Устройство релейной защиты и ее типы, используемые для защиты кабельных линий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Краткая характеристика предприятия

2. Охрана труда и окружающей среды

3. Устройство релейной защиты и ее типы, используемые для защиты кабельных линий

З.1 Общие понятия о релейной защите

3.2 Требования, предъявляемые к релейной защите

3.3 Элементы защиты, реле и их разновидности

3.4 Источники оперативного тока

3.5 Общие принципы выполнения реле

3.6 Устройство релейной защиты и ее типы, используемые для защиты кабельных линий

3.7 Принцип работы и устройство ТНП

Литература



Введение

Электрическая энергия является основным видом потребляемой энергии в Республике Молдова. В Республике в предшествующий период была создана современная электроэнергетическая система.

Высоковольтными линиями электропередачи 110, 330 и 400 кВ Молдавская энергосистема (МЭС) связана с энергосистемами Украины, Болгарии и Румынии.

МЭС обладает достаточной пропускной способностью для обеспечения необходимых внутренних перетоков мощности.

Пропускная способность межгосударственных связей МЭС с электроэнергетической системой Румынии составляет 150МВт на напряжении 110кВ и 1000МВт на напряжении 400кВ.

Общая пропускная способность межгосударственных связей с объединенной электроэнергетической системой (ОЭС) Украины, с учетом распределения этой величины между МЭС и Одесским энергорайоном ОЭС Украины, составляет 130 МВт с ноября по март, 250 МВт в апреле, сентябре и октябре и 400 МВт с мая по август.

Состояние электроэнергетической отрасли в последнее время претерпело существенные изменения. Производство электроэнергии за период с 1990 года (15,5 млрд. кВт. ч) по 2005 год (4,2 млрд. кВт. ч) сократилось почти в четыре раза, потребление более чем в два раза. Страна, обладающая несколькими достаточно крупными генерирующими источниками, превратилась из экспортера в устойчивого импортера электроэнергии из России и Украины.

Экономический кризис 90-х годов крайне пагубно отразился на состоянии энергетического хозяйства. Из-за отсутствия необходимых средств энергосистема практически лишилась возможности осуществлять ввод новых мощностей, выполнять необходимые объемы работ по техническому перевооружению, реконструкции, ремонту и обслуживанию энергетических объектов. Это привело к ускоренному моральному старению и физическому износу оборудования.

Параллельный режим работы МЭС с объединением энергосистем стран СНГ, прерванный в 1993 году, был восстановлен совместно с энергосистемой Украины в августе 2001 года. До этого характерным показателем режима работы энергосистемы было снижение частоты до 49,3 Гц. Основным способом регулирования потребления электроэнергии в Республике были веерные отключения промышленных и бытовых потребителей.

В феврале 2000 года Правительством Республики Молдова были проданы иностранному инвестору (испанской компании Юнион Феноса) три из пяти электрораспределительных предприятий.



1. Краткая характеристика предприятия

О.C.S. “RED UNION FENOSA” S.A. является самым крупным частным дистрибьютором электроэнергии в Республике Молдова. Предприятие появилось на молдавском рынке 7 февраля 2000 года в результате процесса приватизации трех государственных предприятий: О.C.S. RE Chiєinгu S.A., О.C.S. RED Centru S.A., єi О.C.S. RED Sud S.A., испанской компанией UNION FENOSA INTERNATIONAL. В 2008 году произошло слияние этих трех предприятий, в результате которого появилось О.C.S. “RED UNION FENOSA” S.А. Процесс трансформации продолжался, а с 2010 года, предприятие-поставщик электроэнергии входит в состав международной группы Gas Natural Fenosa, в результате слияния на международном уровне компаний UNION FENOSA INTERNATIONAL и GAS NATURAL, таким образом сформировав крупную компанию энергетического профиля, осуществляющую широкомасштабную деятельность на мировом уровне.

В Республике Молдова торговая марка Gas Natural Fenosa появилась 10 мая 2011.

Gas Natural Fenosa в Молдове обслуживает более 835 тысяч клиентов, физических и юридических лиц, поставляет электроэнергию в 21 районах из 37, в том числе в столице страны, муниципии Кишинев, что составляет две трети территории страны.

Число потребителей:	835.970
Продажи энергии (ГВт-ч):	2.510
Уровень напряжение:	0,4-110kV
Население GNF (миллионы):	2,30
Воздушные линии (км):	33.253,50
Кабельные линии (км):	3.069,40
Трансформаторные подстанции (н):	7.565,00
Трансформаторные подстанции (МВА):	1.940,00

Примеч. Общие данные на 31 января 2013



Рис. 1



2. Охрана труда и окружающей среды

Корпоративная ответственность "Gas Natural Fenosa" определяется как совокупность действий предпринятые для установления доверительных, стабильных, крепких и взаимовыгодных отношений с целевыми группами. Надлежащие отношения с обществом являются основным стратегическим вопросом для компании и необходимостью для создания ценности и обеспечения устойчивости компании на долгосрочный период.

Политика, утверждение которой предшествовал интенсивный процесс оценки и внутренних консультаций, является проявлением системы управления корпоративной ответственности, которая включает в себя корпоративную ответственность всей Группы.

Кроме того, в соответствии с положениями Единого кодекса корпоративного управления, данная политика была одобрена Административным Советом, который взял на себя ответственность за периодическим контролем её соблюдения.

Политика корпоративной ответственности компании "Gas Natural Fenosa" содержит семь обязательств, принятых компанией. К ним относятся:

- Ориентация на клиента

- Ориентация на результаты

- Окружающая среда

- Интерес к людям

- Безопасность и здоровье

- Обязательства перед обществом

- Целостность

Компания разработала систему показателей для отслеживания соблюдения Политики корпоративной ответственности, отчетности о выполнении и установления целей. Показатели, приведенные в разных главах Отчета по корпоративной ответственности, были определены с помощью 360є методологии, учитывающая внутренние и внешние критерии по оценки корпоративной ответственности и, на основе RepTrak, методологии, используемой группой для измерения репутации.

Показатели покрывают все значимые направления деятельности за последние три года, позволяют информировать органы управления и руководство о результатах запланированных мер, определить действия по улучшению и установить новые цели.



3. Устройство релейной защиты и ее типы, используемые для защиты кабельных линий

3.1 Общие понятия о релейной защите

В энергетических системах могут возникать повреждения и ненормальные режимы работы электрооборудования электростанций и подстанций, их распределительных устройств, линий электропередачи и электроустановок потребителей электрической энергии.

Повреждения в большинстве случаев сопровождаются значительным увеличением тока и глубоким понижением напряжения в элементах энергосистемы. Повышенный ток выделяет большое количество тепла, вызывающее разрушения в месте повреждения и опасный нагрев неповрежденных линий и оборудования, по которым этот ток проходит. Понижение напряжения нарушает нормальную работу потребителей электроэнергии и устойчивость параллельной работы генераторов и энергосистемы в целом.

Ненормальные режимы обычно приводят к отклонению величин напряжения, тока и частоты от допустимых значений. При понижении частоты и напряжения создается опасность нарушения нормальной работы потребителей и устойчивости энергосистемы, а повышение напряжения и тока угрожает повреждением оборудования и линий электропередачи. Таким образом, повреждения нарушают работу энергосистемы и потребителей электроэнергии, а ненормальные режимы создают возможность возникновения повреждений или расстройства работы энергосистемы.

Для обеспечения нормальной работы энергетической системы и потребителей электроэнергии необходимо возможно быстрее выявлять и отделять место повреждения от неповрежденной сети, восстанавливая таким путем нормальные условии их работы и прекращая разрушения в месте повреждения.

Опасные последствия ненормальных режимов также можно предотвратить, если своевременно обнаружить отклонение от нормального режима и принять меры к его устранению (например, снизить ток при его возрастании, понизить напряжение при его увеличении и т. д.), для этого были созданы защитные устройства, выполняемые при помощи специальных автоматов - реле, получившие название релейной защиты.

Релейная защита является основным видом электрической автоматики, без которой невозможна нормальная и надежная работа современных энергетических систем. Она осуществляет непрерывный контроль за состоянием и режимом работы всех элементов энергосистемы и реагирует па возникновение повреждений и ненормальных режимов. При возникновении повреждений защита выявляет и отключает от системы поврежденный участок, воздействуя на специальные силовые выключатели, предназначенные для размыкания токов повреждения. При возникновении ненормальных режимов защита выявляет их и в зависимости от характера нарушения производит операции, необходимые для восстановления нормального режима, или подает сигнал дежурному персоналу.

В современных электрических системах релейная защита тесно связана с электрической автоматикой, предназначенной для быстрого автоматического восстановления нормального режима и питания потребителей. К основным устройствам такой автоматики относятся: автоматы повторного включения (АПВ), автоматы включения резервных источников питания и оборудования (АВР) и автоматы частотной разгрузки (АЧР).

3.2 Требования, предъявляемые к релейной защите

1. Селективность.

Селективностью или избирательностью защиты называется способность защиты отключать при к. з. только поврежденный участок сети. Селективное отключение повреждения является основным условием для обеспечения надежного электроснабжения потребителей. Неселективное действие защиты приводит к развитию аварий. Неселективные отключения могут допускаться, но только в тех случаях, когда это диктуется необходимостью и не отражается на питании потребителей.

2. Быстрота действия.

Отключение к. з. должно производиться с возможно большей быстротой для ограничения размеров разрушения оборудования, повышения эффективности автоматического повторного включения линий и сборных шин, уменьшения продолжительности снижения напряжения у потребителей и сохранения устойчивости параллельной работы генераторов, электростанций и энергосистемы в целом. Последнее из перечисленных условий является главным.

В современных энергосистемах для сохранения устойчивости требуется весьма малое время отключения к. з. Так, например, на ЛЭП 300 - 500 кВ необходимо отключать повреждение за 0,1 - 0,12 с после его возникновения, а в сетях 110 - 220 кВ - за 0,15 - 0,3 с. В распределительных сетях 6 и 10 кВ, отделенных от источников питания большим сопротивлением, к. з. можно отключать со временем примерно 1,5 - 3 с, так как они не вызывают опасного понижения напряжения на генераторах и не влияют поэтому на устойчивость системы.

Полное время отключения повреждения складывается из времени работы защиты и времени действия выключателя , разрывающего ток к. з., т. е.

.

Наиболее распространенные выключатели действуют со временем 0,15 - 0,03 с. Чтобы обеспечить при таких выключателях указанное выше требование об отключении к. з., например, с t = 0,2 с, защита должна действовать с временем 0,05 - 0,12 с, а при необходимости отключения с t=0,12 с и действии выключателя с 0,08 с время работы защиты не должно превышать 0,04 с. Защиты, действующие с временем до 0,1 - 0;2 с, считаются быстродействующими. Современные быстродействующие защиты могут работать с временем 0,02 - 0,04 с.

3. Чувствительность.

Для того чтобы защита реагировала на отклонения от нормального режима, которые возникают при к. з. (увеличение тока, снижение напряжения и т. п.), она должна обладать определенной чувствительностью в пределах установленной зоны ее действия. Каждая защита должна отключать повреждения на том участке, для защиты которого она установлена, и, кроме того, должна действовать при к. з. на следующем, втором участке, защищаемом следующей защитой. Резервирование следующего участка является важным требованием. Одновременный отказ защиты на двух участках маловероятен, и поэтому с таким случаем не считаются.

Каждая защита должна действовать не только при металлическом к. з., но и при замыканиях через переходное сопротивление, обусловливаемое электрической дугой. Чувствительность защиты должна быть такой, чтобы она могла подействовать при к. з. в минимальных режимах системы, т. е. в таких режимах, когда изменение величины, на которую реагирует защита (ток, напряжение и т. п.), будет наименьшей. Например, если на станции будет отключен один или несколько генераторов, то ток к. з. уменьшится, но чувствительность защит должна быть достаточной для действия и в этом минимальном режиме.

Чувствительность защиты принято характеризовать коэффициентом чувствительности . Для защит, реагирующих на ток к. з.,



где - минимальный ток к. з.; - наименьший ток, при котором защита начинает работать (ток срабатывания защиты).

4. Надежность.

Требование надежности состоит в том, что защита должна безотказно работать при к. з. в пределах установленной для нее зоны и не должна работать неправильно в режимах, при которых ее работа не предусматривается. Требование надежности является весьма важным. Отказ в работе или неправильное действие какой-либо защиты всегда приводит к дополнительным отключениям, а иногда к авариям системного значения.

Надежность защиты обеспечивается простотой схемы, уменьшением в ней количества реле и контактов, простотой конструкции и качеством изготовления реле и другой аппаратуры, качеством монтажных материалов, самого монтажа в контактных соединений, а также уходом за ней в процессе эксплуатации.

3.3 Элементы защиты, реле и их разновидности

Обычно устройства релейной защиты состоят из нескольких реле, соединенных друг с другом по определенной схеме. Реле представляет собой автоматическое устройство, которое приходит в действие (срабатывает) при определенном значении воздействующей на него входной величины.

В релейной технике применяются реле с контактами - электромеханические, бесконтактные - на полупроводниках или на ферромагнитных элементах. У первых при срабатывании замыкаются или размыкаются контакты. У вторых - при определенном значении входной величины х скачкообразно меняется выходная величина у, например напряжение.

Каждый комплект защиты и его схема подразделяются на две части: реагирующую и логическую. Реагирующая (или измерительная) часть является главной, она состоит из основных реле, которые непрерывно получают информацию о состоянии защищаемого элемента и реагируют на повреждения или ненормальные режимы, подавая соответствующие команды на логическую часть защиты. Логическая часть (или оперативная) является вспомогательной, она воспринимает команды реагирующей части и, если их значение, последовательность и сочетание соответствуют заданной программе, производит заранее предусмотренные операции и подает управляющий импульс на отключение выключателей. Логическая часть может выполняться с помощью электромеханических реле или схем с использованием электронных приборов - ламповых или полупроводниковых.

В соответствии с этим подразделением защитных устройств реле также делятся на две группы: на основные, реагирующие на повреждения, и вспомогательные, действующие по команде первых и используемые в логической части схемы.

Признаком появления к. з. могут служить возрастание тока, понижение напряжения и уменьшение сопротивления защищаемого участка, характеризуемого отношением напряжения к току в данной точке сети. Соответственно этому в качестве реагирующих реле применяют: токовые реле, реагирующие на величину тока; реле напряжения, реагирующие на величину напряжения, и реле сопротивления, реагирующие на изменение сопротивления. В сочетании с указанными реле часто применяются реле мощности, реагирующие на величину и направление (знак) мощности к. з., проходящий через место установки защиты.

Реле, действующие при возрастании величины, на которую они реагируют, называются максимальными, а реле, работающие при снижении этой величины, называются минимальными.

Для защит от ненормальных режимов, так же как и для защит от к. з., используются реле тока и напряжения. Первые служат в качестве реле, реагирующих на перегрузку, а вторые - на опасное повышение или снижение напряжения в сети. Кроме того, применяется ряд специальных реле, например, реле частоты, действующие при недопустимом снижении или повышении частоты; тепловые реле, реагирующие на увеличение тепла, выделяемого током при перегрузках, и некоторые другие.

К числу вспомогательных реле относятся: реле времени, служащие для замедления действия защиты; реле указательные - для сигнализации и фиксации действия защиты; реле промежуточные, передающие действие основных реле на отключение выключателей и служащие для осуществления взаимной связи между элементами защиты.

Каждое реле можно подразделить на две части: воспринимающую и исполнительную. Воспринимающий элемент в электромеханических конструкциях имеет обмотку, которая питается током или напряжением защищаемого элемента в зависимости от типа реле (токовые или напряжения).

Реле мощности и реле сопротивления имеют две обмотки (тока и напряжения). Через обмотки реле воспринимает изменение той электрической величины, на которую оно реагирует.

Исполнительный элемент электромеханического реле представляет собой подвижную систему, которая перемещаясь под воздействием сил, создаваемых воспринимающим элементом, действует на контакты реле, заставляя их замыкаться или размыкаться.

Имеются также реле, в которых подвижная система действует непосредственно механическим путем на отключение выключателя, такие реле не имеют контактов.

Обмотки реле могут включаться на ток и напряжение сети непосредственно или через измерительные трансформаторы тока и напряжения. Реле первого типа называются первичными, второго типа - вторичными. Наибольшее распространение имеют реле вторичные, преимущества которых по сравнению с первичными состоят в том, что они изолированы от высокого напряжения, располагаются на некотором расстоянии от защищаемого элемента, в удобном для обслуживания месте и могут выполняться стандартными на одни и те же номинальные токи 5 или 1 А и номинальные напряжения 100 В независимо от напряжения и тока первичной цепи защищаемого элемента.

Достоинством первичных реле является то, что для их включения не требуется измерительных трансформаторов, источников оперативного тока и контрольного кабеля. Первичные реле находят применение на электродвигателях, мелких трансформаторах и линиях малой мощности в сетях 6 - 10 кВ, т. е. там, где защита осуществляется по простейшим схемам посредством реле тока и напряжения и не требует большой точности. Во всех остальных случаях применяются вторичные реле.

Существует два способа воздействия защиты на отключение выключателя: прямой и косвенный. Реле срабатывает, когда электромагнитная сила, создаваемая обмоткой реле, станет больше силы противодействующей пружины. При срабатывании реле его подвижная система воздействует непосредственно (прямо) на расцепляющий рычаг выключателя, после чего выключатель отключается под действием пружины. Реле прямого действия устанавливаются непосредственно в приводе выключателя, поэтому их часто называют встроенными.

В защите с вторичным реле косвенного действия при срабатывании реле его контакты замыкают цепь обмотки электромагнита, называемого катушкой отключения выключателя. Под действием напряжения, подводимого к зажимам этой цепи от специального источника, в катушке отключения появляется ток, сердечник катушки отключения преодолевает сопротивление пружины и, втягиваясь, освобождает защелку, после чего выключатель отключается под действием пружины.

После отключения выключателя ток в обмотке исчезает, и контакты реле размыкаются. Чтобы облегчить их работу по размыканию цепи, в которой проходит ток катушки отключения, предусмотрен вспомогательный блокировочный контакт, который размывает цепь катушки отключения еще до того, как начнут размыкаться контакты реле.

Для защиты с реле косвенного действия необходим вспомогательный источник напряжения - источник оперативного тока. Защита с реле прямого действия не требует источника оперативного тока, но реле этой защиты должны развивать большие усилия для того, чтобы непосредственно расцепить механизм выключателя. Поэтому реле прямого действия не могут быть очень точными и имеют большое потребление мощности.

Усилия, развиваемые реле косвенного действия, могут быть незначительными, поэтому они отличаются большей точностью и малым потреблением. Кроме того, в защитах, которые состоят из нескольких реле, взаимодействие между ними проще осуществляется при помощи оперативного тока, а не механическим путем. Поэтому наиболее широко применяется защита со вторичными реле косвенного действия.

3.4 Источники оперативного тока

Оперативным током называется ток, питающий цепи дистанционного управления выключателями, оперативные цепи релейной защиты, автоматики, телемеханики и различные виды сигнализации.

Питание оперативных цепей и особенно тех ее элементов, от которых зависит отключение поврежденных линий и оборудования, должно отличаться особой надежностью. Поэтому главное требование, которому должен отвечать источник оперативного тока, состоит в том, чтобы во время к. з. и при ненормальных режимах в сети напряжение источника оперативного тока и его мощность имели достаточную величину как для действия вспомогательных реле защиты и автоматики, так и для надежного отключения и включения соответствующих выключателей.

Для питания оперативных цепей применяются источники постоянного и переменного тока.

Постоянный оперативный ток

В качестве источника постоянного тока используются аккумуляторные батареи с напряжением 110 - 220 В, а на небольших подстанциях 24 - 48 В, от которых осуществляется централизованное питание оперативных цепей всех присоединений. Для повышения надежности сеть постоянного тока секционируется на несколько участков, имеющих самостоятельное питание от сборных шин батареи.

Самым ответственным участком являются цепи защиты, автоматики и катушек отключения, питаемые от шинок управления ШУ. Вторым очень важным участком являются цепи катушек включения, питаемые от отдельных шинок ШВ вследствие больших токов (400-500 А), потребляемых катушками включения масляных выключателей. Третьим, менее ответственным участком является сигнализация, питающаяся от шинок ШC. Остальные потребители постоянного тока (аварийное освещение, двигатели собственных нужд) питаются по отдельной сети. Защита оперативных цепей от к. з. осуществляется предохранителями или специальными автоматами, реагирующими на увеличение тока.

Аккумуляторные батареи обеспечивают питание оперативных цепей в любой момент времени с необходимым уровнем напряжения и мощности независимо от состояния основной сети и поэтому являются самым надежным источником питания. В то же время аккумуляторные батареи значительно дороже других источников оперативного тока, для них требуются зарядные агрегаты, специальное помещение и квалифицированный уход. Кроме того, из-за централизации питания создается сложная, протяженная и дорогостоящая сеть постоянного тока.

Переменный оперативный ток

Для питания оперативных цепей переменным током используется ток или напряжение сети. В соответствии с этим в качестве источников переменного оперативного тока служат трансформаторы тока, трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных нужд.

Трансформаторы тока являются весьма надежным источником питания оперативных цепей для защит от к. з. При к. з. ток и напряжение на зажимах трансформаторов тока увеличиваются, поэтому в момент срабатывания защиты мощность трансформаторов тока возрастает, что и обеспечивает надежное питание оперативных цепей.

Однако трансформаторы тока не обеспечивают необходимой мощности при повреждениях и ненормальных режимах, не сопровождающихся увеличением тока на защищаемом присоединении. Поэтому их нельзя использовать для питания защит от замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью, защит от витковых замыканий в трансформаторах и генераторах или защит от таких ненормальных режимов, как повышение или понижение напряжения и понижение частоты.

Трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных нужд непригодны для питания оперативных цепей защит от к. з., так как при к. з. напряжение в сети резко снижается и может в неблагоприятных случаях становиться равным нулю. В то же время при повреждениях и ненормальных режимах, не сопровождающихся глубокими понижениями напряжения в сети, трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных нужд могут использоваться для питания таких защит, как, например, защиты от перегрузки, от замыканий на землю, повышения напряжения и т. д.

Питание цепей управления выключателей. Дистанционное управление выключателями и их автоматическое включение от АПВ или АВР должно производиться при любых нагрузках на присоединении и при отсутствии напряжении на шинах подстанции, чего не обеспечивают трансформаторы тока. Поэтому питание цепей дистанционного управления, АПВ и АВР производится от трансформаторов напряжения, трансформаторов собственных нужд и заряженных конденсаторов. Чтобы обеспечить производство операции по включению при отсутствии напряжения на шинах, трансформаторы, питающие цепи управления, подключаются к линиям, питающим подстанцию или на выключателях устанавливаются механические приводы, действующие а счет энергии поднятого груза или сжатой пружины.

Таким образом, каждый источник переменного оперативного тока имеет свою область применения. При этом возможность использования того или иного источника определяется мощностью, которую он может дать в момент производства операций. Мощность источника питания должна с некоторым запасом превосходить мощность, потребляемую оперативными цепями, основной составляющей которой является мощность, затрачиваемая приводом на отключение и включение выключателей.

Наибольшие затруднения из-за недостаточной мощности возникают при применении трансформаторов тока и трансформаторов напряжения. Учитывая, что включение и отключение выключателей является кратковременной операцией, можно допускать значительные перегрузки измерительных трансформаторов без ущерба для них.

3.5 Общие принципы выполнения реле

энергосистема релейный защита трансформатор

В схемах релейной защиты и электрической автоматики применяются электромеханические реле, реле на полупроводниковых приборах (диодах и транзисторах) и реле с использованием насыщающихся магнитных систем. Значительное распространение имеют электромеханические реле.

Однако наличие таких недостатков электромеханических реле, как большие размеры, значительное потребление мощности от трансформаторов тока и напряжения, трудности в обеспечении надежной работы контактов побудили к поискам более совершенных принципов выполнения реле. Новые принципы исполнения реле с помощью полупроводниковых приборов позволяют существенно улучшить параметры и характеристики реле и перейти полностью или частично на бесконтактные схемы защит.

Помимо реле, реагирующих па электрические величины, для защиты электрических машин и аппаратов применяются реле, реагирующие на неэлектрические величины, косвенным образом характеризующие появления повреждений пли ненормальных режимов в них. Например, имеются реле, реагирующие на появления газов или повышение давления в кожухах маслонаполненных трансформаторов и реакторов, реле, реагирующие на повышение температуры трансформаторов и электрических машин и т. д.

Реле, реагирующие на электрические величины, можно подразделить на три группы:

1) реле, реагирующие на одну электрическую величину: ток или напряжение;

2) реле, реагирующие на две электрические величины: ток и напряжение сети или два напряжения, каждое из которых является линейной функцией тока и напряжения сети;

3) реле, реагирующие на три или больше электрические величины, например: три тока и три напряжения сети, или несколько напряжений, представляющих линейные функции токов и напряжения сети.

К первой группе относятся реле тока и реле напряжения. Ко второй принадлежат однофазные реле: мощности, сопротивления и некоторые другие. К третьей относятся трехфазные реле мощности, многофазные реле сопротивления и другие устройства.

Трансформаторы тока являются очень важным элементом релейной защиты. Они питают цепи защиты током сети и выполняют роль датчика, через который поступает информация к измерительным органам устройств релейной защиты. От точности этой информации зависит надежная и правильная работа релейной защиты. Поэтому основным требованием к трансформаторам тока является точность трансформации с погрешностями, не превышающими допустимых значений. Чрезмерно большие погрешности могут вызвать неправильные действия устройств релейной защиты. Поэтому уменьшение погрешности трансформаторов тока является очень важной задачей, она сводится к уменьшению тока намагничивания трансформаторов тока.

Для обеспечения правильной работы большинства устройств релейной защиты погрешность трансформаторов тока не должна превышать по току , а по углу . Эти требования обеспечиваются, если полная погрешность трансформаторов тока или если ток намагничивания не превосходит 10% от тока , проходящего по трансформатору тока.

Питание устройств релейной защиты током сети производится по типовым схемам соединений трансформаторов тока и обмоток реле. Поведение и работа реле в каждой из этих схем зависят от характера распределения токов в ее вторичных цепях в нормальных и аварийных условиях.

Для каждой схемы соединений можно определить отношение тока в реле к току в фазе . Это отношение называется коэффициентом схемы

.

Коэффициент схемы учитывается при расчете уставок и оценке чувствительности защиты.

Основные типовые схемы:

1) схема соединения трансформаторов тока и обмоток реле в полную звезду;

2) схема соединения трансформаторов тока и обмоток реле в неполную звезду;

3) схема соединения трансформаторов тока в треугольник, а обмоток реле в звезду;

4) схема соединении с двумя трансформаторами тока и одним реле, включенным на разность токов двух фаз;

5) схема соединения трансформаторов тока в фильтр токов нулевой последовательности.

ВОСП «НЧЭС» применяется схема соединения трансформаторов тока и обмоток реле в неполную звезду.

Рис. 2. Схема соединений трансформаторов тока и обмоток реле в неполную звезду.

Трансформаторы тока устанавливаются в двух фазах. В реле I и III проходят токи соответствующих фаз

и ,

а в обратном проводе ток равен их геометрической сумме:

.

С учетом векторной диаграммы равен току фазы, отсутствующей во вторичной цепи. При трехфазном к. з. и нормальном режиме токи проходят по обоим реле I и III и в обратном проводе. В случае двухфазного к. з. токи появляются в одном или двух реле (I или III) в зависимости от того, какие фазы повреждены.

Ток в обратном проводе при двухфазных к. з. между фазами А и С, в которых установлены трансформаторы тока, с учетом, что , равен нулю, а при замыканиях между фазами АВ и ВС он соответственно равен и .

В случае однофазного к. з. фаз (А или С), в которых установлены трансформаторы тока, во вторичной обмотке трансформатора тока и обратном проводе проходит ток к. з. При замыкании на землю фазы В, в которой трансформатор тока не установлен, токи в схеме защиты не появляются; следовательно, схема неполной звезды, реагирует не на все случаи однофазного к. з. и поэтому применяется только для защит, действующих при междуфазных повреждениях. Коэффициент схемы .

3.6 Устройство релейной защиты и ее типы, используемые для защиты кабельных линий

В ОСП «НЧЭС» для защиты кабельных линий 10 кВ применяются следующие виды защит:

1. Максимальная токовая защита.

2. Токовые отсечки.

3. Защита от замыканий на землю

1.Максимальная токовая защита.

Одним из признаков возникновения к. з. является увеличение тока в линии. Этот признак используется для выполнения защит, называемых токовыми. Токовые защиты приходят в действие при увеличении тока в фазах линии сверх определенного значения. В качестве реле, реагирующих на возрастание тока, служат максимальные токовые реле.

Токовые защиты подразделяются на максимальные токовые защиты и токовые отсечки. Главное различие между этими защитами заключается в способе обеспечения селективности.

Селективность действия максимальных защит достигается с помощью выдержки времени. Селективность действия токовых отсечек обеспечивается соответствующим выбором тока срабатывания.

Максимальные токовые защиты являются основным видом защит для сетей с односторонним питанием. В сетях более сложной конфигурации максимальная защита применяется как вспомогательная в отдельных случаях.

Рис. 3. Максимальные токовые защиты в радиальной сети с односторонним питанием:

а - размещение защит; б - выдержки времени защит, выбранные по ступенчатому принципу

В сетях с односторонним питанием максимальная защита должна устанавливаться в начале каждой линии со стороны источника питания. При таком расположении защит каждая линия имеет самостоятельную защиту, отключающую линию в случае повреждения на ней самой или на шинах питающейся от нее подстанции.

При к. з. в какой-либо точке сети, например в точке К1 (рис. 3), ток к. з. проходит по всем участкам сети, расположенным между источником питания и местом повреждения, в результате чего приходят в действие все защиты (1, 2, 3, 4). Однако по условию селективности сработать на отключение должна только защита 4, установленная на поврежденной линии.

Для обеспечения указанной селективности максимальные защиты выполняются с выдержками времени, нарастающими от потребителей к источнику питания (рис. 3). При соблюдении этого принципа в случае к. з. в точке К1 раньше других сработает защита 4 и произведет отключение поврежденной линии. Защиты 1, 2 и 3 вернутся в начальное положение, не успев подействовать на отключение. Соответственно при к. з. в точке К2 быстрее всех сработает защита 3, а защиты 1 и 2, имеющие большее время, не подействуют. Такой принцип подбора выдержек времени называется ступенчатым.

В сетях с двусторонним питанием достигнуть селективного действия максимальной защиты только путем подбора выдержек времени, как правило, не удается; в этих сетях вместо максимальной токовой защиты применяют более сложные направленные защиты.

Максимальные защиты выполняются трехфазными и двухфазными прямого и косвенного действия.

По способу питания оперативных цепей максимальные защиты косвенного действия делятся на защиты с постоянным и переменным оперативным током. По характеру зависимости времени действия реле от тока максимальные защиты подразделяются на защиты с независимой и зависимой характеристиками.

Максимальные защиты прямого действия и на переменном оперативном токе имеют существенные отличия в выполнении оперативных цепей, применяемой аппаратуре и в расчете параметров.

Если время действия защиты определяется выдержкой времени, установленной на реле времени и не зависит от величины тока к. з., то такая защита называется защитой с независимой выдержкой времени. Наряду с независимой защитой применяется максимальная защита с зависимой и ограниченно зависимой характеристиками. Оба вида зависимых защит выполняются при помощи токовых реле, работающих не мгновенно, а с выдержкой времени, зависящей от величины тока. Примером такого реле является реле типа РТ-80. Согласование выдержек времени независимых защит значительно проще, поэтому зависимые защиты следует применять только в случаях явного преимущества.

В сети с изолированной нейтралью трехфазные схемы не рекомендуются к применению по следующим причинам:

1. Трехфазные схемы дороже выдержкой времени, двухфазных, так как для их выполнения требуется больше оборудования и соединительных проводов.

2. Трехфазные защиты в большем числе случаев, чем двухфазные, работают неселективно при двойных замыканиях на землю.

ВОСП «НЧЭС» применяется схема двухфазной двухрелейная защиты на постоянном оперативном токе.

2.Токовые отсечки.

Отсечка является разновидностью токовой защиты, позволяющей обеспечить быстрое отключение к. з. Токовые отсечки подразделяются на отсечки мгновенного действия и отсечки с выдержкой времени (около 0,3 - 0,6 с).

Рис. 4. Принцип действия токовой отсечки

Селективность действия токовых отсечек достигается ограничением их зоны работы так, чтобы отсечка не действовала при к. з. на смежных участках сети, защита которых имеет выдержку времени, равную или больше, чем отсечка. Для этого ток срабатывания отсечки должен быть больше максимального тока к. з., проходящего через защиту при повреждении в конце участка, за пределами которого отсечка не должна работать (точка М участка AM на рис. 5). Такой способ ограничения зоны действия основан на том, что ток к. з. зависит от величины сопротивления до места повреждения (рис. 5).

При удалении точки к. з. от источника питания или от места расположения защиты сопротивление растет, а ток к. з. соответственно уменьшается.

Если по условиям селективности отсечка не должна действовать при к. з. за точкой М (рис. 5), то для обеспечения этого условия необходимо выбрать .

Тогда при к. з. за точкой М отсечка не будет действовать, а при повреждении в пределах участка AM - будет работать на той части линии AN, где .

Таким образом, зона действия защиты, с током срабатывания, охватывает только часть линии AN и не выходит за пределы участка AM.

Токовые отсечки применяются как в радиальной сети с односторонним питанием, так и в сети, имеющей двустороннее питание. Для обеспечения расчетной зоны действия отсечки трансформаторы тока, питающие ее цепи, должны работать при токе срабатывания отсечки (т. е. при ) с погрешностью е или .

Принципиальные схемы отсечек мгновенных (без выдержки времени) и с выдержкой времени на постоянном оперативном токе изображены на рис. 5

Рис. 5. Однолинейные схема токовой отсечки:

а - мгновенной; б - с выдержкой времени

В сети с изолированной нейтралью или заземленной через большое сопротивление применяются двухфазные схемы, подобные схемам максимальной токовой защиты.

Так же как и максимальные защиты, отсечки выполняются на постоянном и переменном оперативном токе, а также с помощью реле прямого. Схемы отсечек с выдержкой времени полностью совпадают со схемами максимальных защит с независимой выдержкой времени. Схемы отсечек без выдержки времени отличаются от схем максимальной защиты отсутствием реле времени.

3.Защита от замыканий на землю

Сети с малым током замыкания на землю работают с изолированной нейтралью или с заземленной через дугогасящую катушку. В таких сетях (в отличие от сетей с глухозаземленной нейтралью) замыкание на землю одной фазы не вызывает короткого замыкания и не сопровождается поэтому снижением междуфазных напряжений и появлением повышенных токов в сети.

Требования к защите от замыканий на землю в сети с малым током замыкания на землю существенно отличаются от требований, предъявляемых к защитам от к. з. Поскольку замыкания на землю не вызывают появления сверхтоков и не искажают величины междуфазных напряжений, они не отражаются на питании потребителей, не влияют на устойчивость энергосистемы и не сопровождаются перегрузкой оборудования опасными токами. Поэтому в отличие от к. з. замыкания на землю не требуют немедленной ликвидации.

Однако отключение замыканий на землю является все же необходимым, так как в результате теплового воздействия тока замыкания на землю в месте повреждения возможно повреждение изоляции между фазами и переход однофазного замыкания в междуфазное к. з. Помимо того, из-за перенапряжений, вызываемых замыканием на землю, возможен пробой или перекрытие изоляции на неповрежденных фазах, что приводит к образованию двойных замыканий на землю в разных точках сети. В компенсированных сетях и сетях с малыми емкостными токами (20 - 30 А в сети 10 и 6 кВ) замыкания на землю могут оставаться довольно длительное время (до 2 ч), не вызывая развития повреждения и не нарушая работы потребителей.

Исходя из этого принято выполнять защиту от замыканий на землю в сетях с малым током повреждения с действием на сигнал. Получив сигнал о появлении замыкания на землю, дежурный персонал принимает меры к переводу нагрузки поврежденной линии на другой источник цитация, разгружает поврежденную линию и затем отключает ее.

Защиты от замыкания на землю должны быть селективными и иметь высокую чувствительность. Последнее вызывается тем, что токи повреждения, на которые реагирует защита, очень малы (5 - 10 А). Кроме того, желательно, чтобы защита от замыканий на землю реагировала не только на устойчивые, но также и на неустойчивые повреждения.

Простейшей защитой от замыканий на землю является общая неселективная сигнализация о появлении замыкания на землю без указания поврежденного участка. Такое устройство состоит из схемы с одним реле повышения напряжения (рис. 6), включенным на напряжение нулевой последовательности.

Рис. 6. Схема неселективной сигнализации при замыканиях на землю с реле напряжения, включенным на напряжение нулевой последовательности

При появлении «земли» схема дает сигнал, а затем дежурный поочередным отключением присоединений определяет поврежденный элемент. Указанный способ определения повреждения связан с кратковременным нарушением питания потребителей, требует много времени и особенно неудобен на подстанциях без постоянного дежурного персонала.

Все известные и применяемые на практике защиты можно подразделить на четыре группы:

1. защиты, реагирующие на естественный емкостный ток сети. Такой способ защиты возможен только при отсутствии компенсации или при наличии недокомпенсации емкостного тока сети;

2. защиты, реагирующие на токи нулевой последовательности, создаваемые искусственным путем;

3. защиты, реагирующие на установившиеся остаточные токи, возникающие в поврежденной линии при резонансной компенсации емкостных токов;

4. защиты, реагирующие на токи переходного режима, возникающие в первый момент замыкания на землю.

Токовая защита, реагирующая на полный ток нулевой последовательности

Защита предназначена для радиальных сетей. В некомпенсированной сети она реагирует на естественный емкостный ток, а в компенсированной действует от остаточного тока перекомпенсации (если таковая предусмотрена). Основной трудностью в выполнении рассматриваемой защиты является обеспечение необходимой чувствительности при малых значениях тока повреждения - 10 А и меньше.

Реагирующий орган защиты состоит из токового реле, питающегося через фильтр нулевой последовательности. В качестве фильтра применяется специальный трансформатор тока нулевой последовательности (ТНП) особой конструкции. В однотрансформаторном фильтре, выполняемом с помощью трансформатора тока нулевой последовательности, ток 3I₀ получается магнитным суммированием первичных токов трех фаз:

Защита с трансформатором тока нулевой последовательности получается значительно чувствительнее, чем с использованием трехтрансформаторного фильтра.

Главное преимущество ТНП состоит в значительно меньшем небалансе и возможности подбора числа витков вторичной обмотки из условия наибольшей чувствительности защиты без каких-либо ограничений по нагрузке. В результате этого ТНП позволяет обеспечить действие защиты при первичных токах порядка 3-5 А, а при сочетании ТНП с высокочувствительными реле чувствительность защиты повышается до 1 - 2 А. Вследствие этого схема защиты с ТНП является основой для сети с малым током замыкания на землю.

Опыт эксплуатации показал, что токовое реле может неправильно работать на неповрежденных линиях в первый момент повреждения под влиянием бросков токов, появляющихся в неустановившемся режиме. Исключить ложную работу защиты по указанной причине можно загрублением защиты по току срабатывания, введением выдержки времени или применением фильтра, не пропускающего в реле тока высших частот, составляющих значительную долю в токе неустановившегося режима. Для отстройки от броска емкостного тока предусматривается реле времени. Схемы с включением реле через фильтр высокой частоты также применяются. Защита с фильтром выполняется без выдержки времени и поэтому может реагировать на кратковременные замыкания на землю. Действие защиты фиксируется с помощью указательного реле.

3.7 Принцип работы и устройство ТНП

Для защиты линий ТНП выполняются только кабельного типа. При необходимости осуществления защиты воздушных линий делается кабельная вставка, на которой устанавливается ТНП.



Рис. 7. Установка ТНП на кабеле

Для кабельных линий заводы электропромышленности изготавливают ТНП типа ТЗ с неразъемным магнитопроводом, надеваемым на кабель до монтажа воронки, и типов ТЗР и ТФ с разъемным магнитопроводом, которые можно устанавливать на кабелях, находящихся в эксплуатации, без снятия кабельной воронки.

При прохождении токов I_бр по оболочке неповрежденного кабеля, охваченного ТНП, в реле защиты появляется ток, от которого защита может подействовать неправильно (рис. 9).

Через оболочку кабелей (стальную броню и свинец) могут проходить токи I_бр, замыкающиеся через землю. Эти токи появляются при замыканиях на землю вблизи кабеля, работе сварочных аппаратов и в других подобных случаях. Прохождение тока I_бр по броне неповрежденного кабеля через ТНП вызывает вторичный ток в его обмотке и, как следствие этого, неправильное действие защиты. Для исключения этого необходимо компенсировать влияние токов, которые могут проходить по свинцовой оболочке и броне кабеля. С этой целью броня и оболочка кабеля на участке от его воронки до ТНП изолируются от земли (рис. 9). Заземляющий провод присоединяется к воронке кабеля и пропускается через окно ТНП. При таком исполнении ток, проходящий по броне кабеля, возвращается по заземляющему проводу, поэтому магнитные потоки в магнитопроводе ТНП от токов в броне и проводе взаимно уничтожаются. Магнитопровод ТНП должен быть также надежно изолирован от брони кабеля.

Для определения поврежденного участка в радиальных сетях токовые защиты устанавливаются на всех линиях каждого радиального направления. Защита устанавливается в начале каждой линии. При возникновении замыкания на землю по действию защиты на питающей подстанции определяется то радиальное направление, на котором произошло повреждение. Затем осмотром сигналов защит на линиях этого направления устанавливается поврежденный участок. Поврежденным является тот участок, на котором подействовавшая защита является последней. Если защиты действуют на отключение, то для обеспечения селективности время действия на них подбирается по ступенчатому принципу, как на максимальных защитах.

Чувствительность токовой защиты ограничивается необходимостью ее отстройки от бросков емкостного тока при замыканиях на землю на других линиях. В результате этого для надежного и селективного действия токовой защиты требуется увеличение тока замыкания на землю сверх допустимого предела, в то время как для повышения надежности работы компенсированных сетей необходимо снижать этот ток. Недостаточная чувствительность токовых защит, реагирующих на емкостный ток сети, особенно проявляется па подстанциях с малым числом линий, а также в компенсированных сетях с малым остаточным током. В этих случаях емкостный ток неповрежденной линии (от которого отстраивается ее защита) становится соизмеримым с током замыкания на землю в поврежденной линии. В связи с этим токовая защита в компенсированных сетях применяется редко.



Литература

1. Правила устройства электроустановок: 7-е изд. - М.: Главгоснадзор России, 2003.

2. Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок (ПОТ РМ-016-2001 РД 153-34.0-03.150-00). - М.: «Изд-во НЦ ЭНАС», 2001.

3. Козлов В.А., Куликович Л.М. Прокладка, обслуживание и ремонт кабельных линий. - Л.: Энергоатомиздат, 1984.

4. Чернобровов Н.В. Релейная защита. М.: «Энергия», 1974.

5. Справочник по наладке электроустановок. Под ред. Дорофеюка А.С., Хачумяна А.П., М.: «Энергия», 1976.

Размещено на Allbest.ru