Что такое релейная защита: Релейная защита: определение, функции и принципы работы

Релейная защита: определение, функции и принципы работы

Определение понятия Релейная защита

Релейная защита (РЗ) — это важнейший вид электрической автоматики, которая необходима для обеспечения бесперебойной работы энергосистемы, предотвращении повреждения силового оборудования, либо минимизации последствий при повреждениях. РЗ представляет собой комплекс автоматических устройств, которые при аварийной ситуации выявляют неисправный участок и отключают данный элемент от энергосистемы.

Во время работы РЗ постоянно контролирует защищаемые элементы, чтобы своевременно зафиксировать возникшее повреждение (или отклонение в работе энергосистемы) и должным образом отреагировать на случившееся.

При аварийных ситуациях релейная защита должна выявить и выделить неисправный участок, воздействуя на силовые коммутационные аппараты, предназначенные для размыкания токов повреждения (короткого замыкания, замыкания на землю и т.д.).

Релейная защита сопряжена с иными видами электрической автоматики, которые позволяют сохранять бесперебойную работы энергосистемы и электроснабжения потребителей.

На данный момент отрасль релейной защиты активно развивается и расширяется, уже сейчас используется микропроцессорная аппаратура и компьютерные программы не только для защиты, но и для комплексного управления оборудованием и системой в целом.

Функции релейной защиты

Главной задачей устройств РЗ является выявление ненормальных и аварийных режимов работы первичного (силового) оборудования, а именно фиксация следующих видов повреждений:

• перегрузка электрооборудования;
• двух и трех-фазных короткие замыкания;
• замыкания на землю, включая двух и трех-фазные;
• внутренние повреждения в обмотках двигателей, генераторов и трансформаторов;
• защита от затянувшегося пуска;
• асинхронный режим работы синхронных двигателей.

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.
 

Принципы построения схемы защитных устройств

Несмотря на то, что в данный момент рынок предлагает большое количество разнообразных устройств РЗ, базовый алгоритм процессов остается прежним, только модернизируется для каждого конкретного случая. Основные функции защиты демонстрирует структурная схема.

Более подробно ознакомиться со структурной схемой защит и другими органами РЗ можно в нашей статье Основные органы релейной защиты.

Шкафы РЗА

Современные микропроцессорные устройства РЗА выполняют не только свою прямые задачи защиты, но и другие смежные функции. Таким образом, сегодня большое количество устройств можно укомплектовать в одном шкафу, что значительно упрощает монтаж оборудования, непосредственную эксплуатацию, а также значительно освобождает пространство.

Типовые шкафы защиты имеют еще ряд дополнительных преимуществ: так как шкафы выполняются по стандартным схемам, проверенным в эксплуатации, вероятность ошибок в работе значительно снижается, а удобство в наладке и монтаже возрастает. Узнайте еще больше о РЗА и типовых решениях на нашем сайте.

 

Устройства релейной защиты и автоматики

Релейная защита энергетических систем, функции и требования

Релейная защита энергетических систем (РЗиА) является одним из важнейших элементов электроэнергетической системы. Устройства РЗА применяются для всех уровней напряжения от 0,4 до 1150 кВ, не только в системах электроснабжения предприятий, электрических станциях и подстанциях, распределительных электрических сетях, но и в коммунально-бытовом секторе, ведь самыми простыми устройствам защиты являются автоматические выключатели, которые есть в каждом доме.

К основным задачам релейной защиты энергетических систем относят:

• отключение участка сети или электротехнического оборудования при коротком замыкании или обрыве проводников;
• отключение участка сети или силового оборудования при возникновении режима, развитие которого вызывает повреждение;
• сигнализация о возникновении параметров сети, которые отклоняются от нормального рабочего режима и могут вызвать поломки при длительном протекании.

То бишь устройства релейной защиты и автоматики помогают предотвратить или локализовать аварии силового оборудования генерирующих компаний, распределительных сетей и конечного потребителя, тем самым помогая избежать существенные финансовые затраты на его ремонт или замену.

Для корректного выполнения указанных функций к устройствам релейной защиты автоматики предъявляются следующие требования:

1. Быстродействие – определение и локализация повреждения с минимально возможным временем.
2. Надежность – срабатывание устройства защиты при возникновении повреждения на защищаемом участке и несрабатывание при отсутствии условий для отключения.
3. Чувствительность – свойство релейной защиты отключать все виды повреждений на защищаемом участке.
4. Селективность (избирательность) – срабатывание устройства релейной защиты и автоматики при повреждении на защищаемом участке и несрабатывание при неисправностях на смежных участках сети.

Таким образом, основной задачей при проектировании релейной защиты, от отдельных устройств до систем РЗА электроэнергетических объектов, является выбор оптимального сочетания принципов определения повреждений в сети и элементов защиты для удовлетворения указанным требованиям с максимальной эффективностью и минимальными затратами.

Устройства релейной защиты и автоматики, классификация

Устройства релейной защиты в первую очередь разделяют по роду величины, на изменение которой УРЗА должны реагировать. Самые простые из них используют измеренные ток, напряжение, частоту. Помимо непосредственно измеренных для определения повреждений могут использоваться расчетные величины, такие как сопротивление или мощность, токи и напряжения прямой, обратной, нулевой последовательности, гармонические составляющие, углы между токами и напряжениями и пр. Также современная техника позволяет осуществить функции РЗ, реагирующие на скорость изменения измеренных или расчетных параметров, что позволяет, например, отличить короткое замыкание в сети от качаний по скорости изменения сопротивления сети.

Во вторую очередь функции устройств релейной защиты и автоматики разделяют по принципу действия на максимальные – реагирующие на возрастание значения заданного критерия, и минимальные – действующие, соответственно, при снижении величины, свидетельствующем о повреждении. Например, максимальные токовые защиты (МТЗ) и защиты минимального напряжения (ЗМН).

По назначению защиты разделяют в зависимости от порядка действия при коротком замыкании.

Основными являются защиты, реагирующие на КЗ в первую очередь, они имеют минимальное время срабатывания и имеют зону действия, полностью охватывающую элемент сети (трансформатор, ЛЭП). Как правило, на ответственных участках в качестве основных используют защиты с абсолютной селективностью.

Соответственно, резервные защиты отключат повреждение участка сети или оборудования при отказе основных защит или выключателя с большим временем срабатывания. Такие защиты также разделяют на устройства ближнего и дальнего резервирования. Ближнее резервирование обеспечивается за счет установки резервного комплекта защит вместе с основным, отключения поврежденного оборудования при внутреннем КЗ. Тот же комплект РЗА осуществляет функцию дальнего резервирования теми ступенями защиты, зона действия которых охватывает смежные участки сети.

В качестве примера приведем типовой комплект защит ВЛ-110 кВ, где в качестве основной защиты устанавливается дифференциальная защита линии (ДЗЛ) или дифференциально-фазная защита (ДФЗ) с абсолютной селективностью, ближнее резервирование реализуется первыми ступенями комплекта ступенчатых защит (КСЗ), более чувствительные ступени которого выполняют дальнее резервирование.

Кроме того, иногда применяется термин дополнительная защита — это устройства РЗ частично дублирующие функции основной защиты, как правило, выполняются на другом принципе и действуют одновременно с основной защитой. Например, газовая защита трансформатора, отключающая повреждения внутри бака трансформатора при снижении уровня или интенсивном движении масла в расширителе.

Релейная защита. Виды и устройство. Работа и особенности

Согласно правилам эксплуатации электроустановок силовые устройства электрических сетей и электростанций должны быть обеспечены защитой от сбоев в эксплуатации и токов короткого замыкания. Средствами защиты являются специальные устройства, выполненные на основе реле, что оправдывает их название релейная защита и автоматика (РЗА). В настоящее время существует много различных устройств, способных в короткие сроки блокировать возникшую аварию в электрической сети, либо подать предупредительный сигнал о возникновении аварийного режима.

Виды релейной защиты

Релейная защита работает чаще всего совместно с автоматикой, и их устройство взаимосвязано со специфическими видами аварийных режимов сети:

• Уменьшение частоты тока, возникающей при внезапной перегрузке генераторов вследствие короткого замыкания, либо отключения части других источников из сети.
• Повышенное напряжение. Увеличение этого параметра на 10% уменьшает срок службы ламп освещения в два раза. Такой режим возникает при внезапной разгрузке сети.
• Токовая перегрузка способствует излишнему нагреванию изоляции проводников и кабелей, создает искрообразование в контактных соединениях.

Реле классифицируются по определенным признакам:

• Методу подключения: первичные, которые подключаются непосредственно в цепь устройства, и вторичные, которые подключаются посредством трансформатора.
• Типу исполнения: электромеханические, состоящие из подвижных контактов, отключающих цепь, и электронные, обесточивающие цепь с использованием полупроводниковых элементов.
• Назначению: измерительные, которые выполняют измерение параметров, и логические, которые подают сигналы и команды другим устройствам, выполняют задержку по времени.
• Методу работы: прямого действия, которые связаны с устройством отключения механическим путем, и косвенного действия, которые управляют электрической цепью электромагнита, обесточивающего сеть питания.

Релейная защита и автоматика бывают различных видов:

• Максимальная токовая защита, включается при достижении определенной величины тока, заданной при настройке.
• Направленная наибольшая токовая защита, кроме настройки тока учитывает направление мощности.
• Дифференциальная, применяется для защиты сборки генераторов, трансформаторов, шин путем сравнения величин токов на выходе и входе. При разнице, превышающей заданное значение, срабатывает релейная защита.
• Газовая и струйная, применяется для обесточивания трансформатора и других устройств, работающих в емкостях с маслом. При возникновении неисправностей образуется повышенная температура, и из масла выделяются газы, снижается диэлектрическое свойство масла и разлагается его химический состав. На такие аварийные режимы срабатывают механические реле, которые действуют с учетом возникновения газа в емкости, а также веществ, образующихся при разложении масла. При срабатывании защиты подается команда на действие логической схемы.
• Логическая, защищает шины, применяется для определения места короткого замыкания на питающих линиях, которые отходят от шин электростанции, и на шинах.
• Дистанционная, имеющая блокировку по оптическому каналу, является более надежным способом защиты, в отличие от дистанционной защиты с ВЧ блокировкой, так как электрические помехи не оказывают большого влияния на оптический канал.

• Дистанционная с ВЧ блокировкой, применяется для обесточивания воздушных линий при возникновении коротких замыканий.

• Удаленная защита используется в сложных схемах сетей, где из-за чувствительности и быстродействия не могут применяться простые виды защит. Защита выявляет расстояние до места аварии или короткого замыкания, и в зависимости от расстояния срабатывает с большей или меньшей задержкой по времени. Современные новые системы защит обладают ступенчатыми свойствами времени. Они каждый раз не измеряют величину сопротивления для определения расстояния до аварийного участка, а только осуществляют контроль участка, на котором выявлена неисправность.
• Дифференциально-фазная, используется для контроля фаз по концам линии питания. При превышении настроенного значения тока, реле обесточивает линию.
• Защита минимального напряжения. В аварийных режимах, особенно при коротком замыкании, возможна просадка напряжения. Для обеспечения отключения электрооборудования при снижении напряжения ниже критического значения предназначена защита минимального напряжения. Такая защита в свою очередь делится на групповую и индивидуальную.
  — Групповая защита отключает группу потребителей с помощью реле минимального напряжения. Которое работает совместно с промежуточным реле, отключающим своими силовыми контактами целую группу потребителей нагрузки. Такая релейная защита используется чаще всего на электростанциях для создания надежности функционирования наиболее ответственного оборудования при кратковременном резком снижении напряжения. Она отключает на время падения напряжения менее ответственное оборудование, для создания более благоприятных условий ответственных электрических устройств.
  — Индивидуальная защита работает аналогичным образом, но отключает только один потребитель.
• Защита максимального напряжения. Имеется два вида реле, защищающих потребители от повышенного напряжения. Первый вид – это защита, действующая по принципу отвода удара молнии по молниеотводу на контур заземления. Второй вид – это устройства, компенсирующие энергию рассеянным теплом во внешнюю среду. Они не применяют релейную основу, а действуют сразу в силовой схеме. Защита максимального напряжения проектируется по принципу минимальных, с такими же измерительными элементами. Реле настраивается на срабатывание по уставке повышения напряжения, превосходящей некоторый допустимый предел напряжения эксплуатации цепи.

Некоторые виды автоматики предназначены для подачи электроэнергии, в отличие от релейной защиты:

• Автоматическая частотная разгрузка, выключает электрические устройства при снижении частоты тока в сети.
• Автоматическое повторное включение, используется на линиях электропередач выше 1000 вольт, а также в сборках трансформаторов, электродвигателей и шин подстанций.
• Автоматический ввод резерва, применяется при коммутации генератора в сеть в качестве резервного источника питания электроэнергией.

Устройство

Электромеханические конструкции релейной защиты постоянно модернизируются и совершенствуются. Внедряются инновационные технологические разработки и проекты. В новейших энергетических системах объединены статические, индукционные, электромагнитные устройства с микропроцессорными и полупроводниковыми элементами.

Однако основной смысл и порядок работы релейной защиты для всех новых устройств остается неизменным. Схема структуры релейной защиты показана на рисунке.

1 — Электрический сигнал
2 — Блок наблюдения электрических процессов
3 — Блок логики и анализа
4 — Исполнительный блок
5 — Сигнальный блок

Блок наблюдения

Главной функцией этого блока является мониторинг электрических процессов, происходящих в электрической системе, путем измерений такими устройствами, как трансформаторы напряжения и тока.

Сигналы выхода на блоке могут передаваться непосредственно логическому блоку для сравнения параметров с настроенными пользователем значениями отклонений от нормальных значений, которые называются уставками. Также сигналы блока наблюдения могут сначала преобразовываться в цифровой вид, а затем передаваться дальше.

Блок логики

В этом блоке выполняется сравнение поступивших сигналов с предельными значениями уставок. Даже незначительное совпадение этих параметров между собой приводит к возникновению команды на срабатывание защиты.

Исполнительный блок

Этот блок все время находится в состоянии, готовом к срабатыванию, при поступлении команды от блока логики. При срабатывании осуществляются переключения цепи электроустановки по запланированному алгоритму, который составлен по принципу недопущения неисправностей электрооборудования и удара электрическим током работников.

Сигнальный блок

В электрической системе все процессы происходят очень быстро, поэтому человек не в состоянии воспринимать их. Чтобы сохранить происходящие в системе события, применяют специальные сигнальные устройства. Которые работают путем звукового и визуального оповещения, а также сохраняют все происходящие события в памяти устройства.

Все виды устройств после их срабатывания переводятся в исходное состояние оператором вручную. Это позволяет гарантированно сохранить информацию о действии автоматики и релейной защиты.

Принципы работы

Релейная защита может иметь нарушения в своей работоспособности, которые выражаются следующими факторами:

• Ложные срабатывания при исправной электрической системе и отсутствии каких-либо повреждений.
• Излишние сработки, когда не требуется работа исполнительного блока.
• Повреждения внутри устройства защит.

Чтобы исключить отказы при функционировании релейной защиты, вырабатываются специальные требования к ней при проектировании, установке, настройки с запуском в работу, и техническом обслуживании:

• Надежность функционирования.
• Чувствительность к моменту запуска оборудования.
• Быстродействие (время сработки).
• Селективность.

Принцип надежности

Этот принцип определяется:

• Безотказностью в эксплуатации.
• Пригодностью к ремонту.
• Долгим сроком службы.
• Сохраняемостью.

Каждый из этих факторов имеет свою оценку.

Обслуживание и эксплуатация релейной защиты имеет три варианта надежности по срабатыванию при:

1. Внутренних КЗ в рабочей зоне.
2. Возникновении внешних КЗ за границей рабочей зоны.
3. Работе без неисправностей.

Надежность устройств защиты бывает:

• Эксплуатационная.
• Аппаратная.

Принцип чувствительности

Этот принцип дает возможность определить виды предполагаемых расчетных повреждений и ненормальных режимов энергетической системы в рабочей зоне защиты.

Кч = Iкз min/Iсз

Чтобы определить его числовое значение, используется коэффициент Кч. Коэффициент рассчитывается отношением наименьшего тока короткого замыкания рабочей зоны к величине тока срабатывания. Релейная защита работает в нормальном режиме при:

Iсз < Iкз min

Наиболее приемлемая величина коэффициента чувствительности находится в диапазоне 1,5-2.

Принцип быстродействия

Время обесточивания поврежденного участка состоит из двух составляющих:

1. Сработки защиты.
2. Действия привода выключателя.

Первую составляющую можно отрегулировать, начиная от наименьшего значения, которое зависит от устройства защиты и числа применяемых элементов. Задержка по времени на сработку формируется, путем внедрения в схему специальных реле, имеющих возможность регулировки. Она применяется для наиболее удаленных защит.

Устройства, находящиеся рядом с местом неисправности, должны настраиваться на действие с наименьшими возможными диапазонами времени на срабатывание.

Принцип селективности

Этот принцип по-другому называется избирательностью. С помощью нее можно найти и локализовать место возникшего повреждения в структуре сети любой сложности.

Например, генератор вырабатывает и подает электроэнергию различным потребителям, находящимся на участках 1, 2, 3, которые оснащены каждый своей защитой. При коротком замыкании внутри устройства потребителя на 3-м участке, ток будет протекать по всем устройствам защиты, начиная от источника питания.

Но в таком случае целесообразно будет отключить цепь участка, имеющего неисправность электродвигателя, при этом оставляя в работе остальные исправные потребители. Для этого существуют уставки релейной защиты, отдельно для каждой цепи, еще на стадии проектирования схемы защиты.

Устройства защиты 5, 3-го участка должны обнаружить ток неисправности раньше, и оперативнее сработать, отключив поврежденный участок от цепи генератора. Поэтому значения токовых и временных установок на каждом участке снижаются от генератора к потребителю, по принципу: чем дальше от неисправного места, тем ниже чувствительность.

В результате исполняется принцип резервирования. Который учитывает возможность поломки любых устройств, включая системы защиты более низкого уровня. Это означает, что при повреждении защиты 5 участка №3, при возникновении аварии должны сработать устройства защиты 3 или 4 участка 2. А эти участки в свою очередь подстрахованы устройствами защиты участка 1.

Особенности управления релейной защитой

Релейная защита как отдельный блок является самостоятельной схемой. Он входит в общие комплексы, которые составляют систему противоаварийного управления энергетической системы. В такой системе все элементы взаимосвязаны между собой и выполняют поставленные задачи в комплексе.

Коротко перечень защитных функций и работа автоматики изображены на схеме.

Изучив особенности эксплуатации автоматики и релейной защиты, можно сказать, что необходимо постоянно совершенствовать знания и практические навыки, которые требуются при поступлении в работу нового оборудования для защиты.

Похожие темы:

Релейная защита: назначение, виды, устройство

В соответствии с требованиями правил технической эксплуатации электроустановок (сокращенно ПТЭ) силовое оборудование электросетей, подстанций и самих электрических станций должно быть обязательно защищено от токов КЗ и сбоев нормального режима работы. В качестве средств защиты используются специальные устройства, основным элементом которых является реле. Собственно, поэтому они так и называются – устройства релейной защиты и электроавтоматики (РЗА). На сегодняшний день существует множество аппаратов, способных в кратчайшие сроки предотвратить аварию на обслуживаемом участке электросети или в крайнем случае предупредить персонал о нарушении рабочего режима. В этой статье мы рассмотрим назначение релейной защиты, а также ее виды и устройство.

Для чего она нужна?

Первым делом расскажем о том, зачем нужно использовать РЗА. Дело в том, что существует такая опасность, как возникновение тока КЗ в цепи. В результате КЗ очень быстро разрушаются токопроводящие части, изоляторы и само оборудование, что влечет за собой не только возникновение аварии, но и несчастного случая на производстве.

Помимо короткого замыкания может возникнуть перенапряжение, утечка тока, выделение газа при разложении масла внутри трансформатора и т.д. Для того чтобы своевременно обнаружить опасность и предотвратить ее, используются специальные реле, которые сигнализируют (если сбой в работе оборудования не представляет угрозы) либо мгновенно отключают питание на неисправном участке. В этом и заключается основное назначение релейной защиты и автоматики.

Основные требования к защитным устройствам

Итак, по отношению к РЗА предъявляются следующие требования:

1. Селективность. При возникновении аварийной ситуации должен быть отключен только тот участок, на котором обнаружен ненормальный режим работы. Все остальное электрооборудование должно работать.
2. Чувствительность. Релейная защита должна реагировать даже на самые минимальные значения аварийных параметров (заданы уставкой срабатывания).
3. Быстродействие. Не менее важное требование к РЗА, т.к. чем быстрее реле сработает, тем меньше шанс повреждения электрооборудования, а также возникновения опасности.
4. Надежность. Само собой аппараты должны выполнять свои защитные функции в заданных условиях эксплуатации.

Простыми словами назначение релейной защиты и требования, предъявляемые к ней, заключаются в том, что устройства должны контролировать работу электрооборудования, своевременно реагировать на изменения рабочего режима, мгновенно отключать поврежденный участок сети и сигнализировать персонал об аварии.

Классификация реле

При рассмотрении данной темы нельзя не остановиться на видах релейной защиты. Классификация реле представлена следующим образом:

• Способ подключения: первичные (включаются в цепь оборудования напрямую) и вторичные (подключение осуществляется через трансформаторы).
• Вариант исполнения: электромеханические (система подвижных контактов расцепляет схему) и электронные (отключение происходит с помощью электроники).
• Назначение: измерительные (осуществляют замер напряжения, силы тока, температуры и других параметров) и логические (передают команды другим устройствам, осуществляют выдержку времени и т.д.).
• Способ воздействия: релейная защита прямого воздействия (связана механически с отключающим аппаратом) и косвенного воздействия (осуществляют управление цепью электромагнита, который отключает питание).

Что касается самих видов РЗА, их множество. Сразу же рассмотрим, какие бывают разновидности реле и для чего они используются.

1. Максимальная токовая защита (МТЗ), срабатывает если ток достигает заданной производителем уставки.
2. Направленная максимальная токовая защита, помимо уставки осуществляется контроль направления мощности.
3. Газовая защита (ГЗ), используется для того, чтобы отключать питание трансформатора в результате выделения газа.
4. Дифференциальная, область применения – защита сборных шин, трансформаторов, а также генераторов за счет сравнения значений токов на входе и выходе. Если разница больше заданной уставки, релейная защита срабатывает.
5. Дистанционная (ДЗ), отключает питание, если обнаружит уменьшение сопротивления в цепи, что происходит в том случае, если возникает ток КЗ.
6. Дистанционная защита с высокочастотной блокировкой, используется для отключения ВЛ при обнаружении короткого замыкания.
7. Дистанционная с блокировкой по оптическому каналу, более надежный вариант исполнения предыдущего вида защиты, т.к. влияние электрических помех на оптический канал не такое значительное .
8. Логическая защита шин (ЛЗШ), также используется для выявления КЗ, только в этом случае на шинах и фидерах (питающих линиях, отходящих от шин подстанции).
9. Дуговая. Назначение – защита комплектных распределительных устройств (КРУ) и комплектных трансформаторных подстанций (КТП) от возгорания. Принцип работы основан на срабатывании оптических датчиков в результате повышения освещенности, а также датчиков давления при повышении давления.
10. Дифференциально-фазная (ДФЗ). Применяются для контроля фаз на двух концах питающей линии. Если ток превышает уставку, реле срабатывает.

Отдельно хотелось бы также рассмотреть виды электроавтоматики, назначение которой в отличие от релейной защиты наоборот включать питание обратно. Итак, в современных РЗА используют автоматику следующего вида:

1. Автоматический ввод резерва (АВР). Такую автоматику часто используют при подключении генератора к сети, как резервного источника электроснабжения.
2. Автоматическое повторное включение (АПВ). Область применения – ЛЭП напряжением 1 кВ и выше, а также сборные шины подстанций, электродвигатели и трансформаторы.
3. Автоматическая частотная разгрузка, которая отключает сторонние приборы при понижении частоты в сети.

Помимо этого существуют следующие виды автоматики:

Вот мы и рассмотрели назначение и области применения релейной защиты. Последнее, о чем хотелось бы рассказать – из чего состоит РЗА.

Конструкция РЗА

Устройство релейной защиты представляет собой схему из следующих частей:

1. Пусковые органы – реле напряжения, тока, мощности. Предназначены для контроля режима работы электрооборудования, а также обнаружения нарушений в цепи.
2. Измерительные органы – могут также находиться в пусковых органах (реле тока, напряжения). Основное назначение – запуск других устройств, подача сигнала в результате обнаружения ненормального режима работы, а также мгновенное отключение приборов или с задержкой по времени.
3. Логическая часть. Представлена таймерами, а также промежуточными и указательными реле.
4. Исполнительная часть. Отвечает непосредственно за отключение или же включение коммутационных аппаратов.
5. Передающая часть. Может быть использована в дифференциально-фазной защите.

Напоследок рекомендуем вам просмотреть полезное видео по теме:

РЗА в энергетике для новичков

Это и все, что мы хотели рассказать вам о назначении релейной защиты и требованиях, предъявляемых к ней. Надеемся, теперь вы знаете, что такое РЗА, какая у нее область применения и из чего она состоит.

Будет полезно прочитать:

Релейная защита и автоматика — ПЕРГАМ

Приборы релейной защиты применяются для оценки состояния электрических сетей, позволяя продлить срок службы энергосистем. Энергетика, в общем, делится на много подразделений и «служб». Службы представляют собой несколько обособленные группы работников, поделенные по специальным признакам.

Содержание статьи

РЗиА

Все процессы происходящие в электрических сетях очень скоротечны и обслуживающий персонал не способен вовремя отреагировать на возникающие изменения в системе. Поэтому для выполнения данной задачи призваны устройства релейной защиты.

Для рассмотрения в данной статье примем службу РЗА (служба релейной защиты и автоматики). Целью службы является упреждение, а в случае возникновения неполадок в работе энергосистемы — устранение и ликвидация неправильных режимов работы, которые могут привести к выходу из строя дорогостоящего оборудования, генераторов, трансформаторов и т. д., что в конечном счёте может резко понизить качество электроэнергии передаваемой потребителям.

Работа службы основана на внедрении в работу релейных защит, токовых, высокочастотных, отсечек и др. и их обслуживании.

Рассмотрим работу релейной защиты на примере простейшего оборудования, токовой отсечки, наиболее совершенными измерительными приборами для тестирования РЗиА являются SVERKER 760 тестеры релейных защит компании Megger. Принцип её работы основан на отключении потребителя от сети при условии превышения максимальной уставки по току. Организуется она на свободно замкнутых контактах одного или нескольких токовых реле. Т. е. при превышении уставки реле срабатывает и размыкает контакты, подающие напряжение рабочей частоты к потребителю (в самом простом случае).

Отсюда видно, что СРЗА составляет, коректирует и внедряет алгоритмы работы релейной защиты, которые организованны на простейших реле тока и напряжения. Но это в самом упрощённом случае. Иногда случаются такие режимы работы, которые для их устранения требуют более сложных защит. Хотя это уже «дебри», в которые мы «полезем» в следующих статьях.

Релейная защита и Автоматика в электроснабжении к содержанию

Релейная защита и Автоматика в электроснабжении: общий обзор о назначении релейной защиты. В системах электроснабжения на разных уровнях производства, преобразования, передачи и потребления электроэнергии неизбежно возникают ненормальные режимы. К основным из этих режимов относят режим короткого замыкания. Токи короткого замыкания возникают при повреждении электрооборудования, ошибочных действиях обслуживающего персонала. Ненормальными режимами работы электрических сетей также являются перегрузка оборудования, снижение напряжения в системе из-за внешних коротких замыканий, понижение частоты.

Все процессы происходящие в электрических сетях очень скоротечны и обслуживающий персонал не способен вовремя отреагировать на возникающие изменения в системе. Поэтому для выполнения данной задачи призваны устройства релейной защиты.

При возникновении ненормального режима релейная защита автоматически определяет место повреждения и с помощью своих органов воздействует на силовые выключатели, которые отделяют повреждённый участок. Следует отметить, что силовые выключатели выбираются при проектировании электроснабжения, таким образом чтобы их характеристики были способны удовлетворить возможность включения и отключения не только нормальной нагрузки, но так же предельных токов короткого замыкания на данном участке электроснабжения.

При возникновении таких ненормальных режимов работы, как перегруз, отклонения параметров от нормальных режимов, по частоте, напряжению, релейная защита также автоматически определяет их, запускает органы способствующие восстановлению нормального режима работы или подаёт сигнал обслуживающему персоналу.

Таким образом из выше сказанного следует вывод, что современная электроэнергетика не мыслима без надёжной и качественной защиты. И этому вопросу необходимо уделять достаточно серьезное внимание.

Релейная защита — это… Что такое Релейная защита?

Релейная защита и автоматика — совокупность электрических аппаратов, осуществляющих автоматический контроль за работоспособностью Электроэнергетической системы(ЭЭС).

Релейная защита (РЗ) осуществляет непрерывный контроль за состоянием всех элементов электроэнергетической системы и реагирует на возникновение повреждений и ненормальных режимов. При возникновении повреждений РЗ должна выявить повреждённый участок и отключить его от ЭЭС, воздействуя на специальные силовые выключатели, предназначенные для размыкания токов повреждения.

При возникновении ненормальных режимов РЗ также должна выявлять их и в зависимости от характера нарушения либо отключать оборудование, если возникла опасность его повреждения, либо производить автоматические операции, необходимые для восстановления нормального режима (например, включение после аварийного отключения с надеждой на самоустранение аварии или подключение резервного питания), либо осуществлять сигнализацию оперативному персоналу, который должен принимать меры к ликвидации ненормальности.

Релейная защита является основным видом электрической автоматики, без которой невозможна нормальная работа энергосистем.

Требования к релейной защите

Быстродействие

Быстрое отключение повреждённого оборудования или участка электрической сети предотвращает повреждения или уменьшает их размеры, позволяет сохранить нормальную работу потребителей неповреждённой части сети, предотвращает нарушение параллельной работы генераторов.

Селективность (избирательность)

Селективность — способность релейной защиты выявлять место повреждения и отключать только его только ближайшими к нему выключателями. Это позволяет локализовать повреждённый участок и не прерывать нормальную работу других участков сети.

Чувствительность

Под чувствительностью релейной защиты понимается её способность реагировать на возможные повреждения в минимальных режимах работы системы электроснабжения, когда изменение воздействующей величины минимально.

Надёжность

Защита должна правильно и безотказно реагировать при всех повреждениях защищаемой сети и нарушениях нормального режима работы, для действия при которых она предназначена, и не действовать в нормальных условиях, а также при таких повреждениях и нарушениях нормального режима работы, при которых действие данной защиты не предусмотрено и должна действовать другая защита. Это требование обеспечивается совершенством принципов защиты и конструкций аппаратов защиты, качеством деталей, простотой выполнения и уровнем эксплуатации.

Основные органы релейной защиты

Пусковые органы

Пусковые органы непрерывно контролируют состояние и режим работы защищаемого участка цепи и реагируют на возникновение коротких замыканий и нарушения нормального режима работы. Выполняются обычно с помощью реле тока, напряжения, мощности и др.

Измерительные органы

Измерительные органы определяют место и характер повреждения и принимают решения о необходимости действия защиты. Измерительные органы также выполняются с помощью реле тока, напряжения, мощности и др. Функции пускового и измерительного органа могут быть объединены в одном органе.

Логическая часть

Логическая часть — это схема, которая запускается пусковыми органами и, анализируя действия измерительных органов, производит предусмотренные действия (отключение выключателей, запуск других устройств, подача сигналов и пр.). Логическая часть состоит, в основном, из элементов времени (таймеров), логических элементов, промежуточных и указательных реле, дискретных входов и выходов аналоговых микропроцессорных устройств защиты.

Пример логической части релейной защиты

Катушка реле тока K1 (контакты А1 и А2) включена последовательно со вторичной обмоткой трансформатора тока ТА. При коротком замыкании, на участке цепи, в котором установлен трансформатор тока, возрастает сила тока, и пропорционально ей возрастает сила тока во вторичной цепи трансформатора тока. При достижении силой тока значения уставки реле K1, оно сработает и замкнёт рабочие контакты(11 и 12). Цепь между шинками +EC и -EC замкнётся, и запитает сигнальную лампу HLW.

Данная схема приведена как простой пример. В эксплуатации используются более сложные логические схемы.

См. также

Литература

• Чернобровов Н.В., Семенов В.А. «Релейная защита энергетических систем»: Учеб. пособие для техникумов. — М.: Энергоатомиздат, 1998. -800с.: ил.
• Павлов, Г.М. «Автоматизация энергетических систем» : Учеб.пособие / Г.М. Павлов .— Ленинград : Изд-во Ленингр. ун-та, 1977 .— 237 с. : ил .— Библиогр.: с.233-234.
• V. Electric Relays: Principles and applications, CRC Press, 2005, 704 pp

Wikimedia Foundation.
2010.

принцип построения, реализация, существующие защиты

Современный этап эксплуатации электротехнического оборудования электрических станций имеет ряд особенностей: оборудование выработало значительную степень ресурса и перешло в фазу нарастающих интенсивностей отказов. К сожалению, и уровень подготовки эксплуатационного персонала имеет тенденцию к снижению. Это вполне объективные факторы.

Вместе с тем, экономические условия требуют повышения надежности эксплуатации, что приводит к необходимости разработок, направленных на повышение уровня эксплуатации на основе новых методов, существенно снижающих роль человеческого фактора и одновременно повышающих эффективность принимаемых решений.

Такое направление поисков дают технологии технически обоснованного продления ресурса используемого оборудования и создания условий, наиболее благоприятных для его эксплуатации.

Экономическая ситуация, сложившаяся в последние годы в энергетике, заставляет принимать меры, направленные на увеличение срока эксплуатации различного оборудования.

В создавшейся ситуации, когда нет средств на его замену, эксплуатация такого оборудования должна, несомненно, отличаться от прежней.

Наверное, это и более частые адресные профилактические ремонты, и мониторинг за состоянием с применением современных методов диагностики (ИК-контроль, частичные разряды, акустический и вибро-контроль, новые методы химического анализа и др.), а также разработка и анализ мероприятий и проектов, улучшающих эксплуатационные режимы, которые позволят уменьшить риск повреждений такого оборудования. При использовании электротехнического оборудования большинства электрических станций, ресурс эксплуатации которого практически исчерпан, необходимы разработка, анализ мероприятий и проектов, которые позволили бы создать более благоприятные эксплуатационные условия и уменьшили бы риск повреждений такого оборудования.

Необходимо наконец-то задаться вопросом: «Почему один трансформатор эксплуатируется в течение 50 лет, а другой — менее 20».

Одна из причин кроется в тех условиях, в которых эксплуатируется тот или иной аппарат, электрическая машина. Условия определяются совершенством технической стороны проектных решений в первую очередь, во вторую — уровнем организации эксплуатации, технического обслуживания и ремонта. Сейсмостойкие реле

В технике релейной защиты успешно применяется аппаратура, содержащая интегральные микросхемы. Высокие требования к правильной работе релейной защиты элементов сети собственных нужд АЭС в условиях ударных и вибрационных нагрузок как раз и обусловили разработку, выпуск промышленностью специальной серии реле, так называемых сейсмостойких реле.

Применение микросхем позволило не только заметно улучшить характеристики защит, но и получить совершенно новые, которые невозможно было создать при использовании традиционных электромеханических реле.

В настоящее время устройства релейной защиты всех элементов сетей собственных нужд на атомных станциях выполняются только с использованием сейсмостойких реле.

Старый подход проектирования устройств релейных защит при использовании сейсмостойких реле оказался неприемлемым. Дело в том, что при этом подходе основное внимание уделялось быстродействию при срабатывании. Возвратные характеристики измерительных органов релейной защиты, как правило, никого не интересовали. Все сейсмостойкие реле, в отличие от электромеханических, обладают некоторой «памятью» (табл. 1).

Не учитывать ее при проектировании релейной защиты в разветвленных сетях собственных нужд атомных станций (рис. 1) является недопустимым и опасным. Возвратные характеристики реле (см. табл.) взяты из [1-4] и заводских технических описаний и инструкций.

Опыт эксплуатации и аварийные ситуации, произошедшие в сетях собственных нужд Калининской АЭС, говорят об обязательном учете возвратных характеристик сейсмостойких реле при проектировании.

Разберем несколько случаев, подтверждающих эти гипотезы. Компоновка сети и ее состав Сеть энергоснабжения ответственных технологических потребителей сверхмощного энергоблока АЭС представлена на рис.1. В ее состав входят два питающих источника: ТСН 1 и РТСН 3. Первый из них является рабочим источником энергоснабжения, который подключен к сети генераторного напряжения 24 кВ без применения каких-либо коммутационных аппаратов. Второй — резервный источник, подключен к энергосистеме через открытое распределительное устройство номинальным напряжением 330 кВ.

В сети генераторного напряжения энергоблока имеется выключатель нагрузки. Такая схема позволяет выводить энергоблок на номинальные технологические параметры при питании общеблочных секций (ОБС) от рабочих трансформаторов собственных нужд.

Включение резервного питания от резервных трансформаторов собственных нужд (РТСН) может быть выполнено вручную оператором или автоматически устройством ввода резерва (АВР) по факту отключения выключателя рабочего ввода, если нет запрета от защит, срабатывание которых происходит при заведомо не устранившемся коротком замыкании на секции (устройство резервирования отказов выключателей, дистанционная, дуговая защиты и др.).

На энергоблоке 1000 МВт — четыре общеблочных секции, к которым подключаются все механизмы, осуществляющие основной технологический процесс.

Каждая ОБС имеет независимые рабочий и резервный источники энергоснабжения. Кроме технологических механизмов к шинам общеблочных секций подключаются секции надежного питания (СНП, на энергоблоке их три), секции второй группы надежного питания (СII-грНП, на энергоблоке их две), секции удаленных нагрузок (СУН, на энергоблоке их четыре).

Все вышеупомянутые секции подключаются к ОБС посредством линий питания, состоящих из двух выключателей и кабельных линий. К СНП подключаются механизмы, в задачу которых входит выведение реакторной установки в подкритическое (безопасное) состояние при любом режиме энергоснабжения,включая полное обесточение.

При полном обесточении питание потребителей СНП осуществляется от автономной дизель-генераторной станции, запуск которой осуществляется по факту отключения хотя бы одного из секционных выключателей линии питания.

СII-грНП — общестанционные секции, к которым подключаются различные подпиточные и пожарные насосы, эксплуатируемые в общестанционных агрегатах. Эти секции имеют межсекционный АВР и автономные дизель-генераторные станции. К секциям удаленных нагрузок подключены различные хозяйственные потребители, не участвующие непосредственно в технологическом процессе энергетического блока.

Они имеют два источника питания и автоматику включения резерва. Резервный ввод СУН запитан (см. рис. 1) непосредственно с секций магистрали резервного питания (МРП).

На ОБС и СУН включаются трансформаторы (ТВН), при помощи которых выделяется нейтраль сети, которая, в свою очередь, заземляется через резистор сопротивлением 100 Ом.

При питании СУН от общеблочной секции трансформатор, выделяющий нейтраль, подключаемый непосредственно на СУН, отключен. Включается он автоматически, когда секция удаленных нагрузок питается с магистрали резервного питания. При переводе питания этих секций от общеблочных секций ТВН СУН автоматически отключается, тем самым предотвращается параллельная работа двух трансформаторов, при помощи которых выделяется нейтраль сети.

Комплекс релейных защит от междуфазных коротких замыканий, установленный в сети собственных нужд сверхмощных энергоблоков атомных электрических станций.

Каждое присоединение на любой из секций собственных нужд (см. рис. 1) оснащено основной быстродействующей защитой от внутренних повреждений. Это, как правило, либо токовая отсечка, либо дифференциальная защита. На линиях питания секций, смежных с общеблочной, устанавливаются максимальные токовые защиты (МТЗ), действующие на отключение секционных выключателей с выдержкой времени 0,3 с.

Основной задачей МТЗ, установленных на линиях питания, является функция выполнения дальнего резервирования основных защит присоединений. На питающих вводах (рабочем и резервном) общеблочной секции установлен комплект дистанционных защит, также выполняющих функции дальнего резервирования защит всех присоединений сети собственных нужд.

Для того, чтобы минимизировать время нахождения в сети короткого замыкания и обеспечить селективность при любых коротких замыканиях в комплексе релейной защиты сети собственных нужд, применяются блокировки дистанционной защиты питающих вводов от максимальных токовых защит линий питания секций, смежных с общеблочной.

Временные диаграммы работы комплекса релейных защит от коротких замыканий в сети собственных нужд представлены на рис. 2.

Согласно проектному алгоритму [1, 5] (см. рис. 2), при не устранившихся основными защитами присоединений коротких замыканий последние будутлокализовываться защитами, выполняющими функции резервирования. Так, при повреждениях в месте К1 (см. рис. 1) ток короткого замыкания будет протекать от питающего источника через линию питания секции удаленных нагрузок к месту К1.

В этом случае сработают измерительные органы максимальной токовой защиты линии питания СУН и дистанционной защиты питающего ввода.

При срабатывании измерительных органов максимальной токовой защиты линии питания СУН они без выдержки времени будут блокировать формирование отключающего импульса питающего ввода от дистанционной защиты, предотвращая тем самым излишние отключения секций, на которых нет повреждений. По истечении выдержки времени МТЗ сформируется импульс на отключение секционных выключателей, после отключения которых ликвидируется короткое замыкание, и все измерительные органы релейных защит приходят в состояние «до срабатывания».

Переход измерительных органов релейной защиты, выполненных с использованием сейсмостойких реле, в положение, предшествующее срабатыванию, осуществляется, к сожалению, неодновременно (рис. 3, табл.), и поэтому в таких случаях могут формироваться неселективные отключающие импульсы, усугубляющие аварийную ситуацию и усложняющие переходный процесс в технологической схеме энергоблока.

Так, при устранении короткого замыкания в точке К1 (см. рис. 1) максимальной токовой защитой линии питания СУН измерительный орган МТЗ вернулся в положение «до срабатывания» значительно раньше измерительного органа дистанционной защиты, чем и был сформирован отключающий импульс на отключение рабочего ввода с запретом АВР (см. рис. 3) уже после ликвидации аварийного режима.

Согласно [1, 5] резервная высокочувствительная токовая защита от междуфазных коротких замыканий (РВЧТЗМФКЗ) сети 6 кВ в своей логической части имеет блокировку от группового самозапуска электродвигателей на секциях только при переключении питания от рабочих источников на резервные (АВР).

При ликвидации коротких замыканий на смежных с общеблочной секциях никаких блокировок от групповых самозапусков проектом не предусмотрено. Уставка токового органа РВЧТЗМФКЗ сети 6 кВ совпадает с уставкой токового пуска дистанционной защиты, которые от таких режимов не отстраиваются. В результате чего ток и время группового самозапуска двигателей после ликвидации аварии tсраб.

МТЗ линии питания= 0,3 с (рис. 2, 3) и восстановления напряжения могут превысить соответствующие уставки резервной защиты; в этом случае получим неселективное действие еще одной защиты в сети 6 кВ после устранения короткого замыкания (КЗ).

Дистанционная защита питающих вводов общеблочных секций и РВЧТЗМФКЗ выполняют функции дальнего резервирования основных защит всех присоединений сети 6 кВ.

По мнению авторов, с точки зрения надежности, не совсем логично, что обе защиты, выполняющие одинаковые функции, могут блокировать одним контактом максимальные токовые защиты линий питания секций, смежных с общеблочной (см. рис. 2). В этой связи предлагается РВЧТЗМФКЗ сети 6 кВ вообще ничем не блокировать при повреждениях на смежных с общеблочной секциях. Время срабатывания резервной защиты для обеспечения селективности увеличить до 0,5 с. Исходя из вышеизложенного, с целью предотвращения возгорания в кабельной сети 6,3 кВ СН АЭС к защитам предъявляются требования отключения КЗ в любой точке сети с как можно меньшим временем, в том числе и при отказе защит или выключателя присоединения, на котором возникло короткое замыкание.

Поэтому предлагаем:

• использовать для защиты рабочих и резервных вводов общеблочных секций микропроцессорные устройства релейной защиты;
• логическую схему работы резервной высокочувствительной токовой защиты от междуфазных коротких замыканий реализовать в микропроцессорном терминале с помощью свободно программируемой логики.
  

  Увеличение единичной мощности блоков, мощности питающих элементов собственных нужд (СН) АЭС привели к увеличению токов коротких замыканий.

   В настоящее время выключатели, применяемые в системах СН, работают на пределе своих технических возможностей [6, 7] (рис. 4).

Токи КЗ в сетях СН сверхмощных энергоблоков достигли предельных значений как для выключателей (36-40 кА), так и для всего электрооборудования сети, включая питающие источники. Чрезвычайно часты случаи повреждения опорных изоляторов питающих шинопроводов от динамических воздействий сверхтоков коротких замыканий, причем эти повреждения могут проявиться не сразу, а спустя некоторое время.

В этой связи локализация повреждений в сети должна осуществляться защитами за минимально допустимое время.

Однако минимальные выдержки времени, установленные в релейной защите элементов сети энергоснабжения основных технологических потребителей энергоблока, необходимо согласовывать между собой, учитывая возвратные характеристики измерительных органов, а всю сеть рассматривать как единый энергетический объект. Ячейки комплектных распределительных устройств 6 кВ с элегазовыми выключателями снабжаются фотоэлементами, реагирующими на вспышку в ячейке.

Время срабатывания таких устройств в два раза меньше времени срабатывания разгрузочных клапанов в камерах дуговой защиты и составляет не более 40 мс.

В некоторых местах токопроводы резервного и рабочего энергоснабжения проходят в непосредственной близости (20-30 см) от легких разгрузочных клапанов дуговой защиты ячеек. Все это может вызывать неселективные действия дуговой защиты при коротких замыканиях, когда по шинопроводам текут значительные токи коротких замыканий и от электродинамических воздействий последних крышки клапанов могут подниматься самопроизвольно.

Интересным аварийным случаем при рассмотрении проблем, затронутых в настоящей статье, является трехфазное дуговое короткое замыкание в одной из ячеек общеблочной секции (см. рис. 1, К2).

При пусковых операциях на одном из присоединений ОБС возникли коммутационные перенапряжения.

Самым слабым местом с точки зрения изоляции явилась выкатная часть тележки выключателя. От возникновения коммутационных перенапряжений первоначально возникла дуга между фазами А, В и землей, спустя 1 мс произошло трехфазное дуговое короткое замыкание на землю в ячейке выключателя.

Слабое место изоляции — в выкатной части выключателя послужило позитивным фактором.

В противном случае мог бы повредиться двигатель, так как перенапряжения в таких ситуациях могут достигать согласно [8, 9] уровня (3,1—4,9) Um/Uф.m., что чрезвычайно опасно не только для витковой, но и для корпусной изоляции электродвигателя.

Короткое замыкание сопровождалось возникновением обширных дуг в ячейке, от которых (0,035 с) сработал фотоэлемент дуговой защиты ячейки и токовый пуск защит секции. По истечении 0,095 с начала развития аварии локализация короткого замыкания произошла отключением выключателя резервного ввода (см. рис. 1) от дуговой защиты.

Из-за запоздалого возврата (62 мс) реле токового пуска (РСТ 13 на рис. 4) после ликвидации аварийного режима от электродинамических воздействий токов короткого замыкания (более 50 кА, см. осциллограммы рис. 4)

На клапан дуговой защиты, который находится в непосредственной близости от резервного шинопровода, возникли условия для формирования отключающего импульса ввода на МРП. Продолжительность отключающего импульса составила около 17 мс. Этого времени хватило для завершения операции отключения ввода на МРП.

В этой связи надо подчеркнуть, что неселективные срабатывания дуговой защиты общеблочной секции и вводов на магистраль резервного питания имеют тяжелые последствия.

В одних ситуациях отключается либо секция с разгрузкой энергоблока, либо полностью энергоблок или оба резервных трансформатора собственных нужд (см. рис. 1), оставляя при этом все сети СН энергоблока без резервного питания.

ВЫВОДЫ

1. Сеть собственных нужд на мощных энергоблоках атомных станций — это электрическая система с присущими всем электрическим системам признаками. Проектирование релейной защиты в этих сетях должно вестись с учетом этого фактора.
2. Монтаж питающих токопроводов рабочего и резервного питания должен вестись с учетом возможного электродинамического воздействия сверхтоков короткого замыкания на клапаны дуговой защиты.
3. Для уменьшения термических и динамических воздействий (временных и количественных) от сверхтоков коротких замыканий все электротехническое оборудование, расположенное вблизи мощных питающих источников, должно защищаться основными защитами с минимально возможным временем отключения.
   

   В схемах собственных нужд сверхмощных энергоблоков должны применяться мероприятия по ограничению токов короткого замыкания.

   Выполнение указанных требований создаст наиболее благоприятные эксплуатационные условия для электротехнического оборудования, увеличит ресурс его безаварийной эксплуатации.

4. Проводя анализ аварийных случаев и схем энергоснабжения ответственных технологических потребителей атомной станции, можно констатировать, что в создавшейся ситуации комплекс релейных защит от междуфазных коротких замыканий при повреждениях на смежных с общеблочной секциях всегда работает неселективно, отключая при этом ОБС с разгрузкой энергоблока.
5. Проблемы, затронутые в настоящей статье, требуют детального изучения и проработки как с проектными организациями, так с разработчиками релейной аппаратуры. Назрела чрезвычайная и острая необходимость в предварительном анализе новых проектных решений электрической части электростанций, который базировался бы на эксплуатационном опыте и здравом смысле. Заимствование зарубежных проектных решений должно также использоваться после их детального изучения, проработки, анализа, научного обоснования применительно к используемому электрооборудованию.

Что такое реле защиты?

Для тех, кому интересно, что такое реле защиты? Littelfuse знает ответ. Реле защиты — это интеллектуальное устройство, которое принимает входные данные, сравнивает их с заданными значениями и предоставляет выходы. Входы могут быть током, напряжением, сопротивлением или температурой. Выходы могут включать визуальную обратную связь в виде световых индикаторов и / или буквенно-цифрового дисплея, средства связи, управляющие предупреждения, сигналы тревоги, а также выключение и включение питания.Схема, отвечающая на вопрос , что такое реле защиты , показана ниже.

РИСУНОК 1
Реле защиты могут быть электромеханическими или электронными / микропроцессорными. Электромеханические реле — устаревшая технология, состоящая из механических частей, которые требуют регулярной калибровки, чтобы оставаться в пределах предполагаемых допусков. Микропроцессорные или электронные реле используют цифровую технологию для обеспечения быстрых, надежных, точных и воспроизводимых выходных сигналов.Использование электронного или микропроцессорного реле вместо электромеханической конструкции дает множество преимуществ, включая повышенную точность, дополнительные функции, меньшие затраты на техническое обслуживание, меньшие требования к пространству и стоимость жизненного цикла.

Входы
Реле нуждается в информации от системы, чтобы принять решение. Эти данные можно собирать разными способами. В некоторых случаях провода в полевых условиях могут быть подключены непосредственно к реле. В других приложениях необходимы дополнительные устройства для преобразования измеренных параметров в формат, который может обрабатывать реле.Этими дополнительными устройствами могут быть трансформаторы тока, трансформаторы напряжения, соединители напряжения, RTD или другие устройства.

Настройки
Многие реле защиты имеют регулируемые настройки. Настройки пользовательских программ (уровни срабатывания), которые позволяют реле принимать решение. Реле сравнивает входы с этими настройками и реагирует соответствующим образом.

Процессы
После подключения входов и программирования настроек реле сравнивает эти значения и принимает решение.В зависимости от потребности доступны разные типы реле для разных функций.

Выходы
У реле есть несколько способов сообщить, что решение принято. Обычно реле будет управлять переключателем (контактом реле), чтобы указать, что входной сигнал превзошел настройку, или реле может предоставлять уведомление посредством визуальной обратной связи, такой как измеритель или светодиод. Одним из преимуществ электронных или микропроцессорных реле является возможность связи с сетью или ПЛК.

В качестве примера термостат можно оценить с помощью диаграммы на Рисунке 1. Измеряемый вход — это температура, а входное устройство реле защиты — это датчик температуры. Пользователь устанавливает желаемую настройку температуры (уровень срабатывания). Реле измеряет существующую температуру воздуха и сравнивает ее с уставкой. Выходы могут использоваться для управления (включение или выключение кондиционера или печи) и визуальной индикации на дисплее термостата.

Вам все еще интересно, что такое реле защиты? Узнайте больше о защитных реле.

Защитные реле | Как работает реле защиты?

Подобно тому, как термостат решает проблему автоматизации управления кондиционером или печью в доме, реле защиты могут решать электрические проблемы.

Назначение реле защиты — обнаружение проблемы, в идеале на ее начальном этапе, и устранение или значительное уменьшение ущерба персоналу и / или оборудованию.

Следующие этапы иллюстрируют, как развивается электрическая проблема:
Этап 1: Когда проводники с хорошей изоляцией подвергаются воздействию источников повреждения, таких как влага, пыль, химические вещества, постоянная перегрузка, вибрация или просто нормальный износ, изоляция будет начинают медленно портиться. Такие небольшие изменения не будут очевидны сразу, пока повреждение не станет достаточно серьезным, чтобы вызвать электрическую неисправность. Защитные реле могут обнаруживать развитие проблемы, обнаруживая небольшие отклонения в токе, напряжении, сопротивлении или температуре.Из-за небольшой величины изменения только сложное устройство, такое как чувствительное реле защиты или монитор, может обнаружить эти условия и указать, что проблема может развиваться, прежде чем произойдет какое-либо дальнейшее повреждение.

Этап 2: По мере того, как проблема становится более серьезной, происходят дальнейшие изменения, такие как пробой изоляции, перегрев или перенапряжение. Поскольку переход от нормального к ненормальному очень велик, для отключения питания можно использовать традиционные устройства. Реле защиты также может использоваться для обеспечения дополнительной защиты, обнаруживая причины неисправности (перегрев, перенапряжение и т. Д.).) невозможно с предохранителями и автоматическими выключателями.

Этап 3: На этом этапе возникла проблема, которая привела к повреждению. Различные типы защитных реле и мониторов могут уменьшить или устранить повреждения, поскольку они обнаруживают проблемы раньше, чем традиционные устройства.

В качестве примера, если предприятие постоянно переустанавливает автоматические выключатели, заменяет предохранители или ремонтирует оборудование и не может определить причину неисправности, они могут испытывать перегрузки по току. В этом случае пользователь может установить реле защиты с функцией защиты от перегрузки по току.Реле измеряет ток (вход) и позволяет пользователю программировать пределы (настройки) в реле. Настройки обычно более чувствительны, чем предохранители или автоматические выключатели. Как только эти пределы превышены, реле защиты сработает внутренним переключателем (контактами реле). Пользователь имеет возможность использовать переключатель для включения света (индикация тревоги) или отключения питания (независимый расцепитель) до того, как возникнут более серьезные проблемы. Пользователь может использовать аварийную индикацию, чтобы помочь идентифицировать неисправное оборудование до того, как традиционное устройство устранит неисправность.

Типы реле электрической защиты или защитных реле

Определение защитного реле

Реле — это автоматическое устройство, которое определяет ненормальное состояние электрической цепи и замыкает свои контакты. Эти контакты поочередно замыкаются и замыкают цепь катушки отключения выключателя, следовательно, выключают выключатель для отключения неисправной части электрической цепи от остальной исправной цепи.

Теперь давайте обсудим некоторые термины, относящиеся к защитным реле.
Уровень срабатывания управляющего сигнала:

Значение срабатывающей величины (напряжение или ток), которое находится на пороге, выше которого реле инициирует срабатывание.

Если значение срабатывающей величины увеличивается, электромагнитное воздействие катушки реле увеличивается, и выше определенного уровня срабатывающей величины движущийся механизм реле просто начинает двигаться.

Уровень сброса:
Значение тока или напряжения, ниже которого реле размыкает свои контакты и возвращается в исходное положение.

Время срабатывания реле:
Сразу после превышения уровня срабатывания исполнительной величины движущийся механизм (например, вращающийся диск) реле начинает движение и в конечном итоге замыкает контакты реле в конце своего движения. Время, которое проходит между моментом, когда величина срабатывания превышает значение срабатывания, до момента, когда контакты реле замыкаются.

Время сброса реле:
Время, которое проходит между моментом, когда управляющая величина становится меньше значения сброса, до момента, когда контакты реле возвращаются в свое нормальное положение.

Дальность действия реле:
Дистанционное реле срабатывает, когда расстояние, видимое реле, меньше предварительно заданного импеданса. Активное сопротивление реле является функцией расстояния в реле дистанционной защиты. Этот импеданс или соответствующее расстояние называется радиусом действия реле.

Реле защиты энергосистемы можно разделить на различные типы реле.

Типы реле

Типы реле защиты в основном основаны на их характеристиках, логике, параметрах срабатывания и механизме работы.

По механизму работы реле защиты можно разделить на электромагнитное реле, статическое реле и механическое реле. На самом деле реле — это не что иное, как комбинация одного или нескольких открытых или закрытых контактов. Эти все или некоторые конкретные контакты реле изменяют свое состояние при подаче на реле управляющих параметров. Это означает, что разомкнутые контакты становятся замкнутыми, а замкнутые — разомкнутыми. В электромагнитном реле это замыкание и размыкание контактов реле осуществляется электромагнитным действием соленоида.

В механическом реле эти замыкание и размыкание контактов реле выполняются механическим смещением различных ступеней передачи.

В статических реле это в основном выполняется полупроводниковыми переключателями, такими как тиристоры. В цифровом реле состояние включения и выключения может обозначаться как состояние 1 и 0.

По характеристикам реле защиты можно разделить на следующие категории:

1. Реле с независимой выдержкой времени
2. Реле с обратнозависимой выдержкой времени с определенной минимальной выдержкой времени (IDMT)
3. Реле мгновенного действия.
4. IDMT с инст.
5. Ступенчатая характеристика.
6. Программируемые переключатели.
7. Реле ограничения напряжения сверхтока.

В зависимости от логики реле защиты можно разделить на

1. Дифференциальное.
2. Дисбаланс.
3. Смещение нейтрали.
4. Направленный.
5. Ограниченное замыкание на землю.
6. Избыточное флюсование.
7. Дистанционные схемы.
8. Защита шин.
9. Реле обратной мощности.
10. Потеря возбуждения.
11. Реле обратной последовательности фаз и т. Д.

В зависимости от параметра срабатывания реле защиты можно разделить на

1. Реле тока.
2. Реле напряжения.
3. Реле частоты.
4. Силовые реле и т. Д.

В зависимости от применения реле защиты можно разделить на

1. Первичное реле.
2. Реле резервного питания.

Первичное реле или первичное реле защиты — это первая линия защиты энергосистемы, тогда как резервное реле срабатывает только тогда, когда первичное реле не срабатывает во время повреждения.Следовательно, резервное реле работает медленнее, чем основное реле. Любое реле может выйти из строя по любой из следующих причин:

1. Само защитное реле неисправно.
2. DC Подача напряжения отключения на реле отсутствует.
3. Отсоединен провод отключения от релейной панели к автоматическому выключателю.
4. Катушка отключения выключателя отключена или неисправна.
5. Сигналы тока или напряжения от трансформаторов тока (CT) или трансформаторов напряжения (PT) соответственно недоступны.

Поскольку резервное реле срабатывает только при выходе из строя основного реле, резервное реле защиты не должно иметь ничего общего с реле первичной защиты.
Вот несколько примеров механического реле:

1. Тепловое
   • Отключение по температуре масла
   • Отключение по температуре обмотки (отключение по температуре обмотки)
   • Отключение по температуре подшипника и т. Д.
   • OSR
   • PRV
   • Регуляторы уровня воды и т. Д.
2. Реле давления.
3. Механические блокировки.
4. Реле несоответствия полюсов.

Список Различные реле защиты используются для защиты оборудования различных энергосистем

Теперь давайте посмотрим, какие реле защиты используются в различных схемах защиты оборудования энергосистемы.

Реле для защиты линий передачи и распределения

SL	Защищаемые линии	Используемые реле
1	400 кв. Схема Main-II: некоммутируемая или цифровая дистанционная схема
2	220 кВ линия передачи	Main-I: некоммутируемая дистанционная схема (питание от шинных ПТ) Main-II: коммутируемая дистанционная схема (Fed от линейного вариатора) С возможностью переключения с шинного ПТ на линейный вариатор и наоборот.
3	132 кВ Линия передачи	Основная защита: Схема коммутируемой дистанции (питание от шины PT). Резервная защита: 3 № направленных реле IDMT O / L и 1 № Направленное реле IDMT E / L.
4	33 линии кВ	Ненаправленное реле IDMT 3 выходных и 1 замыкающих.
5	Линии 11 кВ	Ненаправленное реле IDMT 2 выходных и 1 замыкающих.

Реле для защиты трансформатора

KV
Генераторный трансформатор

5 W

SL	Коэффициент напряжения и емкость трансформатора	Реле на стороне ВН	Реле на стороне низкого напряжения	Общие реле	11
3 шт. Ненаправленное реле O / L 1 без ненаправленного реле E / L и / или резервное реле E / F + REF	— —	Дифференциальное реле или Реле общего дифференциала Реле перегрузки Реле Бухгольца РПН Реле Бухгольца Реле PRV OT Реле отключения Реле отключения WT
2	13.8/220 кВ 15,75 / 220 кВ 18/400 кВ 21/400 кВ Генераторный трансформатор	3 шт. Ненаправленное реле O / L 1 шт. Ненаправленное реле E / L и / или резервное E / F + REF Relay	— —	Дифференциальное реле или Реле общего дифференциала Реле избыточного потока Реле Бухгольца РПН Реле Бухгольца PRV Реле OT Реле отключения WT Реле отключения
3 220 / 237,6 Подстанционный трансформатор	3 шт. Ненаправленное реле O / L 1 без ненаправленного реле E / L и / или резервное реле E / F + REF	3 шт. Ненаправленное реле O / L	Дифференциальное реле Реле Бухгольца Реле Бухгольца Реле Бухгольца РПН Реле PRV Реле отключения ОТ Реле отключения WT
4	Генеральное напряжение / 6.6KV UAT	3 шт. Ненаправленное реле O / L	3 шт. Ненаправленное реле O / L	Дифференциальное реле Реле перенапряжения Реле Бухгольца Реле OLTC Реле Бухгольца PRV Реле Реле отключения OT
5	132/33 / 11кВ до 8 МВА	3 шт. Реле уп. / Л. 1 реле уп. / Л.	2 шт. Реле уп. / Л. 1 нет реле эл. Реле Бухгольца PRV Relay OT Trip Relay WT Trip Relay
6	132/33 / 11 кВ выше 8 МВА и ниже 31.5 MVA	3 шт. Реле доп. / Л. 1 нет реле упр. / Л.	3 шт. Реле доп. / Л. 1 нет реле E / L	Дифференциальное реле реле Бухгольца Реле Бухгольца реле PRV OT Отключение Реле Реле отключения WT
7	132/33 кВ, 31,5 МВА и выше	3 шт. Реле O / L 1 шт. Реле прямого включения / выключения	3 шт. Реле O / L 1 шт. Реле	Дифференциальное реле Реле избыточного потока Реле Бухгольца РПН Реле Бухгольца Реле PRV OT Реле отключения Реле отключения WT
8	220/33 KV, 31.5MVA и 50MVA 220 / 132KV, 100 MVA	3 шт. Реле перегрузки по току 1 без реле прямого / обратного хода	3 реле O / L 1 шт. Реле E / L	Дифференциальное реле Реле перенапряжения Реле Бухгольца РПН Реле Бухгольца Реле PRV OT Реле отключения Реле отключения WT
9	400/220 кВ 315MVA	3 н.у. Реле L. Реле ограниченного выхода / давления 3 шт. Реле прямого выхода за пределы допустимого диапазона для действия	Реле аварийного выхода 3 шт.highset) 1 нет Реле направления E / L. Реле ограниченного E / F	Дифференциальное реле Реле перенапряжения Реле Бухгольца Реле Бухгольца РПН Реле PRV Реле отключения OT Реле отключения WT Реле перегрузки (аварийной сигнализации)

Следует помнить защита трансформаторов

1. Нет реле Бухгольца для трансформаторов мощностью менее 500 кВА.
2. Трансформаторы мощностью до 1500 кВА должны иметь только роговую защиту.
3. Трансформаторы мощностью более 1500 кВА и до 8000 кВА с соотношением 33/11 кВ должны иметь один выключатель с групповым управлением на стороне ВН и индивидуальные выключатели НН, если имеется более одного трансформатора.
4. Трансформаторы мощностью более 8000 кВА должны иметь индивидуальные выключатели высокого и низкого напряжения.
5. Указанные выше реле должны быть установлены на ВН и НН.
6. ЛА должны быть предусмотрены на ВН и НН для трансформаторов всех мощностей и классов напряжения.
7. Защита устройства РПН от рассогласования должна быть обеспечена там, где работает схема главного повторителя.
8. Подключаемая сигнализация отказа вентиляторов и отказов насосов.
9. Сигнализация для O.T., W.T., Buchholz (основной бак И РПН) должна быть подключена.

Что такое защитные реле? — Описание и принцип действия реле защиты

Защитное реле работает как чувствительное устройство, оно определяет неисправность, затем определяет ее положение и, наконец, подает команду на отключение выключателю. Автоматический выключатель после получения команды от защитного реле отключит неисправный элемент.

Благодаря быстрому устранению неисправности с помощью быстродействующего защитного реле и соответствующего автоматического выключателя, уменьшается повреждение устройства и уменьшаются связанные с этим опасности, такие как пожар, риск для жизни за счет удаления особенно неисправной секции.

Но непрерывность питания сохраняется, хотя секция остается исправной, благодаря быстрой очистке неисправности время возникновения неисправности сокращается, и, следовательно, система может быть восстановлена ​​в нормальное состояние раньше. Следовательно, предел стабильности переходного состояния системы значительно улучшен, предотвращается необратимое повреждение оборудования и возможность развития самого простого короткого замыкания, такого как однофазное замыкание на землю, в наиболее серьезное замыкание, такое как двойное замыкание фазы на землю. уменьшен.

Неисправность может быть уменьшена только в том случае, если защитное реле является надежным, обслуживаемым и достаточно чувствительным, чтобы различать нормальное и ненормальное состояние. Реле должно срабатывать при возникновении неисправности и не должно срабатывать, если неисправности нет. Некоторые реле используются для защиты энергосистемы. Некоторые из них являются первичной эстафетой, что означает, что они являются первой линией защиты. Такие реле обнаруживают неисправность и посылают сигнал соответствующему автоматическому выключателю для отключения и устранения неисправности.

Неисправность не может быть устранена, если автоматический выключатель не срабатывает или реле работает некорректно. Выход из строя реле происходит по трем причинам, таким как неправильная настройка, плохие контакты и разрыв цепи в катушке реле. В таких случаях вторая линия защиты обеспечивается резервными реле. Резервное реле имеет более длительное время работы, даже если они обнаруживают неисправность вместе с первичными реле.

Для достижения желаемой надежности сеть энергосистемы разделена на две разные зоны защиты.Общая защита системы разделена на разные зоны защиты. Это защита генератора, защита трансформатора, защита шины, защита линии передачи и защита фидера. Реле, используемое для защиты аппаратуры и линий передачи:

• Реле максимального тока
• Реле минимальной частоты
• Реле направления
• Тепловые реле
• Реле последовательности фаз
  • Реле обратной последовательности фаз
  • Реле прямой последовательности
• Реле расстояния или импеданса
  • Реле фазового сопротивления
  • Реле углового сопротивления
  • Ом (или реактивное сопротивление) Реле
  • Реле углового сопротивления
  • Смещение реле Mho или реле с ограничениями
• Контрольные реле
  • Реле пилот-сигнала несущего канала или СВЧ-пилот-реле

Реле защиты не исключают возможность возникновения неисправности в энергосистеме, а их схемные действия начинаются только после того, как неисправность возникла в системе.Основными характеристиками хорошей релейной защиты являются ее надежность, чувствительность, простота, скорость и экономичность. Для ознакомления с защитным реле мы должны понимать некоторые важные термины.

Активизирующая величина — Это электрическая величина, которая представляет собой слияние напряжения или тока или только напряжения или тока, необходимое для работы реле.

Цепь отключения — Это цепь, которая управляет автоматическим выключателем для размыкания и включает катушку отключения, контакты реле, питание вспомогательной батареи выключателя и т.

Характеристическое количество — Предназначено для определения срабатывания реле. Некоторые реле имеют дифференцированный отклик на одну или несколько величин, называемых характеристической величиной.

Рабочее усилие или крутящий момент — Это сила, которая стремится замкнуть контакты реле.

Сдерживающая сила или крутящий момент — Это сила или крутящий момент, которые противодействуют крутящему моменту и стремятся прервать замыкание контактов реле.

Настройка — это фактическое значение возбуждающей величины, при которой реле работает при заданных условиях.

Энергопотребление реле — это значение мощности, потребляемой цепью реле при номинальном токе или напряжении, выраженное в ВА для переменного тока и в ваттах для постоянного тока.

Подъем — Считается, что реле срабатывает, когда оно перемещается из выключенного положения в положение включения, или срабатывание реле называется срабатыванием реле.

Рабочее реле или реле срабатывания — это значение срабатывающей величины (тока или напряжения), которая находится на пороге, выше которого реле срабатывает и замыкает свои контакты.Если ток в реле меньше значения срабатывания, реле не срабатывает, а выключатель срабатывает от него, остается в замкнутом положении.

Уровень отключения или сброса — Это значение тока или напряжения и т. Д., Ниже которого реле размыкает свои контакты и возвращается в исходное положение. Отношение отпускаемого напряжения или значения сброса к значению срабатывания или рабочего значения называется коэффициентом отпускания или сброса.

Быстрое значение — задается временем, которое проходит между моментом, когда ток или напряжение превышает значения срабатывания, до момента, когда контакты реле замкнуты.

Время возврата — Это время, которое проходит между моментом, когда ток или напряжение (управляющая величина) становятся меньше, чем значение сброса в то время, когда контакты реле замкнуты.

Seal-in-coil — Эта катушка не позволяет контактам реле размыкаться, когда через них протекает ток.

Время перерегулирования — Это время, в течение которого накопленная рабочая энергия рассеивается после того, как характеристическая величина была внезапно восстановлена ​​с заданного значения до значения, которое оно имело в исходном положении реле.

Время устранения неисправности — Это время между наличием неисправности и моментом окончательного гашения дуги в автоматическом выключателе называется временем устранения неисправности.

Время выключателя — Время между прекращением повреждения и окончательным гашением дуги в автоматическом выключателе называется временем выключателя.

Время реле — Интервал между наличием неисправности и замыканием контактов реле называется временем реле.

Зона действия — определяется как предельное расстояние, покрываемое защитой, неисправности, выходящие за пределы которого не находятся в пределах досягаемости защиты, и должны перекрываться другим реле.

Принцип действия реле защиты

Работа реле зависит либо от электромагнитного притяжения, либо от электромагнитной индукции. Реле электромагнитного притяжения имеет соленоид, который притягивается к полюсам электромагнита. Это реле работает как от источника переменного, так и от постоянного тока.

В реле типа электромагнитной индукции используется асинхронный двигатель, внутри которого крутящий момент создается за счет процесса электромагнитной индукции.Такой тип реле работает только от переменного тока.

Что нужно знать о защитных реле

Защитные реле, пожалуй, наименее изученный компонент защиты цепей среднего напряжения (СН). Фактически, некоторые считают, что автоматические выключатели среднего напряжения работают сами по себе, без прямого включения защитными реле. Другие думают, что работа и согласование защитных реле слишком сложны для понимания. Давайте углубимся в детали и устраним эти заблуждения.

Справочная информация

В стандартном словаре IEEE автоматический выключатель определяется следующим образом.

«Устройство, предназначенное для размыкания и замыкания цепи неавтоматическими средствами, а также для автоматического размыкания цепи при заданной перегрузке по току без вреда для себя при правильном применении в пределах своего номинала».

Согласно этому определению, выключатели среднего напряжения не являются настоящими выключателями, поскольку они не отключаются автоматически при перегрузке по току.Они представляют собой устройства переключения мощности с электрическим приводом, которые не работают до тех пор, пока какое-либо внешнее устройство не направит их на открытие или закрытие. Это верно независимо от того, является ли устройство воздушным, масляным, вакуумным или [SF.sub.6] автоматическим выключателем. Датчики и реле используются для обнаружения перегрузки по току или других ненормальных или неприемлемых условий и для подачи сигнала механизму переключения о срабатывании. Автоматические выключатели среднего напряжения — это переключатели грубой силы, а датчики и реле — это мозг, который управляет их работой.

Датчики могут быть трансформаторами тока (CT), трансформаторами напряжения (PT), приборами температуры или давления, поплавковыми выключателями, тахометрами или любым устройством или комбинацией устройств, которые будут реагировать на отслеживаемое состояние или событие.В распределительных устройствах наиболее распространенными датчиками являются трансформаторы тока для измерения тока и трансформаторы тока для измерения напряжения. Реле измеряют выходной сигнал датчика и вызывают срабатывание выключателя для защиты системы при превышении установленных пределов, отсюда и название «защитные реле». Наличие разнообразных датчиков, реле и автоматических выключателей позволяет проектировать полные системы защиты, настолько простые или сложные, насколько это необходимо, желательно и экономически целесообразно.

Реле электромеханические

В течение многих лет защитные реле были электромеханическими устройствами, построенными как прекрасные часы, с большой точностью и часто с подшипниками с драгоценными камнями.Они заработали заслуженную репутацию благодаря точности, надежности и надежности. Есть два основных типа рабочих механизмов: реле электромагнитного притяжения и реле электромагнитной индукции.

Реле магнитного притяжения . Реле магнитного притяжения, как показано на Рис. 1 (не включены здесь), имеют либо соленоид, который втягивает плунжер, либо один или несколько электромагнитов, притягивающих шарнирный якорь. Когда магнитная сила достаточна для преодоления сдерживающей пружины, подвижный элемент начинает движение и продолжается до тех пор, пока контакт (-ы) не сработает или магнитная сила не будет снята.Точка срабатывания — это ток или напряжение, при которых плунжер или якорь начинают двигаться, а в реле коммутационного устройства значение срабатывания может быть установлено очень точно.

Эти реле обычно срабатывают мгновенно, без преднамеренной задержки по времени, замыкаясь сразу после срабатывания, если позволяет механическое движение. К этому типу реле можно добавить временную задержку с помощью сильфона, рычага управления или часового механизма спуска. Однако точность синхронизации значительно менее точна, чем у реле индукционного типа, и эти реле редко используются с выдержкой времени в распределительных устройствах.

Реле притяжения могут работать как с переменным, так и с постоянным током на катушках; следовательно, на реле, использующие этот принцип, влияет составляющая постоянного тока асимметричного повреждения, и они должны быть настроены таким образом, чтобы учесть это.

Реле индукционные . Индукционные реле, как показано на Рис. 2 (не включены здесь), доступны во многих вариантах для обеспечения точных срабатываний срабатывания и время-токовых откликов для широкого диапазона простых или сложных системных условий. Индукционные реле — это в основном асинхронные двигатели.Подвижный элемент или ротор обычно представляет собой металлический диск, хотя иногда это может быть металлический цилиндр или чашка. Статор представляет собой один или несколько электромагнитов с катушками тока или потенциала, которые индуцируют токи в диске, заставляя его вращаться. Движение диска сдерживается пружиной до тех пор, пока вращательные силы не станут достаточными для поворота диска и приведения его подвижного контакта к неподвижному контакту, замыкая цепь, которой управляет реле. Чем сильнее обнаруживается повреждение, тем больше ток в катушках и тем быстрее вращается диск.

Калиброванная регулировка, называемая шкалой времени, устанавливает расстояние между подвижными и неподвижными контактами, чтобы изменять время срабатывания реле от быстрого (контакты лишь слегка разомкнуты) до медленного (контакты почти на полный оборот диска). Действие сброса начинается, когда вращательная сила снимается, либо путем замыкания контакта реле, который размыкает прерыватель, либо путем устранения неисправности, обнаруженной реле, иным образом. Сдерживающая пружина возвращает диск в исходное положение.Время, необходимое для сброса, зависит от типа реле и настройки шкалы времени (расстояния между контактами).

С несколькими магнитными катушками можно одновременно определять несколько состояний напряжения и тока. Их сигналы могут быть аддитивными или вычитающими при приведении в действие диска. Например, токово-дифференциальное реле имеет две токовые катушки с противоположным действием. Если два тока равны, независимо от величины, диск не двигается. Если разница между двумя токами превышает настройку датчика, диск вращается медленно для небольшой разницы и быстрее для большей разницы.Контакты реле замыкаются, когда разница сохраняется в течение времени, определяемого характеристиками и настройками реле. Используя несколько катушек, направленные реле могут определять направление тока или мощности, а также величину. Поскольку движение диска создается индуцированными магнитными полями от магнитов переменного тока, индукционные реле почти полностью не реагируют на составляющую постоянного тока асимметричного повреждения.

Большинство реле распределительного устройства заключены в выдвижной корпус для полузащитного монтажа.Реле обычно устанавливают на двери шкафа КРУ. Проводка датчика и управления выведена на разъемы на корпусе. Реле вставляется в корпус и подключается с помощью небольших переключателей или переходной вилки, в зависимости от производителя. Его можно отсоединить и вынуть из корпуса, не нарушая проводку. Когда реле отключено, соединения трансформатора тока в корпусе автоматически замыкаются на короткое замыкание вторичной обмотки трансформатора тока и защищают трансформатор тока от перенапряжений и повреждений.

Многие реле оснащены разъемом для тестового кабеля. Это позволяет использовать испытательный комплект для проверки калибровки реле. Передняя крышка реле прозрачна, ее можно снять для доступа к механизму, и на ней есть средства для пломбирования проводов и выводов для предотвращения несанкционированного доступа посторонних лиц.

Реле твердотельное

В последнее время все большую популярность приобрели твердотельные электронные реле. Эти реле могут выполнять все функции, которые могут выполняться электромеханическими реле, и, благодаря универсальности электронной схемы и микропроцессоров, могут выполнять многие функции, ранее недоступные.Как правило, твердотельные реле меньше и более компактны, чем их механические эквиваленты. Например, трехфазное твердотельное реле максимального тока можно использовать вместо трех однофазных механических реле максимального тока, но оно меньше одного из них.

Точность электронных реле выше, чем у механических реле, что обеспечивает более тесную координацию системы. Кроме того, поскольку отсутствует механическое движение и электронная схема очень стабильна, точность калибровки сохраняется в течение длительного времени.При желании время сброса может быть очень коротким, поскольку отсутствует механическое движение.

Электронным реле для работы требуется меньше энергии, чем их механическим эквивалентам, что создает меньшую нагрузку на трансформаторы тока и трансформаторы тока, которые их питают. Поскольку твердотельные реле имеют минимум движущихся частей, их можно сделать очень устойчивыми к сейсмическим воздействиям и поэтому они особенно хорошо подходят для зон, подверженных землетрясениям.

В своих ранних версиях некоторые твердотельные реле были чувствительны к тяжелым электрическим условиям промышленного применения.Они были склонны к выходу из строя, особенно из-за высоких переходных напряжений, вызванных молнией, электросетью и переключением на месте. Однако сегодняшние реле были спроектированы так, чтобы выдерживать эти переходные процессы и другие жесткие условия эксплуатации, и этот тип отказа практически исключен. Твердотельные реле завоевали прочные и быстрорастущие позиции на рынке, поскольку опыт доказывает их точность, надежность, универсальность и надежность.

Приведенная ниже информация относится к электромеханическим и твердотельным реле, хотя одно из них работает механически, а другое — электронно.Будут отмечены существенные различия.

Типы реле

Существуют буквально сотни различных типов реле. В каталоге одного производителя электромеханических реле перечислены 264 реле для функций защиты и управления распределительных устройств и систем. Для сложных систем со многими уровнями напряжения и межсоединениями на больших расстояниях, таких как передача и распределение электроэнергии, ретрансляция — это искусство, которому некоторые инженеры посвящают всю свою карьеру.Для более простого промышленного и коммерческого распределения релейная защита может быть менее сложной, хотя правильный выбор и применение по-прежнему очень важны.

Наиболее часто используемые реле и устройства перечислены здесь, в таблице (сюда не включена), с указанием их функциональных номеров и описаний Американского национального института стандартов (ANSI). Эти стандартные номера используются в однолинейных схемах и схемах подключения для обозначения реле или других устройств, что позволяет сэкономить место и текст.

Если реле сочетает в себе две функции, отображаются номера функций для обеих. Наиболее часто используемым реле является реле максимального тока, сочетающее в себе функции мгновенного отключения и отключения с обратнозависимой выдержкой времени. Это обозначено как устройство 50/51. В качестве другого примера устройство 27/59 может представлять собой комбинированное реле минимального и максимального напряжения. Полный стандарт ANSI перечисляет 99 номеров устройств, некоторые из которых зарезервированы для использования в будущем.

Реле можно классифицировать по характеристикам срабатывания.Реле мгновенного действия — это реле без преднамеренной задержки по времени. Некоторые могут работать за половину цикла или меньше; другие могут занять до шести циклов. Реле, которые работают за три цикла или меньше, называются высокоскоростными реле.

Реле с выдержкой времени могут быть с независимой или обратнозависимой выдержкой времени. Реле с независимой выдержкой времени имеют предустановленную временную задержку, которая не зависит от величины управляющего сигнала (ток, напряжение или что-то еще) после превышения значения срабатывания. Фактическая заданная временная задержка обычно регулируется.

Реле с обратнозависимой выдержкой времени, такие как реле максимального тока или дифференциальные реле, имеют время срабатывания, которое зависит от значения управляющего сигнала. Временная задержка велика для небольших сигналов и становится все короче по мере увеличения значения сигнала. Время работы обратно пропорционально величине отслеживаемого события.

Реле максимального тока

В распределительном устройстве реле максимального тока обычно используется на каждой фазе каждого автоматического выключателя, и часто используется одно дополнительное реле максимального тока для защиты от замыкания на землю.Обычная практика заключается в использовании одного элемента мгновенного короткого замыкания и одного элемента максимального тока с обратнозависимой выдержкой времени (ANSI 50/51) для каждой фазы.

В стандартном электромеханическом реле оба элемента для одной фазы объединены в одном корпусе реле. Элемент мгновенного действия представляет собой заслонку или соленоид, а элемент с обратнозависимой выдержкой времени представляет собой индукционный диск.

В некоторых твердотельных реле три мгновенных и три обратнозависимых элемента могут быть объединены в один корпус реле меньшего размера, чем у одного индукционного дискового реле.

Реле максимального тока реагируют только на величину тока, а не на направление тока или напряжение. Большинство реле спроектированы для работы от выхода трансформатора тока со стандартным коэффициентом передачи с вторичным током 5 А при номинальном первичном токе. Твердотельное реле не нуждается в дополнительном источнике питания, питаясь своей электронной схемой от выхода трансформатора тока, питающего реле.

На элементе мгновенного действия может быть установлена ​​только точка срабатывания, которая представляет собой значение тока, при котором элемент мгновенного действия будет действовать без преднамеренной временной задержки, чтобы замкнуть цепь отключения автоматического выключателя.Фактическое требуемое время будет немного уменьшаться по мере увеличения величины тока, от примерно 0,02 с максимум до примерно 0,006 с минимум, как видно из мгновенной кривой на Рис. 3 (см. Стр. 47) [ИЛЛЮСТРАЦИЯ ОПРЕДЕЛЕНА]. Это время будет зависеть от реле разных номиналов или производителей, а также будет зависеть от электромеханических и твердотельных реле.

Обратите внимание, что эта кривая основана на кратных настройках срабатывания для мгновенного элемента, которые обычно значительно выше, чем настройка срабатывания для элемента с обратнозависимой выдержкой времени.

Временные задержки можно выбирать в широком диапазоне практически для любых мыслимых требований. Выбор выдержки времени начинается с выбора реле. Существует три классификации времени: стандартное, среднее и длительное время задержки. Внутри каждой классификации существует три класса наклонов кривой с обратной зависимостью времени: обратный (наименее крутой), очень обратный (более крутой) и чрезвычайно обратный (самый крутой). Временная классификация и крутизна кривой характерны для выбранного реле, хотя для некоторых твердотельных реле они могут в некоторой степени регулироваться.Для каждого набора кривых, определяемых выбором реле, фактический отклик регулируется с помощью шкалы времени.

В элементе обратнозависимого времени есть две настройки. Сначала устанавливается точка сбора. Это значение тока, при котором начинается процесс отсчета времени, когда диск начинает вращаться на электромеханическом реле или электронная схема начинает отключаться по времени на твердотельном реле.

Затем выбирается установка шкалы времени. Это регулирует кривую выдержки времени между минимальной и максимальной кривыми для конкретного реле.Типичные обратные, очень обратные и чрезвычайно обратные кривые показаны на Рис. 3 (здесь не включены). У данного реле будет только один набор кривых, инверсных, очень инверсных или крайне инверсных, регулируемых во всем диапазоне шкалы времени. Обратите внимание, что ток указан в кратных настройках срабатывания датчика.

Каждый элемент, мгновенный или с временной задержкой, имеет флаг, который указывает, когда этот элемент сработал. Этот флаг необходимо сбросить вручную после срабатывания реле.

Установка пункта самовывоза

Стандартное реле максимального тока предназначено для работы от трансформатора тока с коэффициентом сжатия со стандартным вторичным выходом 5 А. Выходной сигнал стандартного трансформатора тока составляет 5 А при номинальном первичном токе, указанном на паспортной табличке, а выходная мощность пропорциональна первичному току в широком диапазоне. Например, трансформатор тока с коэффициентом 100/5 будет иметь выход 5 А, когда первичный ток (измеряемый и измеряемый ток) равен 100 А. Отношение первичной обмотки к вторичной обмотке 20: 1 является постоянным, так что при первичном токе 10 А вторичный ток будет равен 0.5А; для первичной обмотки 20 А, вторичной обмотки 1,0 А; для первичной обмотки 50 А, вторичной 2,5 А; и т. д. Для первичной обмотки на 1000 А вторичный ток составляет 50 А, и аналогично для всех значений тока вплоть до максимума, с которым ТТ будет работать, прежде чем он перейдет в насыщение и станет нелинейным.

Первым шагом в настройке реле является выбор ТТ, чтобы датчик можно было настроить на желаемое значение первичного тока. Номинальный ток первичной обмотки должен быть таким, чтобы первичный ток от 110 до 125% от ожидаемой максимальной нагрузки производил номинальный вторичный ток 5 А.Максимальный доступный первичный ток короткого замыкания не должен производить вторичный ток более 100 А во избежание насыщения и чрезмерного нагрева. Возможно, невозможно точно выполнить эти требования, но они представляют собой полезные рекомендации. В результате может потребоваться некоторый компромисс.

На реле максимального тока 50/51 настройка выдержки максимального тока (устройство 51) выполняется с помощью заглушки или винта, вставленного в соответствующее отверстие в розетке с рядом отверстий, отмеченных во вторичных амперах ТТ, с помощью регулируемого калиброванный рычаг или каким-либо аналогичным способом.Таким образом выбирается один отвод вторичного тока (общее количество отводов зависит от реле) на катушке срабатывания. Диапазон уставок первичного тока определяется соотношением выбранного трансформатора тока.

Например, предположим, что коэффициент передачи трансформатора тока составляет 50/5 А. Типичные ответвления — 4, 5, 6, 7, 8, 10, 12 и 16 А. Настройки датчика будут варьироваться от первичного тока 40А (ответвление 4А) до 160А (ответвление 16А). Если требуется датчик на 60 А, выбирается ответвитель на 6 А. Если требуется ток срабатывания более 160 А или менее 40 А, необходимо выбрать трансформатор тока с другим коэффициентом или, в некоторых случаях, другое реле с более высокими или более низкими настройками отводов.

Доступны различные типы реле с катушками срабатывания от 1,5 А до 40 А. Диапазон общих катушек составляет от 0,5 до 2 А, для слаботочных датчиков, таких как измерение замыкания на землю; От 1,5 до 6А средний диапазон; или от 4 до 16 А, диапазон, обычно выбираемый для максимальной токовой защиты. Доступны трансформаторы тока с широким диапазоном номиналов первичной обмотки, со стандартными вторичными обмотками 5А или с другими вторичными номиналами, вторичными обмотками с отводами или несколькими вторичными обмотками.

Подходящую комбинацию коэффициента трансформации трансформатора тока и пусковой катушки можно найти практически для любого желаемого первичного тока срабатывания и настройки реле.

Настройка мгновенного отключения (устройство 50) также регулируется. Параметр задается в амперах срабатывания, полностью не зависит от настройки срабатывания срабатывания элемента с обратнозависимой выдержкой времени или, на некоторых твердотельных реле, кратно точке срабатывания с обратнозависимой выдержкой времени. Например, одно электромеханическое реле регулируется от 2 до 48 А срабатывания; твердотельное реле регулируется от 2 до 12 раз по сравнению с уставкой обратнозависимого времени срабатывания отвода. На большинстве электромеханических реле средством настройки является отводной штекер, аналогичный тому, который используется для элемента с обратнозависимой выдержкой времени.С помощью штекера можно выбрать диапазон полного тока. Неоткалиброванная регулировка винта обеспечивает окончательную настройку датчика. Это требует использования испытательного комплекта для подачи калибровочного тока в катушку, если настройка должна быть точной. На твердотельных реле регулировкой может быть калиброванный переключатель, который можно установить с помощью отвертки.

Установка шкалы времени

Для любой данной настройки отвода или срабатывания реле имеет целое семейство кривых время-ток. Нужная кривая выбирается вращением шкалы или перемещением рычага.Шкала времени или рычаг калибруются произвольными числами, между минимальным и максимальным значениями, как показано на кривых, опубликованных производителем реле. Типичный набор кривых шкалы времени для реле с обратнозависимой выдержкой времени показан на Рис. 4 (здесь не включен). При установке шкалы времени на ноль контакты реле замкнуты. По мере увеличения настройки шкалы времени размыкание контактов увеличивается, увеличивая время срабатывания реле. При желании могут быть выполнены настройки между точками калибровки, а применимая кривая может быть интерполирована между напечатанными кривыми.

Точки срабатывания и настройки шкалы времени выбираются таким образом, чтобы реле могло выполнять желаемую защитную функцию. Для реле максимального тока цель состоит в том, чтобы при возникновении неисправности в системе сработало реле, ближайшее к неисправности. Установки времени на вышестоящих реле должны задерживать их срабатывание до тех пор, пока соответствующее устройство максимального тока не устранит неисправность. Требуется исследование селективности, отображающее время-токовые характеристики каждого устройства в исследуемой части системы.Благодаря широкому выбору доступных реле и гибкости настроек каждого реле выборочная координация возможна для большинства систем.

Выбор и настройка других реле, кроме реле максимального тока, выполняются аналогичным образом. Детали будут отличаться в зависимости от типа реле, его функции в системе и производителя реле.

Реле срабатывания

Электромеханическое реле сработает и начнет замыкать свои контакты, когда ток достигнет значения срабатывания.При токе срабатывания с обратнозависимой выдержкой времени действующие усилия очень малы, а точность синхронизации оставляет желать лучшего. Время реле является точным примерно в 1,5 раза или больше, и именно здесь начинаются кривые время-ток ( Рис. 4 ) [не включены здесь]. Этот факт необходимо учитывать при выборе и настройке реле.

Когда контакты реле замыкаются, они могут отскочить, слегка размыкаясь и создавая дугу, которая сжигает и разъедает контактные поверхности. Чтобы предотвратить это, реле максимального тока имеют встроенное вспомогательное реле с герметичным контактом, параллельным контактам реле времени, которое немедленно замыкается при соприкосновении контактов реле.Это предотвращает возникновение дуги при дребезге контактов реле. Это вспомогательное реле также активирует механический флаг, указывающий на срабатывание реле.

Когда автоматический выключатель, управляемый реле, размыкается, катушка реле обесточивается вспомогательным контактом на выключателе. Это защищает контакты реле, которые рассчитаны на токи до 30 А, но не должны нарушать индуктивный ток цепи отключения выключателя, чтобы предотвратить искрящий износ. Затем диск возвращается в исходное положение пружиной.Реле сброшено. Время возврата — это время, необходимое для полного возврата контактов в исходное положение. Контакты разъединяются примерно через 0,1 сек (шесть циклов) после обесточивания катушки. Общее время сброса зависит от типа реле и настройки шкалы времени. Для максимальной настройки шкалы времени (контакты полностью разомкнуты) типичное время сброса может составлять 6 секунд для реле с обратнозависимой выдержкой времени и до 60 секунд для реле с очень обратной или крайне обратной зависимостью. При более низких настройках шкалы времени расстояние размыкания контактов меньше, поэтому время сброса меньше.

Работа твердотельного реле не зависит от механических сил или движущихся контактов, а выполняет свои функции электронно. Следовательно, синхронизация может быть очень точной даже для токов, равных величине срабатывания срабатывания. Отсутствует механический дребезг контактов или искрение, а время сброса может быть очень коротким.

Выбор CT и PT

При выборе измерительных трансформаторов для реле и измерения необходимо учитывать ряд факторов; коэффициент трансформации, нагрузка, класс точности и способность выдерживать доступные токи короткого замыкания.

Коэффициент трансформации трансформатора тока . Указанные выше рекомендации по трансформатору тока должны иметь номинальный вторичный выход на уровне от 110 до 125% от ожидаемой нагрузки и не более 100 А вторичного тока при максимальном первичном токе повреждения. Если может потребоваться более одного коэффициента трансформации ТТ, доступны ТТ с ответвлениями вторичных обмоток или многообмоточных вторичных обмоток.

Нагрузка ТТ . Нагрузка трансформатора тока — это максимально допустимая вторичная нагрузка, выраженная в вольтамперах (ВА) или сопротивлении в омах для обеспечения точности.В стандартах ANSI указаны нагрузки от 2,5 до 45 ВА при коэффициенте мощности 90% для измерения ТТ и от 25 до 200 ВА при 50% коэффициента мощности для реле ТТ.

Класс точности ТТ . Стандарты класса точности ANSI: [+ или -] 0,3, 0,6 или 1,2%. Ошибки соотношения возникают из-за тепловых потерь, возведенных в квадрат R. Фазовые ошибки возникают из-за потерь в сердечнике на намагничивание.

ТТ помечены точкой или другим обозначением полярности на первичной и вторичной обмотках, так что в момент, когда ток поступает на отмеченный первичный вывод, он выходит из помеченного вторичного вывода.Полярность не требуется для определения максимального тока, но важна для дифференциальной реле и многих других функций реле.

Коэффициент PT . Выбор коэффициента PT относительно прост. Коэффициент передачи трансформатора тока должен быть таким, чтобы при номинальном первичном напряжении вторичный выход составлял 120 В. При напряжениях, превышающих номинальное первичное напряжение более чем на 10%, трансформатор тока будет подвержен насыщению сердечника, что приведет к ошибкам напряжения и чрезмерному нагреву.

Обременение ПТ .Доступны трансформаторы тока для нагрузок от 12,5 ВА при коэффициенте мощности 10% до 400 ВА при коэффициенте мощности 85%.

Точность ПТ . Классы точности — стандарт ANSI [+ или -] 0,3, 0,6 или 1,2%. Первичные цепи PT, а также, где это возможно, вторичные цепи PT, должны быть защищены предохранителями.

CT и PT должны обладать достаточной мощностью для обслуживания нагрузки и достаточной точностью для функций, которые они должны выполнять. Однако увеличение нагрузки или точности, чем необходимо, просто увеличит стоимость измерительных трансформаторов.Твердотельные реле обычно требуют меньших затрат, чем электромеханические реле.

Защитное реле — обзор

IA A Краткая история

Фундамент современной передачи электроэнергии был заложен в 1882 году, когда была построена станция Томаса А. Эдисона на Перл-Стрит, генератор постоянного тока и радиальная линия передачи, используемая в основном для освещения. в Нью-Йорке. Развитие передачи переменного тока в Соединенных Штатах началось в 1885 году, когда Джордж Вестингауз купил патенты на системы переменного тока, разработанные Л.Голар и Дж. Д. Гиббс из Франции. Энергетические системы переменного и постоянного тока в то время состояли из коротких радиальных линий между генераторами и нагрузками и обслуживали потребителей в непосредственной близости от генерирующих станций.

Первая высоковольтная линия электропередачи переменного тока в США была построена в 1890 году и прошла 20 км между водопадом Уилламетт в городе Орегон и Портлендом, штат Орегон. Технология передачи переменного тока быстро развивалась (Таблица I), и вскоре были построены многие линии переменного тока, но в течение нескольких лет большинство из них работали как изолированные системы.По мере увеличения расстояний передачи и роста спроса на электроэнергию возникла потребность в перемещении более крупных блоков мощности, стали важны факторы надежности, и начали строиться взаимосвязанные системы (электрические сети). Взаимосвязанные системы обеспечивают значительные экономические преимущества. Меньшее количество генераторов требуется в качестве резервной мощности на период пикового спроса, что снижает затраты на строительство для коммунальных предприятий. Точно так же требуется меньше генераторов во вращающемся резерве, чтобы справиться с внезапным, неожиданным увеличением нагрузки, что еще больше снижает инвестиционные затраты.Электросети также предоставляют коммунальным предприятиям возможности для выработки электроэнергии, позволяя использовать наименее дорогие источники энергии, доступные для сети в любое время. Энергетические системы продолжают расти, и типичные региональные электрические сети сегодня включают десятки крупных генерирующих станций, сотни подстанций и тысячи километров линий электропередачи. Развитие обширных региональных сетей и сетей в 1950-х и 1960-х годах привело к большей потребности в согласовании критериев проектирования, схем защитных реле и управления потоками мощности и привело к развитию компьютеризированных систем диспетчерского управления и сбора данных (SCADA).

ТАБЛИЦА I. Исторические тенденции в высоковольтной передаче электроэнергии

550

7

1200

Напряжение системы (кВ)
Номинальное значение	Максимальное значение	340 Год выпуска мощность передачи (МВт)	Типичная ширина полосы отвода (м)
Переменный ток
115	121	1915	50–200	15–25
230	242	1921	200–500	30–40
345	362	1952	400–1500	35–6	1964	1000–2500	35–45
765	800	1965	2000–5000	40–55
1100	1200	Протестировано 1970-е годы	3000–10000	50–75
Постоянный ток
50		1954
200	(± 100)	1961	200–500	30–35
500	(± 250)	1965	750–1500 30232357
800	(± 400)	1970	1500–2000	35–40
1000	(± 500)	1984	2000–3000	35–40
35–40	(± 600)	1985	3000–6000	40–55

Первое коммерческое применение высоковольтной передачи постоянного тока было разработано R.Тюри во Франции на рубеже веков. Эта система состояла из ряда генераторов постоянного тока, соединенных последовательно у источника для получения желаемого высокого напряжения. Позже были разработаны ионные преобразователи, и в 1930-х годах в штате Нью-Йорк был установлен демонстрационный проект на 30 кВ. Первая современная коммерческая система передачи постоянного тока высокого напряжения с использованием ртутных дуговых клапанов была построена в 1954 году и соединила подводным кабелем остров Готланд и материковую часть Швеции. С тех пор за ним последовали многие другие системы передачи постоянного тока, в последнее время использующие тиристорную технологию.Проекты включают воздушные линии и подземные кабели, а также подводные кабели, чтобы полностью использовать мощность постоянного тока для снижения стоимости передачи на большие расстояния, избежать проблем с реактивной мощностью, связанных с длинными кабелями переменного тока, и служить в качестве асинхронных связей между сетями переменного тока. .

Сегодня коммерческие энергосистемы с напряжением до 800 кВ переменного тока и ± 600 кВ постоянного тока работают по всему миру. Созданы и испытаны опытные образцы систем переменного тока напряжением от 1200 до 1800 кВ. Возможности передачи электроэнергии увеличились до нескольких тысяч мегаватт на линию, а экономия на масштабе привела к повышению номинальных характеристик оборудования подстанции.Распространены блоки трансформаторов сверхвысокого напряжения (СВН) мощностью 1500 МВА и выше. Подстанции стали более компактными, так как все большее распространение получают шины с металлической обшивкой и газовой изоляцией SF ₆ . Автоматическое регулирование выработки электроэнергии и потока мощности имеет важное значение для эффективной работы взаимосвязанных систем. Для этих приложений широко используются компьютеры и микропроцессоры.

IB Компоненты системы

Целью системы передачи электроэнергии является передача электроэнергии от генерирующих станций к центрам нагрузки или между регионами безопасным, надежным и экономичным способом при соблюдении применимых требований федерального, регионального и местного уровней. правила и положения.Удовлетворение этих потребностей наиболее эффективным и безопасным образом требует значительных капиталовложений в линии электропередачи, подстанции и оборудование для управления и защиты системы. Ниже приведены некоторые из основных компонентов современной системы передачи электроэнергии высокого напряжения.

Воздушные линии электропередачи передают электроэнергию от генерирующих станций и подстанций на другие подстанции, соединяющие центры нагрузки с электрической сетью, и передают блоки основной мощности на стыках между региональными сетями.Линии передачи высокого напряжения переменного тока представляют собой почти исключительно трехфазные системы (по три проводника на цепь). Для систем постоянного тока типичны биполярные линии (два проводника на цепь). Воздушные линии электропередачи рассчитаны на заданную мощность передачи при конкретном стандартизованном напряжении (например, 115 или 230 кВ). Уровни напряжения обычно основываются на экономических соображениях, и линии строятся с учетом будущего экономического развития в местности, где они заканчиваются.

Подземные кабели служат тем же целям, что и воздушные линии электропередачи.Подземные кабели требуют меньше полосы отчуждения, чем воздушные линии, но, поскольку они проложены под землей, их установка и обслуживание дороги. Подземная передача часто в 5–10 раз дороже, чем воздушная передача той же мощности. По этим причинам подземные кабели используются только в местах, где воздушное строительство небезопасно или технически неосуществимо, где земля для проезда недоступна или где местные власти требуют прокладки под землей.

Подстанции или коммутационные станции служат в качестве соединений и точек переключения для линий передачи, фидеров и цепей генерации, а также для преобразования напряжений до требуемых уровней.Они также служат точками для компенсации реактивной мощности и регулирования напряжения, а также для измерения электроэнергии. Подстанции имеют шинные системы с воздушной или газовой изоляцией (CGI). Основное оборудование может включать в себя трансформаторы и шунтирующие реакторы, силовые выключатели, разъединители, батареи конденсаторов, устройства измерения тока и напряжения, измерительные устройства, разрядники для защиты от перенапряжений, реле и защитное оборудование, а также системы управления.

Преобразовательные подстанции переменного / постоянного тока — это специальные типы подстанций, на которых выполняется преобразование электроэнергии из переменного в постоянный (выпрямление) или из постоянного в переменный (инвертирующее).Эти станции содержат обычное оборудование подстанции переменного тока и, кроме того, такое оборудование, как вентили преобразователя постоянного тока (тиристоры), соответствующее оборудование управления, преобразовательные трансформаторы, сглаживающие реакторы, реактивные компенсаторы и фильтры гармоник. Они также могут содержать дополнительные средства управления демпфированием или средства контроля устойчивости при переходных процессах.

Силовые трансформаторы используются на подстанциях для повышения или понижения напряжения и для регулирования напряжений. Для получения желаемого напряжения и поддержания соотношения фазовых углов используются разные схемы обмоток.Обычно используются автотрансформаторы и многообмоточные трансформаторы. Силовые трансформаторы обычно оснащены переключателями ответвлений под нагрузкой или без нагрузки для управления напряжением и могут иметь специальные обмотки для подачи электроэнергии на станцию. Фазовращатели, заземляющие трансформаторы и измерительные трансформаторы — это специальные типы трансформаторов.

Шунтирующие реакторы используются на подстанциях для поглощения реактивной мощности для регулирования напряжения в условиях низкой нагрузки и повышения стабильности системы. Они также помогают снизить переходные перенапряжения во время переключения.Иногда используются специальные схемы шунтирующих реакторов для настройки линий передачи для гашения вторичной дуги в случае однополюсного переключения.

Силовые выключатели используются для переключения линий и оборудования, а также для отключения токов короткого замыкания во время аварийных ситуаций в системе. Срабатывание силового выключателя инициируется вручную оператором или автоматически цепями управления и защиты. В зависимости от изоляционной среды между главными контактами силовые выключатели бывают с воздушной, масляной или газовой изоляцией (SF ₆ ).

Выключатели-разъединители используются для отключения или обхода линий, шин и оборудования в зависимости от условий эксплуатации или технического обслуживания. Выключатели-разъединители не подходят для отключения токов нагрузки. Однако они могут быть оснащены последовательными прерывателями для прерывания токов нагрузки.

Синхронные конденсаторы — это вращающиеся машины, которые улучшают стабильность системы и регулируют напряжения при различных нагрузках, обеспечивая необходимую реактивную мощность; они не распространены в Соединенных Штатах.Иногда они используются в преобразовательных подстанциях постоянного тока для обеспечения необходимой реактивной мощности, когда пропускная способность приемной системы переменного тока мала.

Шунтирующие конденсаторы используются на подстанциях для подачи реактивной мощности для регулирования напряжения в условиях большой нагрузки. Батареи шунтирующих конденсаторов обычно переключаются группами, чтобы минимизировать скачкообразные изменения напряжения.

Статические вольт-амперные реактивные компенсаторы (ВАР) сочетают в себе функции шунтирующих реакторов и конденсаторов и связанного с ними управляющего оборудования. В статических компенсаторах VAR часто используются конденсаторы с тиристорным управлением или насыщающийся реактор для получения более или менее постоянного напряжения в сети путем непрерывной регулировки реактивной мощности, передаваемой в энергосистему.

Ограничители перенапряжения состоят из последовательно соединенных нелинейных резистивных блоков из оксида цинка (ZnO) или карбида кремния (SiC) и, иногда, из последовательных или шунтирующих разрядников. Ограничители перенапряжения используются для защиты трансформаторов, реакторов и другого основного оборудования от перенапряжений.

Стержневые зазоры служат той же цели, что и разрядники для защиты от перенапряжений, но с меньшей стоимостью, но с меньшей надежностью. В отличие от разрядников для защиты от перенапряжений, зазоры в стержнях при срабатывании вызывают короткое замыкание, что приводит к срабатыванию выключателя.

Конденсаторы серии

используются в линиях передачи на большие расстояния для уменьшения последовательного импеданса линии для управления напряжением.Снижение импеданса линии снижает реактивные потери в линии, увеличивает пропускную способность и улучшает стабильность системы.

Релейное и защитное оборудование устанавливается на подстанциях для защиты системы от ненормальных и потенциально опасных условий, таких как перегрузки, сверхтоки и перенапряжения, путем срабатывания силового выключателя.

Коммуникационное оборудование жизненно важно для потока информации и данных между подстанциями и центрами управления. Линия передачи, радио, микроволновая и волоконно-оптическая линии связи широко используются.

Центры управления, мозг любой электрической сети, используются для управления системой. Они состоят из сложных систем диспетчерского управления, систем сбора данных, систем связи и управляющих компьютеров.

Введение в реле №1 — что такое реле, трансформаторы тока и трансформаторы тока?

Защитные реле

— это передовая область электротехники и заключения контрактов, которая может пугать, но это не обязательно! Эта серия из 3 статей познакомит не инженеров с солнечными батареями и накопителями энергии с основными принципами ретрансляции.

Введение в реле №1 — что такое реле, трансформаторы тока и трансформаторы тока? (ниже на этой странице)

Введение в реле # 2 — номера устройств реле ANSI / IEEE

Введение в реле № 3 — Что означает SEL?

Что такое реле?

Термин «реле» может означать несколько разных вещей в мире электрики и электроники, но в солнечной промышленности «реле» относится к «защитному реле».

Защитное реле контролирует напряжение, ток или частоту цепи.При возникновении ненормального состояния реле размыкает или замыкает переключатель, чтобы изолировать систему.

В прошлые десятилетия реле были электромагнитными устройствами. Сегодня современные реле основаны на микропроцессоре, который по сути представляет собой компьютер в коробке.

Функция

Функция реле — быстро вывести из строя любое оборудование, которое может быть повреждено или иным образом повлиять на работу системы.

Реле защищают электрическую систему двумя способами:

1. Предотвратить отказ или повреждение электрических систем.
2. Смягчите последствия отказа, когда он произойдет.

Реле контролирует ток, напряжение и частоту в цепи и выявляет ненормальные рабочие условия. Когда контролируемое значение выходит за пределы указанного диапазона, реле посылает сигнал устройству (например, переключателю) на открытие или закрытие до того, как это повлияет на электрическую систему.

«Электрическая система», которая защищает реле, может быть:

1. Солнечная фотоэлектрическая система или система хранения энергии
2. Здание или объект
3. Коммунальные сети

Например, реле максимального тока может измерять ток в фидере, и если ток превышает запрограммированную уставку, оно посылает сигнал на отключение автоматического выключателя и прекращение прохождения тока.

Реле обратной мощности является примером реле максимального тока, которое защищает электрическую систему электросети. Если текущая обратная подача в сеть превышает предел коммунального предприятия, это отключит солнечную систему до того, как коммунальное оборудование будет повреждено.

Реле перенапряжения обычно используется для защиты инверторов и трансформаторов в солнечной фотоэлектрической системе. Когда реле обнаруживает скачок напряжения, оно отключает систему, изолируя ее от вредного воздействия высокого напряжения, присутствующего в сети.

Чем он отличается от автоматического выключателя или выключателя с предохранителем?

Автоматический выключатель или выключатель с предохранителем также прерывают цепь при слишком высоком токе. Однако функциональность этим в значительной степени ограничена. Это всего лишь устройство максимального тока с ограниченной регулировкой или без нее.

Однако реле может гораздо больше:

• Многофункциональный: реле может контролировать ток и / или напряжение, частоту, коэффициент мощности и т. Д. В солнечной промышленности коммунальные предприятия часто заботятся о напряжении и частоте в сети, а также о том, работает ли фотоэлектрическая система за пределами сети. в указанном диапазоне, он хочет, чтобы ваша солнечная система отключилась, прежде чем это окажет негативное влияние на сеть.
• Программируемый и гибкий — Современные реле используют специальную программу, написанную инженером, которая точно определяет, как они работают. Одна и та же модель реле может использоваться в 10 солнечных проектах, но каждый может быть запрограммирован по-разному.
• Отдельные части и все в одном — автоматический выключатель — это устройство «все в одном». Чувствительный элемент и переключатель находятся в одном корпусе. Реле обычно состоит из нескольких дискретных компонентов: реле, переключателя (для размыкания или замыкания цепи), ТТ и / или ТТ (подробнее о ТТ и ТТ ниже).Реле может быть установлено в том же корпусе, но не интегрировано, как автоматический выключатель.

Что такое трансформаторы тока?

CTs — трансформаторы тока. Это устройства, которые измеряют ток в цепи. Трансформаторы тока необходимы, потому что ток в цепи намного выше, чем может выдержать реле. ТТ понижают ток до низкого уровня, безопасного для подключения к реле. Когда вы видите трансформатор тока с соотношением 800: 5, это означает, что он берет схему, работающую в диапазоне от 0 до 800 А, и понижает ее пропорционально диапазону от 0 до 5 А, который достаточно мал для подключения к реле.

Что такое СТ?

PTs расшифровывается как «трансформаторы напряжения». Это устройства, которые измеряют напряжение и частоту в цепи. Как и трансформаторы тока, трансформаторы напряжения необходимы, потому что напряжение в цепи намного выше, чем может выдержать реле, поэтому они понижают его до гораздо более низкого уровня для реле.

Коммутационное устройство

Коммутационное устройство размыкает (выключает) или замыкает (включает) цепь. Размыкание цепи из-за ненормального состояния обычно называется «отключением» цепи.