Основные принципы действия релейной защиты

Одним из признаков возникновения КЗ является увеличение тока в линии. Этот признак используется для выполнения релейных защит (РЗ), называемых токовыми. Токовые РЗ приходят в действие при увеличении тока в фазах линий сверх определенного значения. В качестве устройств, реагирующих на возрастание тока, служат максимальные токовые реле.

Максимально-токовая защита (МТЗ) наиболее проста, что обусловливает широкое применение ее для защиты главных элементов систем электроснабжения: силовых трансформаторов, электродвигателей, линий с односторонним питанием.

В зависимости от способа обеспечения селективности токовые защиты делятся на максимально-токовые защиты (МТЗ) и токовые отсечки (ОТ). В первом случае, МТЗ, срабатывая при аварии, обеспечивает селективность действия благодаря выбору уставок по току, возрастающих по направлению к источнику питания, и выбору уставок по времени. Во втором случае – соответствующим выбором тока, при котором срабатывает токовая отсечка.

Рассмотрим принцип действия МТЗ в радиальной сети с односторонним питанием, для которой МТЗ являются основным видом релейной защиты. Защиты устанавливаются в начале каждой линии, как показано на рис. 8.2. Каждая линия имеет самостоятельную РЗ, отключающую линию только в случае повреждения на ней самой или на шинах питающейся от нее подстанции и является резервирующей защитой для соседней линии.

 

 

 

Рис. 8.2. Схема размещения МТЗ в радиальной сети с односторонним

питанием

 

Комплекты защит 1,2,3,4 устанавливаются в начале каждой линии со стороны источника питания (рис. 8.2, а). При КЗ в какой-либо точке схемы, например в точке К1, ток КЗ проходит по всем участкам сети, расположенным между источником питания и местом повреждения, в результате чего приходят в действие все РЗ (1,2,3,4). Однако по условию селективности сработать на отключение должна только защита участка 4 (РЗ 4), установленная в начале поврежденной линии.

Для обеспечения указанной селективности МТЗ выполняется с выдержкой времени, нарастающей от потребителей к источнику питания (рис. 8.2, б). При выполнении этого принципа в случае КЗ в точке К1 сработает МТЗ 4 и отключит поврежденный участок. Такое отключение может быть обеспечено также действием токовой отсечки, настроенной на соответствующий ток срабатывания. Защиты 1,2,3, имеющие большую выдержку времени, вернуться в начальное положение, не успев подействовать на отключение.

Для отключения КЗ в пределах всей защищаемой линии без выдержки времени служит дифференциальная защита (ДЗ – чаще используется для защиты высоковольтных ЛЭП). Дифференциальная защита основана на принципе сравнения значения и фазы тока в начале и конце защищаемой линии. При внешнем КЗ, которое находится вне зоны защищаемой линии, токи на концах ЛЭП направлены в одну сторону и равны по значению. При КЗ на защищаемой линии, токи направлены в разные стороны, как правило, и не равны друг другу. Следовательно, сопоставляя значения и фазу токов, можно определять, где произошла КЗ – на защищаемой линии или за её пределами. Эту функцию выполняет ДЗ. Дифференциальный принцип позволяет выполнять релейную защиту быстродействующей.

В сетях с изолированной или компенсированной нейтралью замыкание одной фазы на землю не сопровождается резким увеличением тока и снижением междуфазных напряжений. При замыкании фазы на землю ее напряжение снижается до нуля, напряжение неповрежденных фаз повышается до междуфазного (линейного) напряжения. Ток I_з в месте повреждения определяют по формуле:

I_з = U_ф ωС_уд ℓ∙10^-6, (8.2)

 

где ℓ – суммарная длина кабелей (проводов) одной фазы сети, км;

С_уд – емкость 1 км фазы сети относительно земли

Поскольку замыкания на землю не сопровождаются появлением сверхтоков и не искажают межфазных напряжений, они не отражаются на нормальном питании потребителей. Однако отключение замыканий на землю все же необходимо из-за теплового воздействия тока замыкания на землю и возможности межфазного повреждения изоляции. Кроме того, в результате перенапряжений возможен пробой изоляции в других точках сети, что может привести к возникновению двойного замыкания на землю.

Опыт эксплуатации сетей с изолированной нейтралью показывает, что сети с малыми емкостными токами замыкания на землю (20 – 30 А – сетях 6-10 кВ) могут длительное время (до 2-х часов) оставаться в таком режиме работы; при этом авария не развивается. Поэтому защиту от замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью выполняют с действием на сигнал. Получив сигнал, оперативный персонал принимает меры к ликвидации аварии.

Для защиты напряжения воздействующей величиной является уровень напряжения цепи в месте подключения защиты. Основное реле защиты – реле напряжения, которое приходит в действие при отклонении величины напряжения от заданного значения.

Защита, срабатывающая при уменьшении напряжения, называется минимальной защитой напряжения. Основным ее реле является реле минимального напряжения. Защита, предназначенная для действия при превышении напряжением заданной величины, называется максимальной защитой напряжения; для ее выполнения применяют реле максимального напряжения.

Для защиты при различных повреждениях в трансформаторах с масляным охлаждением используют газовую защиту, которая является более чувствительной, чем дифференциальная защита. Например, при замыкании небольшого количества витков в обмотке одной фазы и понижении уровня масла в трансформаторе, дифференциальная защита не действует.

В процессе эксплуатации трансформаторов могут возникать витковые замыкания, пробои обмоток на корпус, короткие замыкания между обмотками разных фаз и т.п., которые приводят к возникновению в толще масла электрической дуги, разряда или перегрева масла. Это ведет к разложению масла и изоляции и образованию летучих газов. Поскольку газы легче масла, они поднимаются вверх и под действием давления газов, масло перемещается вверх, в сторону расширителя, установленного сверху бака трансформатора. Такое перемещение масла и выделяющихся газов фиксируется с помощью газового реле, устанавливаемого в расширителе. Конструктивно газовые реле имеют несколько видов. Наиболее простым является поплавковое реле типа ПГ – 22 с двумя поплавками, плавающими в масле корпуса реле на разных уровнях.

При небольших ненормальных режимах (повышенная нагрузка трансформатора) срабатывает верхний поплавок реле и включает своим контактом предупреждающую сигнализацию. При КЗ в трансформаторе срабатывает нижний поплавок, включающий цепь на мгновенное отключение трансформатора.