Тяговые и трансформаторные подстанции - Назначение релейной защиты

ГЛАВА 7
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА
Назначение релейной защиты и основные требования, предъявляемые к ней
В работе электроустановок возможно возникновение ненормальных режимов и повреждений изоляции. К ненормальным режимам относятся перегрузки токами выше установленных допустимых значений, замыкания на землю одной фазы в системе с изолированной нейтралью, чрезмерное повышение температуры трансформатора и т. п. Последствиями повреждений изоляции являются КЗ, которые опасны не только для тех видов оборудования, в которых они возникают, особенно с образованием электрической дуги, но и для оборудования той электрической цепи, по которой протекают токи КЗ вследствие их динамического и термического воздействия.
Во избежание развития аварий при КЗ и уменьшения вероятности перерыва в электроснабжении потребителей применяют специальные устройства, называемые релейной защитой, которые обеспечивают быстрое автоматическое отключение поврежденного элемента электроустановки путем воздействия на отключающее устройство выключателя присоединения, где находится поврежденный элемент. При возникновении ненормального режима работы релейная защита должна действовать (в зависимости от характера ненормального режима) или на сигнал для привлечения внимания обслуживающего персонала и принятия им необходимых мер (при местном управлении), или на отключение с некоторой выдержкой времени, или мгновенно. Релейная защита представляет собой противоаварийную автоматику, без которой невозможно осуществлять работу современной электроустановки.
К релейной защите в соответствии с ее назначением предъявляют следующие основные требования: избирательность, необходимое быстродействие, чувствительность, надежность, резервирование. Кроме того, релейная защита должна быть, по возможности, недорогой и безопасной в обслуживании.
Под избирательностью (селективностью) понимают такое действие релейной защиты, при котором отключается только поврежденный элемент электроустановки или участок электрической сети, а все неповрежденные элементы и участки электрической сети остаются в работе. При одностороннем питании должен отключаться ближайший от поврежденного элемента выключатель, а при двустороннем питании -ближайшие от него с обеих сторон выключатели. При КЗ в точке К (рис. 127) должен отключиться выключатель 9, а выключатели 1—8 должны остаться включенными, несмотря па прохождение через элементы этих цепей токов КЗ IК1 и Iк2. Отключение других выключателей привело бы к прекращению электроснабжения приемников электроэнергии, не имеющих повреждений. Избирательность осуществляется различными способами, зависящими от принципа действия релейной защиты. Для несложных сетей и электроустановок избирательность достигается настройкой релейной защиты на срабатывание при различных токах и времени. Например, для отключения КЗ в точке К время срабатывания релейной защиты, действующей на выключатель 9, должно быть меньше, чем у выключателей 3 и 4.
Быстродействие релейной защиты необходимо для ограничения размеров разрушений защищаемого элемента электрической дугой, уменьшения продолжительности снижения напряжения у потребителей, присоединенных к той же электрической сети, но не имеющей КЗ, и сохранения устойчивости параллельной работы генераторов электростанций электрической системы. Но не всегда представляется возможным выполнить защиты, которые обладали бы одновременно быстродействием и избирательностью. Поэтому с целью достижения избирательности часто применяют релейные защиты, действующие с выдержкой времени.
К быстродействующим относится такие защиты, которые срабатывают в течение не более 0,1 с после возникновения КЗ. С учетом времени срабатывания быстродействующего выключателя
полное время отключения повреждения быстродействующими защитами не должно превышать 0,2 с.
Под чувствительностью защиты принято понимать способность ее реагировать на повреждения и самые незначительные нарушения нормального режима работы, которые возможны в защищаемых элементах. При этом чувствительность защиты должна быть такой, чтобы защита приходила в действие при наименьшем токе КЗ в конце защищаемого ею участка, минимальном режиме работы источников питания (ИП) и при КЗ через переходное сопротивление, обусловленное электрической дугой.
Чувствительность защиты оценивается коэффициентом чувствительности, который представляет собой отношение наименьшей величины (например, тока), характеризующей КЗ в конце защищаемого участка, к величине (току) срабатывания релейной защиты. Для различных видов защиты ПУЭ устанавливают коэффициент чувствительности, колеблющийся в пределах 1,5—2,5. Из этого вытекает, что ток срабатывания релейной защиты (или другой величины, пропорциональной ему) должен быть всегда в 1,5—2,5 раза ниже наименьшего значения тока КЗ защищаемого участка.

Рис. 127. Схема избирательного действия релейной защиты
Надежность работы защиты — это свойство выполнять заданные ей функции с заданным техническим совершенством. Из этого вытекает, что защита должна срабатывать при КЗ в защищаемой зоне, не срабатывать при КЗ за пределами защитной зоны и при отсутствии КЗ. Это достигается правильным выбором системы и расчета защиты, простотой ее схемы и высоким качеством аппаратуры, правильным выполнением монтажа и настройки, соблюденном правил ухода за ней в эксплуатации.
Резервирование защиты состоит в том, что в случае несрабатывания защиты поврежденного участка его должна отключить следующая по направлению к источнику питания защита. Например, в случае неотключения выключателя 9 при КЗ в точке К (неисправность цепей релейной защиты, повреждение выключателя или его отключающего устройства) должны отключаться выключатели 3 и 4. Хотя это и нарушает принцип избирательности релейной защиты, но является необходимым условием, исключающим нарушение работы потребителей всей сети.