отключения повреждений уменьшает размер разрушения поврежденного элемента. Уменьшается время, затрачиваемое на проведение восстановительного ремонта и уменьшается затраты на него.
4. Ускорение отключения повреждений повышает эффективность АПВ поврежденных ЛЭП.
Допустимое время отключения К.З. по условию сохранения устойчивости зависит от ряда факторов. Важнейшим из них является величина остаточного напряжения на шинах электростанций и узловых подстанций энергосистемы. Чем меньше остаточное напряжение, тем хуже условия устойчивости и, следовательно, тем быстрее нужно отключить К.З. Наиболее тяжелыми по условию устойчивости являются трехфазные К.З. и двухфазные К.З. на землю в сети с глухозаземленной нетралью, так как при этих повреждениях происходит наибольшее снижение всех междуфазных напряжений.
В современных энергосистемах для сохранения устойчивости требуется весьма малое время отключения К.З. Так например на электропередачах 330-500кВ необходимо отключить повреждения за 0,1-0,2 сек. после его повреждения, а в сетях 110-220кВ - за 0,15-0,3 сек. В распределительных сетях 6-10кВ короткие замыкания отделенные от источника большими сопротивлениями можно отключить со временем 1,5-3 сек., так как они не влияют на устойчивость системы. Точная оценка допустимого времени отключения производится с помощью специальных расчетов устойчивости проводимых для этой цели.
В качестве приближенного критерия (меры) необходимости применения быстродействующих защит Правила устройства электроустановок (ПУЭ) рекомендуют определить остаточное напряжение на шинах электростанций и узловых подстанций при трехфазном К.З. в интересующей нас точке К.З. Если остаточное напряжение получается меньше 60% номинального, то для сохранения устойчивости следует применять быстрое отключение повреждений, т.е. применять быстродействующую защиту (ПУЭ, п.3.2.108).
Полное время отключения повреждения складывается из времени работы защиты и времени действия выключателя, разрывающего ток К.З. Следовательно, для ускорения отключения нужно ускорить действие, как защиты, так и выключателей. Минимальное времена срабатывания защит равны 0,02-0,04 сек., а выключателей 0,05-0,06 сек. Поэтому минимально допустимые времена отключения К.З. составляет 0,07-0,1 сек. Однако необходимо отметить, что получение малых времен по технико-экономическим соображениям в ряде случаев оказывается нецелесообразным, так как требует применения сложных панелей защит и поэтому менее надежных. Поэтому обычно выставляются те выдержки времени, с которыми по совокупности условий еще допустимо отключать наиболее тяжелые, но реальные повреждения.
В качестве примера цифр могут быть названы следующие минимальные времена отключения К.З.:
1. на электропередачах 400-500кВ – 0,1-0,12 сек.;
2. на линиях 110-330кВ отходящих от современных мощных тепловых станций, с мощными турбогенераторами, имеющими форсированное охлаждение обмоток – 0,15-0,2 сек.;
3. в сетях 110-330кВ с турбогенераторами старой конструкции – 0,2-0,3 сек.
Однако в некоторых случаях простая и экономичная защита не может одновременно удовлетворять требованиям селективности и быстродействия. Тогда необходимо выяснить и сопоставить, не нарушается ли при селективных, но медленных отключеньях повреждений работа потребителей неповрежденной части системы в большей мере, чем при неселективных, но быстрых отключеньях повреждений.
Требование к времени быстродействия защит от ненормальных режимов зависит от их последствий. Часто ненормальные режима носят кратковременный характер и ликвидируются сами, так, например, кратковременна перегрузка при пуске асинхронного двигателя, отключение одного трансформатора на двухтрансформаторной подстанции и работа АВР на СВ-10кВ. В наших случаях быстрое отключение не является необходимым, но может причинить ущерб потребителям. Поэтому отключение оборудования при ненормальном режиме должно производиться только тогда, когда наступает действительно опасность для защищаемого оборудования в большинстве случаев в выдержкой времени.

Чувствительность

Релейная защита должна быть достаточно чувствительной к повреждениям и ненормальным режимам работы, которые могут возникнуть на защищаемых элементах электрической системы. Удовлетворение требований необходимой чувствительности в современных электрических сетях часто встречает ряд серьезных затруднений.
Так, например, при передаче больших мощностей в районы потребления отстоящие иногда на сотни километров, используются сети высокого напряжения с большой пропускной способностью отдельных ЛЭП. При этом ток К.З. в поврежденных линиях при учете возможных минимальных режимах работы станций и повреждений через большие переходные сопротивления (электрическая дуга) могут быть соизмеримы, или даже меньше максимальных токов К.З.

Это приводит к отказу от применения простых токовых защит и заставляет переходить на более сложные и дорогие типы защитных устройств. Поэтому с учетом опыта эксплуатации и уровня техники к защитам предъявляется минимальные требования в отношении чувствительности.
Чувствительность защиты должна быть такой, чтобы она действовала при К.З. в конце установленной для нее зоны в минимальном режиме системы и при замыканиях через электрическую дугу. Чувствительность защит принято характеризовать коэффициентом чувствительности Кч. Для защит, реагирующих на ток К.З. коэффициент чувствительности равен:


Надежность

Требование надежности состоит в том, что защита должна правильно и безотказно действовать на отключение выключателей оборудования при всех его повреждениях и нарушениях нормального режима работы, на действие при которых она предназначена и не действовать в режимах, при которых ее работа не предусматривается.

Например, при К.З. в точке К3 и отказе защиты В3 срабатывает защита В2, в результате чего вместо погашения одной подстанции Г мы обесточим три подстанции Г,Д,В, а при неправильной работе в нормальном режиме защиты В1 потеряют питание потребители четырех подстанций Б, В, Г, Д.
Таким образом, необходимо констатировать, что должна срабатывать только защита поврежденной линии. Защиты неповрежденных линий и других элементов системы (генераторов, трансформаторов) могут при этом происходить в действие, но не срабатывать. Срабатывание защит неповрежденных элементов должна иметь место только в случае, если они предназначены действовать как резервная при отказе защиты или выключателя поврежденной линии.
Основным предпосылками, обеспечивающими как надежность срабатывания, так и надежность несрабатывание является высокое качество используемых реле, характеризуемое их принципом действия, конструкцией и технологией исполнения, высокое качеств вспомогательных устройств и правильное ведение эксплуатации. Однако имеются факторы, противоположно воздействующие на две рассмотренные стороны надежности. Чем больше минимальное число реле и других элементов, которое должно участвовать в срабатывании защиты тем меньше надежность ее срабатывания.

При наличии в защите нескольких параллельно работающих независимых устройств, а иногда и отдельных реле или элементов надежность срабатывания повышается. С другой стороны понижается надежность несрабатывания.
Необходимо иметь в виду что устройства РЗА при повреждениях в электрической системе в целом должны по воздействиям соответствующих, обычно электрических величин, значительно чаще не срабатывать, чем срабатывать.
Учитывая выше изложенное, в настоящее время максимальное упрощение схем защит следует считать одном из основных требований техники релейной защиты. Требование надежности является весьма важным. Отказ в работе или неправильное действие какой-либо защиты всегда приводит к дополнительным отключениям и т.п.

www.consultelectro.ru

Требования, предъявляемые к релейной защите.

Релейная защита выполняется в виде автономных устройств, устанавливаемых на элементах энергосистемы. Устройства релейной защиты реагируют на к.з. и ненормальные режимы и действуют на отключение выключателей защищаемых элементов.

Релейная защита должна срабатывать при повреждениях в защищаемой зоне (при внутренних повреждениях) и не должна срабатывать при повреждениях вне защищаемой зоны (при внешних повреждениях), а также при отсутствии повреждений.

Защиты подразделяют на основные и резервные.

Основной называется защита, предназначенная для работы при всех или части видов к.з. в пределах всего защищаемого объекта со временем, срабатывания меньшим, чем у других установленных защит.

Резервной называется защита, предусматриваемая для работы вместо основной защиты данного объекта при её отказе или выводе из работы, а также вместо защит смежных элементов при их отказе или отказах выключателей смежных элементов.

Основные требования к защите от к.з.:

  1. Быстродействие.

Быстрое отключение повреждённого оборудования или участка электроустановки уменьшает размеры повреждений, сохраняет нормальную работу потребителей неповреждённой части установки, предотвращает нарушение параллельной работы генераторов, электростанций и энергосистемы в целом. Последнее условие является главным.

Допустимое время отключения к.з. по условию сохранения устойчивости зависит от ряда факторов, важнейшим из которых является величина остаточного напряжения на шинах электростанций и узловых подстанций энергосистемы. Чем меньше остаточное напряжение, тем хуже условия устойчивости, тем быстрее нужно отключать к.з. ПУЭ рекомендуют определять остаточное напряжение на шинах электростанций и узловых подстанций при трёхфазных к.з. в интересующей нас точке сети. Если остаточное напряжение получается меньше 60% номинального, то для сохранения устойчивости следует применять быстродействующую защиту.

Полное время отключения повреждения tоткл складывается из времени работы защиты tз и времени действия выключателя tв, разрывающего ток к.з. tоткл = tз + tв.

Современные устройства быстродействующей релейной защиты имеют время действия 0,02-0,1 с.

  1. Селективность или избирательность.

Селективностью называется способность защиты отключать при к.з. только поврежденный участок сети ближайшими к месту к.з. выключателями.

Так, при к.з. в точке К1 (рисунок 6) для правильной ликвидации аварии должна подействовать защита только на выключателе В1 и отключить этот выключатель. При этом остальная часть электрической установки останется в работе. Такое избирательное действие защиты называется селективным.

Рисунок 6 – Схема, поясняющая принцип селективности релейной защиты.

Если же при к.з. в точке К1 раньше защиты выключателя В1 подействует защита выключателя В4 и отключит этот выключатель, то ликвидация аварии будет неправильной, так как кроме повреждённого электродвигателя Д1, останется без напряжения неповрежденный электродвигатель Д2. Такое действие защиты называется неселективным.

Таким образом, селективность – это свойство защиты, обеспечивающее отключение при к.з. только повреждённого элемента системы.

В соответствии со способами обеспечения селективности при внешних к.з. различают две группы защит: с абсолютной селективностью и с относительной селективностью.

Абсолютную селективность имеют защиты, селективность которых при внешних к.з. обеспечивается их принципом действия, т.е. защита способна работать только при к.з. на защищаемом объекте. Поэтому защиты с абсолютной селективностью выполняются без выдержек времени.

Относительную селективность имеют защиты, на которые по принципу действия можно возложить функции резервных защит при к.з. на смежных элементах сети. С учётом этого такие защиты в общем случае должны выполняться с выдержками времени.

  1. Чувствительность.

Защита должна обладать такой чувствительностью в пределах установленной для неё зоны, чтобы обеспечивалось её действие в самом начале возникновения повреждения, чем сокращаются размеры повреждения оборудования в месте к.з.

Таким образом, чувствительность – это свойство защиты, обеспечивающее выявление повреждения электрооборудования в самом начале его возникновения.

Чувствительность защиты должна также обеспечивать её действие при повреждениях на смежных участках сети. Так, например, если при повреждении в токе К1 (рисунок 6) по какой-либо причине не отключается выключатель В1, то должна подействовать защита следующего к источнику питания выключателя В4 и отключить этот выключатель. Такое действие защиты называется дальним резервированием смежного или следующего участка.

Чувствительность защиты должна быть такой, чтобы она действовала при к.з. в конце установленной для неё зоны в минимальном режиме работы системы и при замыканиях через электрическую дугу.

Чувствительность защиты можно оценить коэффициентом чувствительности Кч. Для защит, реагирующих на ток к.з.

, где

Iк.min – минимальный ток к.з., Iс.з – ток срабатывания защиты.

  1. Надёжность.

Требование надёжности состоит в том, что защита должна правильно и безотказно действовать в пределах установленной для неё зоны и не должна работать неправильно в режимах, при которых её работа не предусматривалась.

Ненадёжная защита сама становится источником аварий.

При эксплуатации возможны следующие виды отказов в функционировании устройств релейной защиты:

  • отказы срабатывания при требуемом срабатывании;

  • излишние срабатывания при повреждениях в защищаемой зоне с требованием несрабатывания;

  • ложные срабатывания при отсутствии повреждений в защищаемой зоне.

Требование надёжности обеспечивается совершенством принципов защиты и конструкцией аппаратуры, простотой выполнения, а также уровнем эксплуатации.

Требования к релейной защите от ненормальных режимов:

Защиты от ненормальных режимов также должны обладать селективностью, достаточной чувствительностью и надёжностью. Но быстродействия у защит от ненормальных режимов, как правило, не требуется.

Ненормальные режимы часто носят кратковременный характер и самоликвидируются. Например, при кратковременных перегрузках при пуске асинхронного электродвигателя быстрое отключение не только не является необходимым, но и может причинить ущерб потребителям. Поэтому действие на отключение защит от ненормальных режимов должно производиться с выдержкой времени и только тогда, когда наступает опасность для защищаемого оборудования.

В случаях, когда устранение ненормального режима может произвести дежурный персонал электроустановки, защита от ненормальных режимов может выполняться с действием на предупредительный сигнал.

studfile.net

Требования к релейной защите | Микропроцессорные Технологии

В очередной статье из рубрики «РЗА для начинающих» мы познакомим Вас с основными требованиями, которые предъявляют к релейной защите.

Чаще всего выделяют следующие четыре основных требования:

  • селективность;
  • чувствительность;
  • быстродействие;
  • надежность.

Селективность

Селективность или иначе избирательность характеризует способность релейной защиты отключать только поврежденный элемент с помощью ближайших к месту повреждения выключателей.

Селективность бывает двух видов: абсолютная и относительная.

Защита с абсолютной селективностью реагирует на короткие замыкания только в зоне ее действия, и не будет срабатывать при внешних коротких замыканиях. Эта особенность позволяет выполнять защиту без выдержки времени.К защитам с абсолютной селективностью относятся дифференциальные защиты линий, трансформаторов, шин и других элементов. 

Защита с относительной селективность реагирует как на короткие замыкания в зоне защищаемого элемента, так и в зоне смежных элементов сети (зона резервирования). В связи с этим, для согласованного действия защит смежных элементов в защитах таких типов используют выдержки времени.Таким образом, защита с относительной селективностью работает медленнее защиты с абсолютной селективность, однако способна резервировать защиты смежных элементов сети и действовать в случае их отказа. К защитам с относительной селективностью относятся максимальная токовая защита, дистанционная, и другие ступенчатые защиты.

 

Чувствительность

Чувствительность релейной защиты заключается в её способности надежно действовать в различных режимах работы энергосистемы, при повреждении в любом месте защищаемого участка. Например, в минимальном режиме работы, при коротком замыкании в конце зоны резервирования.

Чувствительность защиты характеризуется коэффициентом чувствительности, который для разных видов защит имеет различные значения, указанные в действующей редакции Правил устройства электроустановок (ПУЭ).

 

Быстродействие

Быстродействие защиты обеспечивает минимизацию повреждений электрооборудования и снижение риска для жизни людей и животных.Время действия устройств РЗА должно быть минимальным насколько это возможно.Продолжительное протекание токов короткого замыкания в сети приводит к следующим последствиям:

  • нарушение устойчивости работы энергосистемы;
  • разрушение поврежденного элемента;
  • нарушение технологического процесса;
  • несчастные случаи.

Время ликвидации короткого замыкания (tк.з) или иными словами быстродействие защиты складывается из времени срабатывания защиты (tс.з) и времени отключения выключателя (tQ):

tк.з = tс.з + tQ

Принято считать, что устройство защиты является быстродействующим, если время его срабатывания не превыша­ет 0,2 с. При этом, время отключения выключателя обычно не превышать 0,1 с.

 

Надежность 

Надежность определяет способность устройства релейной защиты функционировать с минимальным количеством отказов и ложных срабатываний, которые могут привести к усугублению аварий, в том числе развитию аварий системного характера.

Надежность устройства РЗА закладывается в процессе его разработки и производства и обеспечивается в дальнейшем при правильной наладке и эксплуатации.

www.i-mt.net

1.2 Основные требования к релейной защите

 

1)     Быстродействие.

Быстрое отключение релейной защиты уменьшает размеры повреждений, сохраняет нормальную работу потребителей неповрежденной части установки, предотвращает нарушение параллельной работы генераторов.

Современные устройства  релейной  защиты имеют время действия 0,020,1 с.

2)     Селективность.

Селективностью называют способность релейной защиты отключать только поврежденные элементы.

Требование селективности не должно исключать возможность действия других защит как резервных в случае отказа защит или выключателей смежных элементов.

Защиты, могущие по принципу действия работать в качестве резервных при КЗ на смежных участках называют защитами с абсолютной селективностью.

Защиты с абсолютной селективностью работают только при КЗ на защищаемом элементе.

3)     Чувствительность.

Защита должна обладать чувствительностью к тем видам повреждений и нарушений нормального режима, на которые она рассчитана, чтобы было обеспечено ее действие в начале возникновения повреждения.

Чувствительность защиты должна так же, как правило, обеспечивать ее действие на смежных участках. Такое действие защиты называется дальним резервированием смежного или следующего участка.

Чувствительность защит в большинстве случаев оценивается коэффициентом чувствительности. Это отношение минимального значения тока при металлическом КЗ в защищаемой зоне к установленному на защите параметру срабатывания.

4)     Надежность.

Защита должна безотказно действовать лишь в режимах, для которых она предназначена (надежность срабатывания) и не действовать в тех случаях, когда должна сработать другая защита (надежность несрабатывания).

1.3 Виды повреждений и ненормальных режимов работы сетей

 

Повреждения в электрической системе чаще всего возникают на линиях сетей. Повреждения в обмотках электрических машин, и особенно таких аппаратов, как трансформаторы и автотрансформаторы, бывают реже, иногда имеют специфический характер, обусловленный их выполнением (межвитковые КЗ) и могут привести к тяжелым последствиям.

При многофазных КЗ в поврежденных линиях протекают большие токи, которые должны отключаться релейной защитой.

Однофазные КЗ представляют для системы в целом также тяжелый вид повреждения, хотя и не такой опасный с точки зрения устойчивости и сохранения нагрузки, чем многофазные КЗ. Поэтому установка достаточно быстродействующей защиты от этого вида повреждения является также необходимой. Защита может действовать на отключение трех фаз или только одной поврежденной с последующим ее автоматическим повторным включением.

Однофазные КЗ характеризуются появлением симметричных составляющих всех последовательностей. Особенно эффективным оказывается использование для защиты от коротких замыканий на землю слагающих нулевой последовательности (независимость от рабочих токов, напряжений и т. п.)

При однофазном замыкании на землю в сетях с малым током замыкания на землю искажаются только фазные напряжения. Треугольник междуфазных напряжений остается неизменным. Поэтому к фазам нагрузки продолжают подводиться нормальные напряжения и бесперебойная работа потребителей не нарушается. Токи в месте пробоя имеют небольшие значения и быстро произвести большие нарушения не могут.

Таким образом, однофазные замыкания при правильно поддерживаемом режиме заземления нейтрали непосредственной опасности для потребителей и сети в целом не представляют. Поэтому защиту от замыкания на землю в рассматриваемых сетях выполняют обычно действующей только на сигнал. В наиболее простом виде – это устройства контроля изоляции, устанавливаемые на шинах питающих установок (например, на шинах низшего напряжения 6-10 кВ понизительных подстанций).

Режим не является опасным видом повреждения и допускается работа в течении двух часов.

В сетях с изолированной нейтралью опасным видом повреждения является двойное замыкание на землю. Требует немедленного отключения. Целесообразно автоматически отключать только одно место пробоя. При этом предполагается, что пробой во втором месте может самоликвидироваться или будет устранен обслуживающим персоналом.

Отключение одного места повреждения повышает надежность электроснабжения потребителей. Обеспечение отключения по возможности одного места повреждения (примерно в 2/3 случаев) осуществляется посредством двухфазного (а не трехфазного) исполнения защит.

Двойные замыкания на землю возникают обычно в местах с ослабленной изоляцией, в основном вследствие перенапряжений, появляющихся в системе при однофазных замыканиях на землю.

При отказе в работе части фаз автоматических выключателей (характерно для воздушных выключателей с пофазным приводом) может возникнуть разрыв фазы.

Разрыв фазы линии в отличие от КЗ непосредственной опасности для системы может не представлять и не требовать немедленной ликвидации, однако появляющиеся при этом составляющие токов и напряжений обратной и нулевой последовательности могут обусловить ряд нежелательных последствий. Поэтому разрыв фазы в ряде случаев было бы желательно автоматически селективно ликвидировать (так часто и удается делать, если разрыв сочетается с КЗ на том же участке).

Некоторые типы защит обратной и нулевой последовательности воспринимают появление несимметрии от разрыва подобно КЗ на том же участке и вне его. Если их срабатывание недопустимо, должны приниматься соответствующие меры.

Ненормальные режимы

1)       Перегрузки или КЗ, возникающие где-либо на других элементах системы, обуславливающие сверхтоки (то есть токи превышающие номинальные для данной линии).

Приводят к нагреву машин и аппаратов, оказывают термическое воздействие и ускоренный износ проводов. От сверхтоков, вызванных внешними КЗ, обычно используется защита, действующая как резервная в случаях отказа защит или выключателей поврежденного элемента. При сверхтоках перегрузки немедленного отключения не требуется. Необходима сигнализация.

2) Колебания напряжения и токов при качаниях и нарушениях синхронизма. Повышения или понижения напряжения.

Наиболее часто интенсивные качания возникают вследствие недостаточно быстрого отключения КЗ в системе. В наиболее тяжелых случаях возможно возникновение кратковременного или затяжного нарушения синхронизма.

Опасный режимы, контролируются устройствами автоматики.

3) Понижение частоты.

Опасный режим, контролируется устройством автоматики – автоматической частотной разгрузкой.

 

studfile.net

Требования, предъявляемые к релейной защите.

Релейная защита выполняется в виде автономных устройств, устанавливаемых на элементах энергосистемы. Устройства релейной защиты реагируют на к.з. и ненормальные режимы и действуют на отключение выключателей защищаемых элементов.

Релейная защита должна срабатывать при повреждениях в защищаемой зоне (при внутренних повреждениях) и не должна срабатывать при повреждениях вне защищаемой зоны (при внешних повреждениях), а также при отсутствии повреждений.

Защиты подразделяют на основные и резервные.

Основной называется защита, предназначенная для работы при всех или части видов к.з. в пределах всего защищаемого объекта со временем, срабатывания меньшим, чем у других установленных защит.

Резервной называется защита, предусматриваемая для работы вместо основной защиты данного объекта при её отказе или выводе из работы, а также вместо защит смежных элементов при их отказе или отказах выключателей смежных элементов.

Основные требования к защите от к.з.:

  1. Быстродействие.

Быстрое отключение повреждённого оборудования или участка электроустановки уменьшает размеры повреждений, сохраняет нормальную работу потребителей неповреждённой части установки, предотвращает нарушение параллельной работы генераторов, электростанций и энергосистемы в целом. Последнее условие является главным.

Допустимое время отключения к.з. по условию сохранения устойчивости зависит от ряда факторов, важнейшим из которых является величина остаточного напряжения на шинах электростанций и узловых подстанций энергосистемы. Чем меньше остаточное напряжение, тем хуже условия устойчивости, тем быстрее нужно отключать к.з. ПУЭ рекомендуют определять остаточное напряжение на шинах электростанций и узловых подстанций при трёхфазных к.з. в интересующей нас точке сети. Если остаточное напряжение получается меньше 60% номинального, то для сохранения устойчивости следует применять быстродействующую защиту.

Полное время отключения повреждения tоткл складывается из времени работы защиты tз и времени действия выключателя tв, разрывающего ток к.з. tоткл = tз + tв.

Современные устройства быстродействующей релейной защиты имеют время действия 0,02-0,1 с.

  1. Селективность или избирательность.

Селективностью называется способность защиты отключать при к.з. только поврежденный участок сети ближайшими к месту к.з. выключателями.

Так, при к.з. в точке К1 (рисунок 6) для правильной ликвидации аварии должна подействовать защита только на выключателе В1 и отключить этот выключатель. При этом остальная часть электрической установки останется в работе. Такое избирательное действие защиты называется селективным.

Рисунок 6 – Схема, поясняющая принцип селективности релейной защиты.

Если же при к.з. в точке К1 раньше защиты выключателя В1 подействует защита выключателя В4 и отключит этот выключатель, то ликвидация аварии будет неправильной, так как кроме повреждённого электродвигателя Д1, останется без напряжения неповрежденный электродвигатель Д2. Такое действие защиты называется неселективным.

Таким образом, селективность – это свойство защиты, обеспечивающее отключение при к.з. только повреждённого элемента системы.

В соответствии со способами обеспечения селективности при внешних к.з. различают две группы защит: с абсолютной селективностью и с относительной селективностью.

Абсолютную селективность имеют защиты, селективность которых при внешних к.з. обеспечивается их принципом действия, т.е. защита способна работать только при к.з. на защищаемом объекте. Поэтому защиты с абсолютной селективностью выполняются без выдержек времени.

Относительную селективность имеют защиты, на которые по принципу действия можно возложить функции резервных защит при к.з. на смежных элементах сети. С учётом этого такие защиты в общем случае должны выполняться с выдержками времени.

  1. Чувствительность.

Защита должна обладать такой чувствительностью в пределах установленной для неё зоны, чтобы обеспечивалось её действие в самом начале возникновения повреждения, чем сокращаются размеры повреждения оборудования в месте к.з.

Таким образом, чувствительность – это свойство защиты, обеспечивающее выявление повреждения электрооборудования в самом начале его возникновения.

Чувствительность защиты должна также обеспечивать её действие при повреждениях на смежных участках сети. Так, например, если при повреждении в токе К1 (рисунок 6) по какой-либо причине не отключается выключатель В1, то должна подействовать защита следующего к источнику питания выключателя В4 и отключить этот выключатель. Такое действие защиты называется дальним резервированием смежного или следующего участка.

Чувствительность защиты должна быть такой, чтобы она действовала при к.з. в конце установленной для неё зоны в минимальном режиме работы системы и при замыканиях через электрическую дугу.

Чувствительность защиты можно оценить коэффициентом чувствительности Кч. Для защит, реагирующих на ток к.з.

, где

Iк.min – минимальный ток к.з., Iс.з – ток срабатывания защиты.

  1. Надёжность.

Требование надёжности состоит в том, что защита должна правильно и безотказно действовать в пределах установленной для неё зоны и не должна работать неправильно в режимах, при которых её работа не предусматривалась.

Ненадёжная защита сама становится источником аварий.

При эксплуатации возможны следующие виды отказов в функционировании устройств релейной защиты:

  • отказы срабатывания при требуемом срабатывании;

  • излишние срабатывания при повреждениях в защищаемой зоне с требованием несрабатывания;

  • ложные срабатывания при отсутствии повреждений в защищаемой зоне.

Требование надёжности обеспечивается совершенством принципов защиты и конструкцией аппаратуры, простотой выполнения, а также уровнем эксплуатации.

Требования к релейной защите от ненормальных режимов:

Защиты от ненормальных режимов также должны обладать селективностью, достаточной чувствительностью и надёжностью. Но быстродействия у защит от ненормальных режимов, как правило, не требуется.

Ненормальные режимы часто носят кратковременный характер и самоликвидируются. Например, при кратковременных перегрузках при пуске асинхронного электродвигателя быстрое отключение не только не является необходимым, но и может причинить ущерб потребителям. Поэтому действие на отключение защит от ненормальных режимов должно производиться с выдержкой времени и только тогда, когда наступает опасность для защищаемого оборудования.

В случаях, когда устранение ненормального режима может произвести дежурный персонал электроустановки, защита от ненормальных режимов может выполняться с действием на предупредительный сигнал.

studfile.net

Основные требования, предъявляемые к релейной защите

К релейной защите предъявляются следующие основные требования:

· селективность;

· быстродействие;

· чувствительность;

· надежность.

1. Селективность или избирательность это способность релейной защиты выявлять место повреждения и отключать его только ближайшими к нему выключателями.

 

Рис. 2.1. Релейная защита радиальной цепи.

 

Селективное действие – это такое действие релейной защиты, при котором обеспечивается отключение только поврежденного элемента системы. Так, применительно к схеме радиальной сети, показанной на рисунке 2.1, требование селективности действия сводится к тому, чтобы при КЗ в точке К1 отключался только выключатель Q3, а при КЗ в точке К2 – выключатель Q2.

Обратимся к рис.2.2

При КЗ в точке К1(рис.2.2) для правильной ликвидации аварии должна подействовать защита на выключателе Q1и отключить этот выключатель. При этом остальная неповрежденная часть электрической установки останется в работе. Такое избирательное действие защиты называется селективным.

 

 

Если же при КЗ в точке К1раньше защиты выключателя Q1 подействует защита выключателя Q2и отключит этот выключатель, то ликвидация аварии будет неправильной, так как кроме поврежденного электродвигателя M1, останется без напряжения неповрежденный электродвигатель М2. Такое действие защиты называется неселективным.

Из рис.2.2 видно, что если при КЗ в точке K1 подействует неправильно защита выключателя Q3и отключит этот выключатель, то последствия такого неселективного действия будут еще более тяжелыми, так как без напряжения останутся оба неповрежденных электродвигателя М2 и МЗ. В технике релейной защиты принято называть предыдущая (нижестоящая) и последующая (вышестоящая) защиты на смежных линиях. Так на рис.2.2 у выключателя Q1 установлена предыдущая защита, а у выключателя Q2 – последующая. Нумерацию защит начинают от самой удаленной от источника питания защиты.

Рассмотренный пример показывает, что выполнение требования селективности имеет первостепенное значение для обеспечения правильной ликвидации аварий.

Применяется несколько способов обеспечения селективности.

Селективность по принципу действия. Различают релейные защиты с абсолютной и относительной селективностью.

Релейные защиты с абсолютной селективностью в соответствии с принципом их действия срабатывают только при повреждениях на защищаемом элементе. Поэтому они выполняются без выдержек времени. Например, газовая (ГЗ) или дифференциальная защиты трансформатора (ДЗТ). ДЗТ принципиально не срабатывает при КЗ вне зоны действия (например - зона действия дифференциальной защиты ограничивается местом установки питающих ее трансформаторов тока).

Релейные защиты с относительной селективностью. Относительная селективностьдостигаетсяотстройкой по времени от смежных комплектов защит.Защиты с относительной селективностью могут работать в качестве резервных защит при КЗ на смежных элементах. (например - максимальная токовая защита (МТЗ)). Такие защиты обычно выполняются с выдержкой времени

Селективность по чувствительности. Ток, напряжение или сопротивление срабатывания выбирается таким образом, чтобы последующая защита не действовала при КЗ на смежной линии или за трансформатором. Для этого, например токовая отсечка, отстраивается от токов КЗ в конце линии или за трансформатором и, следовательно, обладаетселективностью по чувствительности.

Селективность по времени.Выдержка времени каждой последующей защиты, например, максимальной токовой защиты, выбирается на ступень селективности больше предыдущей защиты. Поэтому последующая защита не успевает сработать, так как ее опережает предыдущая защита линии при КЗ на ней. Этот принцип наиболее прост, однако имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что выдержка времени растет по мере приближения точки КЗ к источнику питания. Величина ступени селективности определяется точностью реле времени защиты, быстродействием примененного выключателя и для электромеханических защит составляет 0,5 с, а для современных микропроцессорных защит – 0.2…0.3 с.

Логическая селективностьприменяется в том случае если смежные, как в предыдущем примере, защиты объединены линией связи. При этом последующая защита сработает без выдержки времени (быстродействующая ступень) при условии, что не запустилась предыдущая защита. Пуск предыдущей защиты свидетельствует о том, что КЗ произошло на смежной линии и последующая защита переводится в режим временной селективности, т.е. она сработает, если откажет предыдущая защита или ее выключатель. Логическую селективность целесообразно применять на коротких линиях и при использовании цифровых реле, у которых есть специальный вход «логического ожидания».

2. Быстродействие- это свойство релейной защиты отключать повреждение с минимально возможной выдержкой времени, т.к. быстрое отключение поврежденного оборудования или участка электрической установки предотвращает или уменьшает размеры повреждений, сохраняет нормальную работу потребителей неповрежденной части установки, предотвращает нарушение параллельной работы генераторов. Длительное протекание тока КЗ может привести к повреждению неповрежденных участков оборудования, линий, трансформаторов, по которым протекает ток КЗ вследствие термического перегрева оборудования. Допустимое время протекания тока через оборудование, не вызывающее его повреждения, указывается в ГОСТах на оборудование и находится в обратно-пропорциональной зависимости от величины тока КЗ.

Быстродействие необходимо по следующим соображениям:

1. При КЗ мощность, отдаваемая генераторами станции, вблизи которой произошло КЗ, резко снижается. В результате скорость вращения генераторов возрастает. Если КЗ отключается защитой, имеющей выдержку времени, то к моменту его отключения генераторы этой станции выйдут из синхронизма, то есть генераторы потеряют устойчивость.

2. КЗ в любом элементе системы приводит к понижению напряжения, снижению вращающего момента СД и АД и их торможение. При быстром отключении КЗ двигателя немедленно возвращаются к нормальному режиму, их торможение не является опасным и не нарушает механического процесса, а в ряде случаев остается совершенно незаметным. Отключение КЗ с выдержкой времени может привести к их полной остановке и нарушению технологического процесса.

3. Быстрое отключение КЗ уменьшает размеры разрушение изоляции и токоведущих частей токами КЗ в месте повреждения, уменьшает вероятность несчастных случаев.



4. Ускорение отключения повреждений повышает эффективность АПВ и АВР, так как чем меньшие разрушения в месте КЗ, тем выше вероятность успешного действия автоматики.

Быстрота отключения ограничивается собственными временами действия релейной защиты и выключателя, а так же условиями обеспечения селективной работы релейной защиты. В общем случае время отключения равно:

,

где – собственное время релейной защиты; – выдержка времени, установленная на защите; – собственное время выключателя, т.е. время от подачи импульса на катушку отключения до момента начала расхождения дугогасительных контактов выключателя; – время горения дуги; – полное время отключения выключателя.

Для защит, действующих без выдержки времени, в зависимости от типов реле и выключателей время отключения оказывается равным

Таким образом, при существующих типах реле и выключателей нижний предел времени отключения КЗ может составлять 3…12 периодов тока частотой 50 Гц.

Для обеспечения устойчивости параллельной работы генераторы, трансформаторы, линии электропередачи, по которым осуществляется параллельная работа и все другие части электрической установки или электрической сети должны оснащаться быстродействующей релейной защитой, время действия которой не должно превышать 0,1 с, а для линий сверхвысокого напряжения – не более 0,02 с.

3. Чувствительность - это свойство защиты надежно срабатывать при КЗ в конце защищаемого участка в минимальном режиме работы системы.

Защита должна обладать такой чувствительностью к тем видам повреждений и нарушений нормального режима работы в данной электроустановке или электрической сети, на которые она рассчитана, чтобы было обеспечено ее действие в начале возникновения повреждения. Чувствительность защиты должна также обеспечивать ее действие при повреждениях на смежных участках. Так, например, если при повреждении в точке K1 (рис.2.2) по какой-либо причине не отключится выключатель Q1, то должна подействовать защита следующего к источнику питания выключателя Q2и отключить этот выключатель. Такое действие защиты называется дальним резервированием смежного участка.

Чувствительность защиты оценивается коэффициентом чувствительности (Кч), определяемым как отношение минимального значения контролируемой величины при КЗ в конце защищаемого участка к уставке защиты. Коэффициенты чувствительности нормируются ПУЭ и минимальная их величина составляет при КЗ в защищаемой зоне Кч=1,5, в зоне резервирования – Кч=1,2, для быстродействующих дифференциальных защит Кч=2.

Коэффициент чувствительности учитывает погрешности реле, погрешности расчета параметров срабатывания РЗ, влияние переходного сопротивления и электрической дуги в месте КЗ.

4. Надежность – это свойство защиты гарантированно выполнять свои функции на протяжении всего периода эксплуатации. Защита должна правильно и безотказно действовать на отключение выключателей оборудования при всех его повреждениях и нарушениях нормального режима работы и не действовать в нормальных условиях, а также при таких повреждениях и нарушениях нормального режима работы, при которых действие данной защиты не предусмотрено. Требование надежности обеспечивается совершенством принципов защиты и конструкций аппаратуры, добротностью деталей, простотой выполнения, а также уровнем эксплуатации.

Требуемое состояние устройств защиты поддерживается плановыми проверками релейной защиты, при которых необходимо выявить и устранить возникшие дефекты. У современных микропроцессорных устройств защиты существуют встроенные системы автоматической и тестовой проверки, которые позволяют быстро выявить появившиеся неисправности и тем самым предотвратить отказ или неправильную работу защиты. Глубина таких проверок может быть большой, но не 100%.Поэтому наличие тестовых проверок или автоматического контроля не исключает необходимости плановых проверок, но существенно уменьшают их частоту и объем проведения.


poznayka.org

2. Основные требования, предъявляемые к релейной защите и автоматике

Релейная защита и автоматика должны удовлетворять ряду тре­бований, основными из которых являются: селективность, чувстви­тельность, быстродействие, надежность.

Под селективностью понимается свойство релейной защиты, действующей на отключение, избирать поврежденный участок и отключать только его. Для релейной защиты, действующей на сиг­нал, под селективностью понимается способность однозначно ука­зывать место возникновения ненормального режима и конкретный элемент системы электроснабжения, требующий вмешательства пер­сонала.

Понятие селективности присуще также устройствам автоматики, например, устройствам, действующим на отключение элементов.

Под чувствительностью релейной защиты понимается ее способность реагировать на возможные повреждения в минималь­ных режимах системы электроснабжения, когда изменение воздей­ствующей величины (величина, на которую реагирует защита) бу­дет минимальным. Обычно стремятся сделать защиту возможно более чувствительной, сохраняя, однако, ее селективность. Это тре­бование и ставит практический предел возможной чувствительнос­ти защиты.

Чувствительность защиты оценивается коэффициентом чувстви­тельности. Он регламентирует отношение между значением воздей­ствующей величины при повреждении в защищаемой зоне и уста­новленным на защите значением параметра ее срабатывания.

Чувствительность - одно из основных требований, предъявляе­мых к устройствам автоматики. Высокой чувствительностью дол­жны обладать, например, автоматические регуляторы возбуждения (АРВ) и автоматические регуляторы частоты (АРЧ), реагирующие на изменения напряжения и частоты в системе.

Быстродействие защиты необходимо в большинстве слу­чаев по следующим соображениям.

1. При КЗ мощность, отдаваемая генераторами станций, вблизи которых произошло КЗ, резко снижается. В результате скорость вращения генераторов возрастает. Если КЗ отключается защитой, имеющей выдержку времени, то к моменту его отключения генера­торы этой станции выйдут из синхронизма по отношению к другим станциям. Быстрое отключение КЗ может предотвратить наруше­ние синхронизма, представляющее собой наиболее тяжелую аварию в системе.

2. КЗ в любом элементе системы приводит к понижению напря­жения, снижению вращающего момента синхронных и асинхрон­ных двигателей и их торможению. При быстром отключении КЗ двигатели немедленно возвращаются к нормальному режиму, их торможение не является опасным. Отключение КЗ с выдержкой вре­мени может привести к полной остановке и необходимости отклю­чения синхронных и некоторых асинхронных двигателей.

3. Быстрое отключение КЗ уменьшает размеры нарушения изо­ляции и токоведущих частей в месте повреждения, уменьшает веро­ятность несчастных случаев.

4. Ускорение отключения повреждений повышает эффективность АПВ и АВР, так как чем меньше разрушения в месте КЗ, тем мень­ше вероятность успешного действия автоматики.

Время отключения повреждения складывается из времени дей­ствия защиты и времени действия выключателя. Следовательно, для ускорения отключения повреждений необходима не только быст­родействующая защита, но и быстродействующие выключатели. Защиты, действующие со временем, не большим 0,1...0,2 с, считаются быстродействующими. Время отключения наиболее распрос­траненных выключателей не превышает 0,06... 0,15 с.

Для повышения надежности электроснабжения недостаточно только быстрого отключения поврежденного элемента, необходи­мо также быстро включить этот элемент повторно в работу или за­менить его резервным. Таким образом, быстродействием должны обладать также устройства АПВ и АВР.

Применительно к релейной защите и автоматике под надеж­ностью понимают свойство этих устройств выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени.

Для обеспечения надежности релейная защита и автоматика дол­жны выполняться при помощи высококачественных и надежно ра­ботающих реле и других элементов. Их монтаж должен быть на­дежным, т. е. таким, при котором исключается обрыв проводов, замыкание между ними, ложное срабатывание от механических со­трясений и др. Существенное значение для надежности имеет пра­вильная эксплуатация защиты и автоматики. Состояние всех уст­ройств защиты и автоматики должно периодически проверяться. Так как каждый элемент может оказаться неисправным, то надеж­ность защиты и автоматики тем выше, чем меньшее число элемен­тов они содержат. Особенно важно уменьшение числа наименее надежных элементов, которыми являются контакты реле. Поэтому для увеличения надежности устройства следует стремиться к его упрощению. Существенное повышение надежности устройств ре­лейной защиты и автоматики может быть достигнуто применением бесконтактных элементов.

studfile.net

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *