КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр-1

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

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

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

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

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

3. Чувствительность.

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

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

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

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

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

Кч		I к. min	, где
		I с. з

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

4.Надёжность.

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

Ненадёжная защита сама становится источником аварий.

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

−отказы срабатывания при требуемом срабатывании;

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

−ложные срабатывания при отсутствии повреждений в защищаемой зоне.

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

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

11

Требования к релейной защите от ненормальных режимов:

Защиты от ненормальных режимов также должны обладать селективностью, достаточной

чувствительностью и надёжностью. Но быстродействия у защит от ненормальных режимов, как правило, не требуется.

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

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

1.4. ОСНОВНЫЕ ОРГАНЫ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ.

Релейная защита для выполнения функций, соответствующих её назначению, состоит,

как правило, из измерительных (пусковых) органов и логической части.

Измерительные (пусковые) органы непосредственно и непрерывно контролируют состояние и режим работы защищаемого оборудования и реагируют на возникновение к.з. или нарушения нормального режима работы.

Логическая часть представляет собой схему, которая запускается измерительными (пусковыми) органами и формирует команды на отключение выключателей мгновенно или с выдержкой времени, запускает другие устройства, подаёт сигналы и производит прочие предусмотренные алгоритмом защиты действия.

Любую схему релейной защиты можно представить в виде функциональной схемы, приведенной на рисунке 7.

Рисунок 7 – Структурная схема релейной защиты.

Информация о состоянии защищаемого объекта (обычно в качестве контролируемых параметров выступает ток и напряжение) поступает на вход измерительного органа ИО от измерительных преобразователей ИП, в качестве которых обычно применяются трансформаторы тока и напряжения.

Измерительные органы непрерывно контролируют состояние и режим работы защищаемого объекта (ИО включают в себя реле тока, напряжения, мощности, сопротивления, частоты).

Логический орган защиты ЛО (логическая часть) обрабатывает сведения, поступившие от измерительного органа и формирует управляющее воздействие через исполнительные элементы ИЭ на коммутационную аппаратуру (выключатели В), звуковую и световую сигнализацию. (Логическая часть состоит в основном из реле времени и промежуточных реле).

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

12

Сигнальный орган СО фиксирует срабатывание защиты в целом или её отдельных элементов. (Сигнальный орган обычно выполняется с помощью указательных реле).

1.5. РЕЛЕ

Основным элементом всякой схемы релейной защиты является реле. Под термином реле

принято понимать автоматически действующий аппарат, предназначенный производить скачкообразное изменение состояния управляемой цепи при заданных значениях величины, характеризующей определенное отклонение режима контролируемого объекта.

Релейная защита и автоматика включает в себя комплекс реле различного назначения, которые действуют совместно в заданной последовательности (по заданной программе). Реле замыкают или размыкают различные электрические цепи или иным способом скачкообразно изменяют их состояние (например, скачкообразно изменяют их сопротивление), или механически воздействуют на силовые аппараты (выключатели и др.).

В устройствах релейной защиты применяются реле электрические, механические и тепловые.

Электрические реле реагируют на электрические величины – ток, напряжение, мощность, частоту, сопротивление, угол между током и напряжением или двумя токами, или двумя напряжениями.

Механическое реле реагируют на неэлектрические величины – давление, скорость истечения жидкости или газа, скорость вращения и т.д.

Тепловые реле реагируют на количество выделенного тепла или изменение температуры.

Наибольшее распространение в релейной защите и автоматике получили электрические реле.

Классификация электрических реле.

Все реле имеют: воспринимающий (измерительный) орган, который непосредственно воспринимает изменение электрических величин, подведённых к реле, и производит соответствующие им изменения в других органах реле; исполнительный орган, который, воздействует на внешние цепи, производит отключение выключателей, подачу предупредительных сигналов или запуск других реле. Частным случаем исполнительного органа являются контакты реле.

Некоторые реле имеют орган замедления или выдержки времени.

В зависимости от электрической величины, на которую реагирует воспринимающий орган, электрические реле бывают: токовые, напряжения, мощности, сопротивления, частоты и т.д.

По характеру изменения воздействующей величины реле делятся на реле максимальные

и реле минимальные. Максимальные реле работают, когда значение воздействующей величины превосходят заданную, а минимальные – когда значение воздействующей величины снижается ниже заданной.

Все реле по назначению условно можно разделить на три группы:

Основные реле, непосредственно реагирующие на изменение контролируемых величин, например, напряжения, мощности, частоты, сопротивления и т.д. (реле тока, напряжения, мощности, частоты, сопротивления).

Вспомогательные реле, управляемые другими реле и выполняющие функции введения выдержек времени, размножения контактов, передачи команд от одних реле к другим, воздействия на выключатели и т.п. (реле времени, промежуточные реле).

Сигнальные (указательные) реле, фиксирующие действие защиты и управляющие звуковыми и световыми сигналами (указательные реле).

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

13

По способу включения воспринимающего органа различаются реле первичные, у которых воспринимающий орган включается непосредственно в цепь защищаемого элемента, и реле вторичные, у которых воспринимающий орган включается через измерительные трансформаторы тока или напряжения. На рисунке 8 изображены оба способа включения реле.

Рисунок 8 – Способы включения токовых реле а) первичных; б) вторичных.

Наибольшее распространение имеют реле вторичные, преимущества которых по сравнению с первичными в том, что они изолированы от высокого напряжения, располагаются на некотором расстоянии от защищаемого объекта, в удобном для обслуживания месте.

Достоинством первичных реле является то, что для их включения не требуется измерительных трансформаторов и источников оперативного тока и контрольного кабеля.

По способу воздействия исполнительного органа различаются реле прямого действия, у которых исполнительный орган отключает выключатель путём прямого механического воздействия, и реле косвенного действия, исполнительный орган которых воздействует на привод выключателя с помощью оперативного тока.

Защита с вторичным реле прямого действия показана на рисунке 9 а). Реле 1 срабатывает, когда электромагнитная сила Fэ становится больше силы Fn противодействующей пружины. При срабатывании реле его подвижная система воздействует непосредственно (прямо) на расцепляющий рычаг 3 выключателя, после чего выключатель отключается под действием пружины 4.

Рисунок 9 – Вторичные реле а) прямого действия; б) косвенного действия.

Защита с вторичным реле косвенного действия изображена на рисунке 9 б). При срабатывании реле 1 его контакты замыкают цепь обмотки электромагнита 2, называемого катушкой (соленоидом) отключения выключателя. Под дейст вием напряжения U, подводимого к катушке отключения 2 от специального источника, сердечник 3 катушки

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

14

отключения преодолевает сопротивление Fn пружины 5 и освобождает защелку 4 и выключатель отключается под действием пружины 6.

Для защиты с реле косвенного действия необходим вспомогательный источник – источник оперативного тока. Защита прямого действия не требует такого источника, но реле этой защиты должно развивать большие усилия для того, чтобы непосредственно расцепить механизм выключателя. Поэтому реле прямого действия не могут быть очень точными и имеют большое потребление мощности. Реле косвенного действия отличаются большой точностью и малым потреблением. Кроме того связь между несколькими реле проще организовать при помощи оперативного тока, а не мех аническим путём, поэтому практическое применение получили вторичные реле косвенного действия. В эту основную и наиболее многочисленную группу входят почти все типы реле тока, напряжения, мощности, сопротивления и частоты, а также реле времени, промежуточны е и сигнальные реле.

Также широко применяются первичные реле прямого действия. В эту группу входят реле максимального тока, действующие мгновенно и с замедлением; реле минимального напряжения мгновенного действия и электротепловые реле (тепловые расцепители). Первичные реле прямого действия встраиваются непосредственно в выключатели, автоматы и магнитные пускатели.

По принципу действия электрические реле разделяются на следующие группы:

Электромагнитные реле, работа которых основана на воздействии магнитного потока обтекаемой током обмотки на ферромагнитный якорь;

Поляризованные реле – электромагнитное реле со вспомогательным поляризующим магнитным полем;

Магнитоэлектрические реле, работа которых основана на взаимодействии постоянного магнита и обтекаемой током обмотки;

Индукционные реле, работа которых основана на взаимодействии магнитных полей неподвижных обмоток с магнитными полями токов, индуктируемых в подвижном элементе;

Полупроводниковые реле, работа которых основана на использовании свойств полупроводниковых приборов.

1.6. ИЗОБРАЖЕНИЕ РЕЛЕ И СХЕМ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ НА ЧЕРТЕЖАХ.

Для изображения на чертежах схем релейной защиты применяются специальные условные обозначения электрических машин, аппаратов, реле, приборов и др. Условные обозначения периодически пересматриваются и вводятся для обязательного применения ГОСТами.

Применяются два способа изображения реле на чертежах.

По первому способу реле показывают в совмещённом виде и изображают в виде прямоугольника с полукругом наверху (см. рисунок 10). Обмотки реле подразумеваются расположенными в нижней части (прямоугольнике) и обычно не показываются, контакты реле рисуют в верхней части. Таким образом, совмещаются на одном изображении и контакты и обмотки реле.

По второму способу реле показывают в развёрнутом виде, рисуя обмотки и контакты реле раздельно в разных частях схемы.

В книгах и другой технической литературе, изданной в разное время, могут встретиться различные условные обозначения одних и тех же элементов схемы.

Аппараты изображаются на схемах, как правило, в положениях, соответствующих отсутствию напряжения во всех цепях. Для схем релейной защиты допускается изображение контактов реле в рабочем положении готовности к действию, т.к. при этом обеспечивается большая наглядность и облегчается понимание при нципов работы схем релейной защиты и автоматики.

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

15

Примеры условных графических обозначений элементов электрических схем встречающихся в старой технической литературе приведены на рисунке 10.

Рисунок 10 – Примеры условных графических обозначений элементов электрических схем, встречающихся в технической литературе:

а) обозначение реле тока для совмещенных схем (у реле других типов вписываются буквы: напряжения Н, мощности М, сопротивления С, времени В, промежуточное П, указательное У); б) контакт электрического реле и др. аппаратов замыкающий; в) контакт реле размыкающий; г) контакт замыкающий с выдержкой времени; д) контакт размыкающий с выдержкой времени; е) обмотка реле токовая; ж) обмотка реле напряжения.

В таблице 2 представлены примеры условных обозначений реле и их контактов в соответствии с требованиями Единой системы конструкторской документации (ЕСКД).

Таблица 2 – Условные обозначения реле

В зависимости от назначения применяются следующие виды схем релейной защиты и автоматики:

−принципиальные совмещенные;

−монтажные;

−принципиально-монтажные;

−структурные (функциональные).

−принципиальные развернутые

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

16

Принципиальные совмещенные схемы релейной защиты, автоматики, цепей управления выполняются совместно на одном чертеже со схемами соединения первичных ц епей. Все реле и другие аппараты изображаются условными обозначениями также в совмещенном виде. Схемы внутренних соединений реле, их зажимы и источники питания оперативным током не показываются. Пример принципиальной совмещённой схемы показан на рисунке 11 а).

Рисунок 11 – Схема максимальной токовой защиты с блокировкой минимального напряжения.

а) совмещённая принципиальная схема; б) развёрнутая схема токовых цепей; в) развёрнутая схема цепей напряжения; г) развёрнутая схема цепей постоянного оперативного тока.

Принципиальные совмещенные схемы наиболее наглядно показывают связь между реле и другими аппаратами, а также последовательность их действий. Однако в сложных схемах релейной защиты и автоматики (РЗА) принципиальные совмещенные схемы утрачивают свою наглядность. В этих случаях пользуются принципиальными развернутыми схемами.

Принципиальные развернутые схемы (рисунок 11 б, в, г) выполняются по отдельным цепям: тока, напряжения, оперативного тока, сигнализации и т.д. В этих схемах реле и другие аппараты изображаются в расчлененном виде, т.е. обмотки реле изображаются в одной части схемы, контакты – в других. Сложные развёрнутые схемы поясняются подписями, указывающими назначение отдельных цепей.

Монтажные схемы представляют собой рабочие чертежи, по которым производится монтаж панелей релейной защиты, автоматики, управления, сигнализации и др. На монтажных схемах реле, приборы, зажимы и соединяющие их провода располагаются, как на панели, и маркируются. Монтажные схемы, на которых отражены все фактически е соединения, выполненные при монтаже и наладке, называются исполнительными.

Принципиально-монтажные схемы это принципиальные схемы РЗА, на которых указываются номера клемм и зажимов реле, приборов с указанием маркировки цепей. По принципиально-монтажным схемам, как правило, удобно выполнять работы по техническому обслуживанию устройств релейной защиты и автоматики.

Структурные схемы применяются для изображения общей структуры устройств релейной защиты и автоматики без выделения отдельных реле и других аппа ратов. Они изображаются не с помощью условных обозначений, а в виде целых узлов или органов устройства и взаимных связей между ними. Узлы и связи между органами изображаются прямоугольниками, в которые помещаются надписи и условные индексы, поясняющие функциональное назначение данного узла или органа. Примером структурной схемы может быть схема и изображенная на рисунке 7.

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

17

1.7. ОПЕРАТИВНЫЙ ТОК

Реле косвенного действия воздействуют на включение и отключение выключателей через специальные включающие и отключающие электромагниты путём подачи в них тока, называемого оперативным током.

Оперативный ток также используется для питания вспомогательных реле в схемах релейной защиты и автоматики (промежуточных, реле времени, указательных), а также для работы световой и звуковой сигнализации

Таким образом, оперативным током называется ток, питающий цепи дистанционного управления выключателями, оперативные цепи релейной защиты, автоматики и различные виды сигнализации.

Источники оперативного тока должны обеспечивать высокую степень надёжности, быть постоянно готовы к действию и обеспечивать необходимую величину напряжения или тока в обмотках электромагнитов включения и отключения коммутационных аппаратов (выключателей и разъединителей).

Для управления выключателями и питания устройств РЗА в электроустановках используются два вида оперативного тока: постоянный и переменный.

Постоянный оперативный ток

Основными источниками постоянного оперативного тока являются аккумуляторные батареи (АБ) с зарядными устройствами. Стандартными величинами номинальных напряжений постоянного оперативного тока приняты 24, 48, 110 и 220 В.

Для питания устройств РЗА, управления выключателями, аварийной и предупредительной сигнализации, а также других устройств, требующих независимого источника постоянного тока создаётся распределительная сеть (рисунок 12). Для заряда АБ используются зарядные агрегаты выпрямительные или электромашинные.

Распределительная сеть постоянного оперативного тока делится на отдельные участки так, чтобы повреждение на одном из них не нарушало работу других.

Рисунок 12 – Пример принципиальной схемы распределительной сети постоянного тока.

Все потребители оперативного тока делятся по степени их ответственности на категории. Наиболее ответственными потребителями являются цепи оп еративного

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

18

тока релейной защиты, автоматики и катушек отключения выключателей, питаемые от шинок управления ШУ. Вторым очень важным участком являются цепи катушек включения, питаемые от отдельных шинок ШВ вследствие больших токов, потребляемых катушками включения масляных выключателей. Третьим, менее ответственным потребителем оперативного тока, является сигнализация, питающаяся от шинок ШС.

Обычно питание ответственных цепей осуществляется от двух аккумуляторных батарей работающих на разные секции щитов постоянного тока.

В распределительных сетях постоянного тока широко используется секционирование и резервирование.

На каждой линии, отходящей от шин щита постоянного тока, устанавливаются автоматические выключатели (или предохранители) осуществляющие защит у сети при к.з. на отходящих линиях.

Ток к.з. определяется по формуле:

	I к.з.		Eбат			nе		, где
			Rбат	Rц		nRэ	Rц

е – э.д.с. одного элемента батареи, В;

Rэ – внутреннее сопротивление одного элемента батареи, Ом; n – число элементов в цепи разряда, шт.;

Rц		2	– сопротивление цепи от шин батареи до места к.з. в оба конца, Ом.
		γS

ℓ – расстояние по трассе кабеля от шин батареи до места к.з., м; γ – удельная проводимость, равная примерно 57 для меди и 34 для алюминия; м/Ом мм2. S - сечение жил кабеля, мм2.

Нарушение изоляции относительно земли сети постоянного тока может привести к замыканиям на землю и образованию обходных цепей и ложным отключением оборудования, поэтому щиты постоянного тока оборудуются устройствами контроля изоляции, осуществляющими непрерывный контроль состояния изоляции сети постоянного тока относительно земли.

Схема простейшего устройства контроля изоляции приведена на рисунке 13 и состоит из двух вольтметров, включенных между каждым полюсом и землёй.

Рисунок 13 – Схема контроля изоляции цепей постоянного тока с помощью двух вольтметров.

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

19

В нормальных условиях, когда сопротивления изоляции каждого полюса относительно земли R(+) и R(-) одинаковы, напряжение каждого полюса относительно земли равно половине напряжения между полюсами, т.е. U(+) =U(-) = 0,5U.

Если один из полюсов, например (+), замкнётся на землю, т.е. R(+) = 0, то соответственно U(+) также станет равным нулю, а напряжение U(-) возрастёт до полного напряжения между полюсами, т.е. U(+) = 0 и U(-) = U. Следовательно, при снижении сопротивления изоляции на одном из полюсов напряжение этого полюса относительно земли, равное в нормальном режиме 0,5U, понижается, а напряжение другого полюса относительно земли увеличивается на ту же величину.

При помощи кнопок К(+) и К(-) и вольтметров можно определить величину изоляции сети относительно земли (поочерёдно размыкаются кнопки К(+) и К(-) и записываются показания вольтметров U(-) и U(+). Сопротивление изоляции сети относительно земли определяют по формулам:

		U U ( )				U U ( )
	R( )	RB		1 ;	R( )	RB		1	,
			U ( )				U ( )

где Rв – внутреннее сопротивление вольтметров;

В эксплуатации могут использоваться и другие устройства контроля изоляции, в том числе и автоматически действующие на предупредительный сигнал при снижении изоляции сети до определенного значения.

Аккумуляторные батареи являются независимыми наиболее надёжными источниками оперативного тока и поэтому они нашли широкое применение на электростанциях и подстанциях для питания оперативных цепей релейной защиты, автоматики и управления выключателями.

Однако аккумуляторные батареи имеют высокую стоимость, требуют специальное помещение и наличие зарядного устройства; а обслуживать их должен специально обученный квалифицированный персонал. Кроме того, выполнение распределительной сети постоянного тока требует большого количества контрольного кабеля.

В России питание оперативных цепей от источников постоянного оперативного тока получило распространение на электростанциях и на подстанциях напряжением

110кВ и выше.

Переменный оперативный ток

Для питания оперативных цепей переменным током используется ток или напряжение сети. При этом в качестве источников переменного оперативного тока служат: трансформаторы тока, трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных нужд.

Трансформаторы тока являются надёжным источником питания оперативных цепей защит от к.з. При к.з. ток и напряжение на зажимах трансформатора тока увеличиваются и следовательно возрастает мощность трансформаторов тока чем обеспечивается надёжное питание оперативных цепей.

Схема питания оперативных цепей защиты переменным оперативным током непосредственно от трансформаторов тока показана на рисунке 14 а). В нормальном режиме катушка отключения выключателя 2 зашунтирована контактами реле 1 и ток в ней отсутствует. При к.з. реле 1 срабатывает, его контакты размыкаются, и ток от трансформаторов тока поступает в катушку отключения 2, приводя её в действие.

Однако трансформаторы тока не обеспечивают необходимой мощности при повреждениях и ненормальных режимах, не сопровождающихся увеличением т ока.

C:\Users\KazantcevaVV\Desktop\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 1 семестр.docx

20