Назначение
Основным назначением РЗА явл-ся автоматич. отключ. поврежденного элемента от неповрежденной схемы путем воздействия на выключатель.
Другое – выявл. опасных ненормальных режимов (перегрузки оборудования, повышение напряжения).
Надежная бесперебойная работа энергосистемы не может быть обеспечена только с помощью РЗА. Поэтому применяются различные виды автоматики. Основными из них являются:
1. АПВ:
2. АВР
3. АЧР Рг = Рп
4. АРВ
Основные требования:
1. селективность (избирательность) – способность защиты отключать только поврежденные линии. Если по принципу действия защита действует только на поврежденном элементе, то эта защита с абсолютной селективностью. Если РЗ действует на смежный участок, то это защита с относительной селективностью.
Иногда в целях упрощения РЗ и в целях более быстрого отключения допускается неселективное действие, однако они должны быть исправлены последующим действием автоматики.
Быстродействие.
Высокое быстродействие необходимо по причинам:
- для повышения устойчивости параллельной работы источников питания;
- для уменьшения влияния снижения напряжения на работу потребителей;
- для уменьшения объема разрушения изоляции и токоведущих частей;
- для повышения эффективности действия некоторых устройств автоматики;
- для повышения безопасности обслуживания электроустановок;
tотк = tзащ + tов
tов ≈ 0,06 – 0,15с
tзащ ≥ 0,02 – 0,04с
3. чувствительность – способность защиты реагировать на повреждение элемента в минимальных режимах работы системы.
Выполнение защиты встречают большие затруднения, т.к с развитием сетей и увеличением их нагрузок токи короткого замыкания часто оказываются соизмеримы с токами нагрузки.
|
|
Чувствительность защит оценивается коэффициентом чувствительности:
4. надежность – способность защиты выполнять заданную функцию, сохраняя эксплуатационные характеристики в заданных пределах в течение заданного времени.
5. Структурные схемы РЗ. Классификация реле.
Защита состоит:
1 – измерительная часть;
2 – логическая часть;
3 – источник оперативного тока;
4 – исполнительные органы.
Измерительная часть получает питание от измерительных тр-ров ТV и TA и непрерывно контролирует состояние защищаемого устройства.
Логическая часть определяет программу защиты в зависимости от сигналов измерительной части. Основным элементом защиты является реле.
Классификация реле:
1. по конструктивному исполнению:
а) электромеханическое реле с подвижными элементами и контактами;
б) статические – без подвижных элементов и контактов;
2. по назначению:
а) измерительные (реле тока напряжения и т.д.);
б) логические (реле времени, промежуточные и указательные реле);
3. по принципу действия:
а) электромагнитные;
б) индукционные;
в) магнитоэлектрические;
г) поляризованные;
4. по роду величины, вызвавшей срабатывание реле:
а) тока;
б) напряжения;
в) мощности;
5. различают реле максимального и минимального действия;
6. по способу включения в защищаемую цепь:
а) первичные (обмотки включаются непосредственно в защищаемую цепь);
б) вторичные (через измерительные TA и TV);
7. по способу воздействия на привод выключателя:
а) прямого действия;
б) косвенного.
|
|
Реле прямого действия обычно встраиваются в привод выключателя и поэтому часто называются встроенными. Эти реле реле воздействуют на отключаемое устройство выключателя, они не имеют контактов и не требуют источников оперативного тока.
РТМ – реле тока мгновен. действия;
РТВ – реле тока с выдержкой времени;
РНМ – реле напряжения мгновен. действия;
РНВ – реле напряжения с выдержкой времени.
8. Общие обозначения реле на схемах.
| Обозначения по ГОСТу | Описание | Старое обозначение |
| реле | ||
| обмотка реле | ||
| замыкающ. контакт (мгновен.) | ||
| нормально замкнутый контакт | ||
| переключающий контакт | ||
| переключающий контакт с безобрывным переключ. тока | ||
| нормально открытый с выдержкой времени на замыкание | ||
| контакт кнопка | ||
| нормально открытый с выдержкой времени на размыкание | ||
| нормально открытый с выдержкой времени на размыкание и замыкание | ||
| нормально замкнутый с выдержкой времени на замыкание | ||
| нормально замкнутый с выдержкой времени на размыкание | ||
| нормально замкнутый с выдержкой времени на размыкание и замыкание |
Все элементы на схемах должны иметь позиционное обозначение, кот. строятся с использованием букв только латинского алфавита и арабских цифр. Буквенное обозначение может состоять от 1 до 3, цифровой код от 1 до 3 цифр.
Обозначение
КА1 – реле тока;
KV – реле напряжения;
KW – реле мощности;
KZ – реле сопротивления;
KT – реле времени;
KL – промежуточное реле;
|
|
KH – указательное реле;
YAT – электромагнит отключения выключателя;
TA – измерительный тр-тор тока;
TV – тр-тор напряжения;
TL – промежуточный тр-тор.
1. Источники оперативного тока
Опер. ток-это ток, который исп-ся для дист-го управления выключателями, для питания цепей защит, автоматики, телемеханики и сигнализации.
Основное требование - высокая надежность. Напр-е и мощн. источника должны быть достаточными для управления выкл-ми и питания защит.
Источники пост-го опер. тока –аккумуляторные батареи 220,110,48 и 24 В. Пост. опер. ток исп-ся на ЭС и мощных ПС. Его достоинство - высокая надежность. Недостатки: необходимость спец. помещений для установки аккум-х батарей, необх. квалиф-го персонала для обсл-я, необходимость в зарядных и подзарядных агрегатах.
Источники перем-го опер. тока: измерительные ТА, TV, ТСН.
ТА - надежный источник для защиты от КЗ; не используются для питания защит, действие которых не связано с увеличением тока защищаемой цепи.
TV и ТСН не обеспечивают надежного питания защит от КЗ, т.к при КЗ напряжения могут сильно снижаться.
Т.о источники переем. опер. не универсальные.
Схемы использования переем. опер. тока: схема с дешунтировнием катушек откл. выключателя; схема с выпрямит. блоками питания; сх. с предв-но заряжен-ми конденсаторами.
В норм. Режиме ток от тр-ров ТА проходит через обмотку и замкнутый контакт, минуя катушку отключения контакта выключателя. При к.з реле срабатывает и переключает свои контакты. Первым замыкается нижний контакт при замкнутом верхнем, тем самым катушка отключения дешунтируется и получает питание. При этом ток от ТА будет идти не только по обмотке реле но и по катушке отключения.
Выпрямит-е блоки питания делятся на токовые, напр-я и комбинир-е. Токовая обеспечивает надежн. питан-е защит от КЗ. Блоки питан. напряж-я обеспеч. надежн. питание при поврежден. не связанные с увелич. тока; комбиниров-е обеспечив-т надежн. питание защит от все видов повреждений.
В норм. режиме кондесатор заряжен через блок питания и заряда (БПЗ). При исчезновении напр-я заряд конденс-ра сохраняется, поэтому при срабатывании реле защиты замыкает цепь на катушку отключения выключателяи конденсатор разряжается, при этом срабатывает катушка отключения и отключает выключатель.
2. Токовая защита
Токовыми называются защиты с от носительной селективностью, реагирующие на ток в защищаемом элементе. Они приходят в действие при превышении током в месте их включения некоторого заранее установленного значения. В общем случае они выполняются со ступенчатыми, плавными или комбинированными характеристиками выдержками времени t=f(l), где l – расстояние от места включения защиты до точки возникшего кз.
Основным элементом защиты является реле максимального тока, кот. срабатывает на увеличение тока в цепи.
Подразделяются на
1. МТЗ
2. Токовые отсечки
Основная разница между ними заключается в способе обеспечения селективности. Селективность обеспечив-ся выбором времени србат. защиты, а селективность токовых отсечек обеспечивается ограничением зоны действия защит, что достигается соответсв. выбором токов срабатывания.
3. Максимальная токовая защита (МТЗ).
МТЗ могут быть трехфазные или на двухфазном токе выполняются с помощью реле прямого или косвенного действия, могут выполняться как на постоянном оперативном токе, так и на переменном. По виду характеристики времени срабатывания защиты МТЗ могут быть с независимой от тока характеристикой выдержки времени или с зависимой характеристикой. Принципиальная схема МТЗ на постоянном оперативном токе с независимой характеристикой выдержки времени:
4. Выбор параметров срабатывания защиты.
-ток срабатывания защиты
1. Защита не должна срабатывать от максимальных нагрузочных токов
2. Токовое реле защиты сработав при внешних к.з. должно вернуться в исходное положение после отключ к.з.
-ток срабатывания реле
-время срабатывания защиты
5. Выбор выдержек времени
Производится по ступенчатому принципу. По наиболее удаленному участку сети выдержка времени принимается минимальной и увеличивается по мере приближения к источнику питания.
-ступень селективности
-выбирается большее значение
-время отключения выключателя;
,-погрешности во времени срабатывания предыдущих и последующих защит;
-инерционная ошибка (для защит с независимой характеристикой равной нулю);
-время запаса.
Для защиты с независимой характеристикой времени срабатывания с, с зависимой характеристикой - с.
6. Выбор тока срабатывания МТЗ
Ток срабат.защиты выбирается по:
1.Защита не должна срабат.от макс.нагрузочных токов
2.Токовое реле защиты срабатывает при внешних КЗ и должно возвращаться в исходное положение после откл. КЗ.
-коэф.самозапуска.Его величина зависит от состава нагрузки. При неизвестной нагрузке=2,5-3;
Коэффициент возврата:
;
Ток срабатывания защиты протекает по первичным обмоткам тр-ра ТА, токи в которых протекают в токовом реле меньше тока срабатывания защиты ан величину коэффициента трансформации ТА. Кроме того для подсчета тока в реле необходимо учитывать схему соединения ТА и реле.
Схема соединения хар-ся коэф.схемы:
;
7. Чувствительность защиты
; -коэф.чувствительности
-мин.ток протекаемый в реле при КЗ (ток двухфазного КЗ)
8. Схема соединения пусковых органов МТЗ
1. 3-х фазная -3-х релейная схема соединения тр-ра тока и реле в звезду.
.Схема реагирует на все виды КЗ и имеет одинаковую чуствительность при всех видах повреждений.В нормальном режиме при всех видах междуфазного КЗ, ток в нулевом проводе равен нулю, поэтому нулевой провод не требуется. При КЗ на землю по нулевому проводу протек.ток нулевой последовательности, поэтому нулевой провод необходим для норм.работы схемы. Из-за погрешности в тр-рах тока, ток в нулевом проводе не равен нулю даже в норм.режиме. В реле протекают токи равные токам во вторичных обмотках тр-ра тока.В сетях с изолированной нейтралью при двойных замыканиях на землю, когда точки повреждения расположены на параллельных линиях отходящих от общих шин защита откл.обе линии при условии равенства времени выдержки защиты.
2. 2-х фазное-2-х релейное (3-х релейное) схема соединения из двух тр-ров тока и реле в неполную звезду.
.
Схема реагирует на все виды повреждений кроме однофазных КЗ где нет ТА.Выполняется для защиты однофазных КЗ.В реле протекает ток равный току во вторичной обмотке тр-ра тока.
3. Двухфазная однорелейная схема с соединением тр-ра тока и реле на разность токов двух фаз.
-Схема реагирует на все виды КЗ кроме однофазных КЗ в фазе В, поэтому применяется для защиты от межфазных КЗ.
-При нек.видах двух.ф. КЗ за тр-ми (звезда/треугольник) защита может отказывать в работе.
-Соотн-ние между токами реле и во вторичной обм.тр-ра тока зависят от вида повреждения.
-при 3-х ф. КЗ
-при 2-х ф. КЗ -при 2-х ф. КЗ
9. Трёхфазная трёхрелейная схема соединения трансформаторов тока и реле в звезду
Особенности:
1. Схема реагирует на все виды КЗ, имея одинаковую чувствительность при всех видах повреждений (в случае равенства токов повреждения).
2. В нормальном режиме и при всех видах междуфазных КЗ ток в нулевом проводе в идеальном случае равен 0, поэтому в таких режимах нулевой провод не требуется, однако при КЗ на землю по нулевому проводу протекает ток нулевой последовательности I0, поэтому нулевой провод необходим для нормальной работы схемы. В реальных условиях из-за погрешности трансформаторов тока ток в нулевом проводе не равен нулю в каждом нормальном режиме.
3. В реле протекают токи равные токам вторичной обмотки трансформаторов:.
4. В сетях с изолированной нейтралью при двойных замыкания на землю, когда точки расположены на параллельных линиях, отходящих их от общих сборных шин, защита отключает обе линии, при условии равенства выдержек времени защит. Это нежелательно, так как достаточно отключить одну повреждённую линию.
5. Двухфазная двухрелейная схема соединения трансформаторов тока и реле в неполную звезду
Особенности:
1. Схема реагирует на все виды повреждений, за исключением однофазных КЗ фазы В, где нет трансформатора тока. Применяются для защит от междуфазных КЗ.
2. В реле протекают токи равные токам во вторичной обмотке трансформаторов тока.
3. В обратном проводе протекают токи не только при однофазном КЗ, но и при междуфазных КЗ. При нормальном повреждении.
4. В сетях с изолированной нейтралью при двойных замыканиях на землю, когда точки замыкания расположены на параллельных линиях, отходящих от сборных шин, защитой отключается только одна линия в том случае, когда одна точка повреждения расположена на фазе где нет ТТ. При однотипных расположениях ТТ на всех линиях фазы А и С в 66% случаев двойным замыканием на землю будет отключаться только одна линия.
5. Защита может действовать неселективно при двойных замыканиях на землю, если наиболее удалённая точка замыкания расположена на фазе не имеющая ТТ.
6. Защита может иметь пониженную чувствительность по сравнению с трёхфазной трёхрелейной схемой при некоторых видах двухфазного КЗ за трансформаторами с соединение обмоток звезда-треугольник. Для повышения чувствительности обратный провод можно включить КА3. Такая двухфазная трёхрелейная схема по чувствительности эквивалентна трёхфазной трёхрелейной.
7. Двухфазная однорелейная схема с соединением трансформаторов тока и реле на разность токов двух фаз
Особенности:
1. Схема реагирует на все виды повреждений за исключением однофазного КЗ в фазе В. Поэтому она применяется для защит от междуфазных к.з.
2. При некоторых видах двухфазных КЗ за трансформатором звезда-треугольник защита может отказывать в работе.
3. Соотношение между токами реле и во вторичных обмотках ТТ зависит от вида повреждения.
- 3-х фазное КЗ
2-х ф КЗ (АВ, ВС)() 2-х ф КЗ (АС) ()
4. МТЗ на постоянном оперативном токе с зависимой токовыдержкой времени.
Для выполнения защиты могут использоваться индукционные реле типа РТ-80. Эти реле имеют 2 элемента – индукционный и электромагнитный. Индукционный элемент используется для выполнения МТЗ, электромагнитный – для выполнения токовой отсечки. Эти реле имеют мощные контакты и встроены в указатели срабатывания, поэтому в схеме защиты на этих реле промежуточные и указательные реле обычно не используются. Индукционный элемент имеет ограниченно зависимую характеристику выдержки времени.
Особенности: Защита позволяет отключать близкие КЗ с меньшими выдержками времени, чем в случае защит с независимыми характеристиками времени. Времятоковые характеристики защит лучше согласовываются с времятоковыми характеристиками предохранителей и автоматов.
Недостатки: 1. Большие выдержки времени срабатывания защиты в минимальных режимах работы системы и в том случае, когда защита действует как резервная. 2. Достаточно сложный выбор выдержек времени.
5. МТЗ с блокировкой мин.напряж.
В нормальном режиме токового реле мин.напряж. разомкнуты. При перегрузках ток реле может замыкать свои контакты, однако защита в целом не срабатывает, так как при перегрузке не замыкает свои контакты реле мин.напряж. При КЗ токи защищаемом элементе увеличиваются, а напряжения снижаются КА и КV замыкают свои контакты и защита с выдержкой времени отключает выключатель Q. При неисправности в цепях трансформатора напряжение реле KV замыкает свои контакты. Однако защита не срабатывает, так как разомкнуты контакты КА (если нет перегрузки).
Для повышения чувствительности к двухфазн. КЗ в схеме используются 3 реле мин.напряж., включенные на различные линейные напряжения. Однако эти реле имеют недостаточную чувствительность при однофазн.КЗ, поэтому в сетях с глухозаземленной нейтралью в схеме защиты предусматривается четвертое реле напряж., включенное на напр.нулевой последовательности. Напряжение срабатывая реле мин.напряж. выбирается из следующих условий: 1. они не должны действовать при минимальном уровне рабоч.напряж.; 2. реле, срабатывая при внеш. КЗ, должно разомкнуть свои контакты после отключения внеш.КЗ., где - коэффициент отстройки, - коэффициент возврата, - коэффициент трансформации.
Чувствительность проверяется как по току, так и по напряж. Коэффициент чувствительности:, где - напряжение срабатывания защиты,- макс.защита остаточного напряжения в месте установки защиты при КЗ.
Ток срабатывания защиты выбирается не по максимальному нагрузочному току с учетом самозапуска ЭД, а по длительному току в нормальном режиме без учета перегрузок и самозапуска ЭД. - без блокировки МТЗ. - для основной зоны.
6. МТЗ на базе реле прямого действия
Такие реле устраиваются в приводы выключателей 6-35 кВ. Для выполнения МТЗ используют реле типа РТВ (реле тока с выдержкой времени).
Особенности:
- прелее прямого действия не имеют контактов;
- не требуют источников оперативного тока;
- при срабатывании они непосредственно воздействуют на механизм отключения выключателя.
7. МТЗ на переменном оперативном токе по схеме с дешунтированием катушек отключения выключателей
Может выполняться с зависимой и независимой характеристикой выдержки вр-ни.
Схема защит с независимой хар-кой выдержки времени.
В качестве пусковой формы защиты исполняется токовое реле РТ-40, реле времени РВМ-12(13), спец. промеж. реле с мощными контактами, способными дешунтир. токи до 150 А – РП-341.
Осн. элементами реле времени явл. промежуточночные тр-ры TL и синхронные
микродвигат..
Первичная обмотка промежутчных тр-ров TL секционированы. Путем паралл. или посл. включения секции можно ступенчато изменять ток срабатывания реле в пределах 2,5-5 А. Ко вторичн. обмотке промеж. тр-ов подключ.частотные фильтры RC для улучшения формы кривой напряжения, подаваемого на двигатель.
В нормальном режиме цепь микродвиг. разомкнута контактами токовых реле. При К.З. ток. реле срабатывают и подают питание на обмотку статора микродвигателя.
Основн. элементы реле РП-341:
промежуточные насыщяющиеся тр-ры, ко второй обмотке которого через выпрямитель подкл. промеж. электромагнитное реле.
Достоинства: просты, надежны, небольшая стоимость.
Недостатки: 1)селективность обеспечивается только в радиальных сетях с односторонним питанием. 2) большие выдержки времени, особенно вблизи источников питания.3) недост. чувствительность защиты, особенно в случае исп-ния их в качестве резерва.
8. Краткая оценка МТЗ
Определение области применения защит производится с учетом ими ряда требований.
1. Селективность срабатывания при внутренних КЗ оценивается защитоспособностью и быстротой срабатывания.
2. Защитоспособность. Срабатывание защиты может обеспечиваться при всех внутринних учитываемых КЗ(на всей длине защищаемого участка и на смежных элементах при отказе их защит или выключателей).
3. Быстрота срабатывания. Защита имеет выдержки времени тем большие чем ближе она вкл к источнику питания. На головных участках сети, где быстрое отк. КЗ особенно важно, она работает более медленно.
4. Селективность несрабатывания при внешних КЗ в сетях радиальной конфигурации с односторонним питанием обеспечивается выбором выдержек времени по ступеньчатому принцыпу с увеличением их по направлению к источнику питания.При появлении 2-ого источника питания (например у приемников энергии) или кольцевой сети эта селективность нарушается, если даже выключатели и защиты будут установлены с обеих сторон участков линии.
5. Устойчивость срабатывания при внутренних КЗ оценивается:
----- чувствительность. Оценивается за счет коэффициента чувствительности (кч больше 1,5 в конце защищаемого участка),часто обеспечивается, так как ток КЗ в этих случаях обычно больше тока срабатывания защиты.
----- устойчивость быстроты срабатывания обычно лучше обеспечивается у защит с независимыми характеристиками выдержек времени.
----- надежность. Защита по выполнению и типов используемых реле является наиболее простой и должна быть отнесена к защитам обладающими лучшими аппаратной и эксплуатационной надежностью.
9. Токовая отсечка
Они представляют собой МТЗ с ограниченной зоной действия. Они могут быть без выдержки времени и с выдержкой времени, могут быть на постоянном и переменном токе с использованием реле прямого или косвенного действия.