Релейная защита

Релейная защита – система защиты цепей и потребителей от перегрузок и выхода из строя путём использования разнообразных реле. Согласно классификации рассматриваемый предмет входит в состав электрической автоматики, разгружая рабочий персонал, сберегая человеко-часы.

Основные определения

Повреждениями принято называть мелкие неполадки, не сопровождающиеся крахом системы, но вызывающие утечки тока и, как следствие, понижение напряжения. Одновременно растёт потребление. Повышенный ток вызывает перегрев отдельных частей сети, что способно стать причиной серьёзной аварии. Пониженное напряжение служит лимитирующим фактором, провоцируя отключение потребителей, нарушая график работы системы.

Ненормальные режимы сопровождаются описанными симптомами, когда параметры цепи покидают допустимый нормативными требованиями, инструкциями диапазон. Каждый случай вызывает отказ части системы, провоцируя отклонения и сбои. Ненормальный режим становится причиной повреждения, хотя непосредственно не признаётся состоянием поломки или выхода из строя чего-либо.

Система защиты

Система защиты

Часто работоспособность системы восстанавливается изоляцией сломавшейся части цепи, уберегая прочих абонентов от непредусмотренных инструкциями по эксплуатации условиями. Локализуя место короткого замыкания, релейная защита сберегает энергию, одновременно сигнализируя техническому персоналу о необходимости починки оборудования. Действенным методом профилактики становится приведение параметра в норму. Релейная защита предоставит регулировку системы, подстроит напряжение, ток, возвращая работоспособность.

Недостаток плавких предохранителей, применявшихся прежде, очевиден: приходится терпеливо ждать начала функционирования системы. Реле по мере исчезновения деструктивных факторов самостоятельно налаживает работу оборудования, легко возвращая исходное состояние. Такая защита отличается неустанным вниманием к объекту охрану, напрочь исключается человеческий фактор. Вторым преимуществом становится скорость – аппаратура мгновенно выводится из зоны опасности.

Исполнительным элементом системы считаются силовые контакторы. Реле, управляя ключами, формируют правильное распределение энергии между абонентами. Защита, как правило, действует совместно с автоматами:

  1. Повторного включения (АПВ).
  2. Частотной разгрузки (АЧР).
  3. Резервного оборудования и электроснабжения (АВР).

Зачем защищать оборудование

Самым частым повреждением становится короткое замыкание фаз между собой либо на землю. Реже замыкаются витки катушки трансформатора или двигателя, чем вызывается резкий перегрев участка, вдобавок уплывают от номинала параметры. Это описывается термином нарушение изоляции. Причинами становятся:

  • Старение, к примеру деполимеризация кембрика.
  • Превышение параметров сети над предельно допустимыми.
  • Механические факторы, включая признаки деформации.
  • Эксплуатационные ошибки персонала.
  • Конструктивное несовершенство оборудования либо некачественная сборка.

Перечисленные факторы становятся причиной ненормального состояния либо повреждений. Короткие замыкания часто рассматриваются в литературе, считаются опаснейшими поломками. Эта неисправность часто сопровождается понижением напряжения, что представляет отдельную опасность в трёхфазных цепях, потенциально становясь предпосылкой выхода оборудования из строя. Особенно это касается компрессоров. Наиболее сильно напряжение снижается в точке короткого замыкания, по мере удаления от локализации аварии параметр восстанавливает значение.

Мощные подстанции настолько суровы, что способны не заметить короткого замыкания. Одновременно поставщик энергии несёт серьёзных потери, а посторонние люди и обслуживающий персонал подвергаются опасности. Известна статистика гибели ремонтников ЛЭП и рядовых граждан, случайно оказавшихся на месте происшествия. Погибает периодически рогатый скот. Главную опасность в последнем случае представляет шаговое напряжение. Небезобиден случай короткого замыкания и для подстанции: трансформаторы начинают функционировать в невыгодном режиме.

Крайне невыгодным случаем становится возникновение электрической дуги. Причём для человека и оборудования. Тогда короткое замыкание вызывает ожоги и порождает очаги возгорания. Что касается проседания напряжения, негативный эффект губительно влияет на работу асинхронных двигателей. Момент движения вала зависит от квадрата напряжения, что сильно повышает чувствительность оборудования. Дёрганые режимы, сопровождающиеся постоянным изменением вольтажа, невыгодны при эксплуатации.

Пониженное напряжение вызывает снижение скорости вращения вала асинхронных двигателей. Из-за этого величина скольжения способна превзойти критическую. Работа двигателя станет неустойчивой. Срыв оборотов и полный останов сопровождаются возрастанием потребления реактивной мощности. Дефицит её в сети лавинообразно снижает вольтаж, усугубляя уже невыгодную для оборудования ситуацию. Аварии такого рода надолго лишают потребителей снабжения энергией.

Снижение напряжения в одной ветке трёхфазной сети нарушают работу параллельно включённых генераторов — изменяется направление тока. Как результат, генераторы отключаются. При снижении напряжения до нуля падает момент противодействия вращению вала турбины. Результатом становится резкое повышение оборотов. Регулятор, обладающий большой инерцией, не справится с задачей поддержания заданной скорости. Учитывая размеры крыльчатки, ожидаются варианты неприятных последствий. По указанной причине генератор отключается без уведомления потребителей.

Наконец, падающая вода ГЭС либо поток пара на ТЭС поступают с прежней скоростью. Да, присутствуют регулирующие заслонки, но они характеризуются большой инерцией. Следовательно, полагается отключать оборудование, пока не произошло аварии. Одновременно регулировка скорости не приведёт гарантированно к восстановлению работоспособности системы: потребитель все равно недополучит напряжение. Логичным решением видится отключение уязвлённой цепи от источника питания. Так удастся сохранить вольтаж для части абонентов.

Параллельно работающий генератор, если находится далеко от места аварии, не чувствует падения напряжения. Однако короткое замыкание существенно перегружает сеть, и в одиночестве источник не справится. Это выразится в том, что от непомерного веса потребителей вал станет замедляться. Гарантированно нарушается синхронность работы параллельно включённых генераторов. Рассинхронизация скорости вращения валов станет причиной срыва частоты 50 Гц, к которой ГОСТ 13109 предъявляет особые требования.

Набор реле

Набор реле

Ненормальные режимы

Реле работают на пару с автоматикой. Конструктивные особенности защитного оборудования тесно связаны со спецификой проявления ненормальных режимов:

  1. Перегрузка по току приводит к перегреву электрической изоляции кабелей и проводки, вызывает повышенное искрение. В этом случае оборудование срочно разгружается, часто требуется полный останов. Пример: кухонная мясорубка. При попадании в нож кости потребляемый ток резко растёт, вал заклинивает. Решение: немедленно выключить питание, избавиться от фактора, противодействующего вращению двигателя.
  2. Повышенный вольтаж. Увеличение напряжения лишь на 10% снижало срок службы лампочек накала вдвое. Этот симптом отмечается при резкой разгрузке сети. К примеру, когда напряжение на выводах генератора падает. В ответ вал увеличивает скорость под напором воды, пара или газа. Регулирующие заслонки затворяются, передавая наружу меньше мощности. Но из-за инерционности механизма вызывается кратковременная перегрузка по напряжению. При помощи реле в этом случае рекомендуется понизить ток возбуждения генератора.
  3. Снижение частоты, как показано выше, возникает при резкой перегрузке генераторов. Чаще происходит при коротком замыкании в цепи либо выводу из работы части источников питания (чем повышается удельный вес каждого в сети). Решение: включить срочно резервный генератор либо отсоединить часть потребителей.

Требования к релейной защите

Селективность

Система обязана локализовать неполадку до критического повреждения оборудования. Это качество характеризуется избирательностью системы или селективностью. Чем большее число различного типа датчиков, чем предусмотрительнее инженерный состав их расставил, тем больше вероятности, что лишь малая часть цепи окажется выведена из работы.

Особенно важным качеством это становится для защиты электростанций и подстанций. В указанном месте происходит ветвление цепи. И каждое направление содержит массу потребителей. Если отключить всех, ситуация примет характер аварии: потеря прибыли поставщика и абонентов. Торговые точки, магазины, кабинеты оказания услуг населения лишатся в этот день клиентов.

Чувствительность

На мощных линиях авария порой проходит незаметно. Ущерб составит значительную сумму. Пострадают и потребители. Следовательно, хорошая релейная защита призвана обеспечивать необходимую чувствительность, чтобы вовремя пресечь неприятные последствия.

Быстродействие

Чем быстрее действуют цепи реле, тем быстрее устраняется опасность. В масштабах системы это приобретает огромное значение. Станки не остановятся, транспорт продолжит движение. Для каждой системы быстродействие выбирается, исходя из наличествующих условий. К примеру, главенствующим фактором оказывается послеаварийная величина напряжения. Чем меньше остаток, тем быстрее полагается отключать абонентов.

С этой точки зрения максимально опасным считается короткое замыкание по двум или по всем трём фазам, если нейтраль глухо заземлена. В упомянутых случаях напряжение снижается максимально, а ток через кабель достигает ощутимых размеров. Реле, соответственно, призваны ответить на нештатную ситуацию скорейшим срабатыванием.

Вторым параметром считается общий вольтаж цепи:

  1. От 6 до 10 кВ – время отключения 1,5…3 сек.
  2. От 110 до 220 кВ – время отключения 1,15…0,3 сек.
  3. От 300 до 500 кВ – время отключения 0,1…0,12 сек.

Что касается бытовой техники, она обычно через реле не защищается, вместо этого применяются автоматы и предохранители. Скорость срабатывания достаточно высока. Особенно у дифференциальных автоматов. Критерием достаточности скорости отключения цепи служит остаточное напряжение. Оно находится, разумеется, не натурным экспериментом, а расчётами.

Согласно ПУЭ требуется определить остаточное напряжение (после аварии в виде короткого замыкания) на выходах шин всех питающих линий: трансформаторы, генераторы, подстанции. Если цифра выходит менее 60% от номинала, полагается немедленно отключить цепь. Время отключения складывается из перечня элементов:

  1. Скорость срабатывания выключателя (типичные значения находятся в справочниках).
  2. Быстродействие цепи релейной защиты.

Соответственно, по имеющимся требованиям, перечисленным выше, и известной скорости срабатывания выключателя определяют быстродействие цепи релейной защиты. В дальнейшем параметр требуется предоставить, правильным образом подбирая оборудование. Защита, срабатывающая менее чем за 0,2 сек, считается быстродействующей. Но современные системы показывают минимум на порядок лучшие параметры, мгновенно вырубая питание.