Селективность защиты электрической сети

Поперечная дифзащита

Принцип работы генераторов тока в автомобилях

Применяется для предохранения нескольких линий электропередачи от КЗ, подключенных под одну систему шин.

Принцип работы

Поперечная дифзащита включает токовое реле также, как и продольная – от разности токов защищаемых линий.

Токовое реле сравнивает значения нагрузок каждого трансформатора. В отличие от продольной, для поперечной защиты ТТ могут быть установлены на разных ЛЭП, отходящих от единого источника электропитания. Пример – несколько фидеров, действующих от одного автоматического выключателя. Принцип действия защиты дифференциальной не позволяет ей срабатывать от действия внешних КЗ. Поперечная защита срабатывает, когда разница значений не будет равна нулю, т.е. возникает аварийная ситуация на одной из линий.

Схема срабатывания защиты

Токовые цепи подключаются на разность значений двух ЛЭП. Если происходит короткое замыкание на одной из линий, токовая нагрузка одного трансформатора (подключенном к ЛЭП с КЗ) становится больше, чем другого. Реле реагирует на разность значений и срабатывает отключение аварийной ЛЭП. Устройство защиты рассчитано на выбор и отключение только той линии, которая повреждена.

Таким образом, если срабатывает поперечная дифференциальная защита, обслуживающий персонал самостоятельно определяет поврежденный участок линии, отключает его, выводит реле из действия и включает работоспособные участки ЛЭП.

Преимущества:

  • 100% селективность;
  • не влияет на работу других реле;
  • не имеет временного промежутка отключения – срабатывает мгновенно.

Недостатки:

  • необходим принудительный повторный запуск после срабатывания отключения;
  • не может применяться как основная единственная защита;
  • необходимо применение дополнительных мероприятий для мониторинга мертвых зон;
  • не защищает концы линии и ошиновку на ПС – имеет несколько мертвых зон;
  • самостоятельно не определяет место действия КЗ;
  • не применяется для ЛЭП с автоматическими выключателями, где требуется отключение лишь поврежденных участков ЛЭП;
  • необходимость полного выведения из действия одной линии.

Область применения

  • Устанавливается на линиях 35-220 кВ.
  • Поперечная дифференциальная защита используется на параллельных ЛЭП с двумя источниками напряжения как резервная, на линиях с односторонним питанием – как основная. При двухстороннем питании ТТ устанавливаются с обоих концов линии, при одностороннем – лишь на источнике питания. Имеет место на ЛЭП с одинаковым сопротивлением (провода и кабели одного сечения, одинаковая нагрузка).

Если мертвая зона на ЛЭП составляет не более 10%, то такую ЛЭП можно считать эффективно защищенной.

РД 153-34.0-35.617-2001 (с изм. 1 2001, 2 2004) — Правила технического обслуживания устройств релейной защиты, электроавтоматики, дистанционного управления и сигнализации электростанций и подстанций 110-750 кВ

Принцип работы и функции

Главные функции селективности заключаются в:

  • обеспечении безопасной работы приборов в помещении;
  • мгновенном определении и обесточивании зоны питания, в которой произошла поломка, без других выключений приборов, не прекращающих подачу электрической энергии в местах стабильной работы техники;
  • снижении последствий после поломки приборов или техники;
  • уменьшении напряжения на составные приборы и предупреждении поломок в неисправной части;
  • обеспечении максимально возможной безостановочной подачи энергии;
  • обеспечении беспрерывного рабочего процесса;
  • обеспечении поддержки в том случае, если сама защита, отвечающая за размыкание, придет в неисправность;
  • поддержке оптимального функционирования установки;
  • обеспечении практичности в использовании и экономической доступности.

Вам это будет интересно Определение тока или напряжения в розетке


Определение избирательности

Виды селективной защиты разделяют на:

  • полную. Два устройства соединены последовательным соединением. При воздействии сверхтоков активируется только одна защита, которая находится ближе к зоне повреждения;
  • частичную. Похожа на полное, но защита действует только до определенного показателя перегрузки по току;
  • временную. Схема включает в себя несколько машин с одинаковыми токовыми параметрами, но с разным временем воздействия. В результате от ближайшего к поломке до самого удаленного выключателя устройства страхуют друг друга (например, ближайший будет работать через 0,02 сек., следующий через 0,5 сек., а последний — через 1 сек., если остальные 2 не работают).


Конструкция предохранителя Принцип действия текущей селективности защиты подобен времени, но только воздействие происходит по величине тока. Например, автоматические выключатели установлены на входе 25 А, затем 16 А, а затем 10 А. В то же время они могут иметь одинаковое время отключения. В дополнение к реакции защитных механизмов на ток также определяется время этой реакции.


Предохранители в щитке

При обнаружении некорректной работы в установке можно точно определить неисправную зону и отключить подачу электроэнергии только в нее. Все процессы предотвращения повреждений происходят в литом корпусе выключателя. Отключение происходит за такое короткое время, что отметка максимального значения тока не достигает своего результата.

К сведению! Избирательность защиты может быть абсолютной и относительной. В первом случае отключается только поврежденная часть цепи. По этому принципу работают предохранители, установленные в электроприборах.

Контроль мощности

Таковы ЛЭП и магистрали поддержания их работоспособности по всей стране. Они передают напряжение с током в одну часть линии, а потом реверсировать в другую по переключению направлений персоналом в результате предпосылки аварийной ситуации.

РЗА с помощью своих реле определяет расстояние до места короткого замыкания, отмечая ненужные колебания и готовится к отключению, не доводя ситуацию с напряжением до критической точки. Реле мощности (РМ) учитывают колебания ее направлений и настраиваются на срабатывание при достижении критической величины.

Для устранения таких случаев включаются блокировочные установки, запрещающие вывод из системы силового выключателя по качаниям в системе.

Обеспечение селективной работы

Для обеспечения селективности нескольких УЗО, подключенных последовательно, нужно правильно их выбрать по значениям тока и времени. Главную роль играют такие параметры УЗО, как временные и токовые уставки. Эти устройства отличаются от остальной автоматики тем, что их селективность может быть выставлена не только по значению времени, но и по току.

Исходя из временного интервала селективное УЗО имеет две разновидности:

  • Тип «S» с выдержкой времени 0,15-0,5 с.
  • Тип «G» с выдержкой времени 0,06-0,08 с.

Обратите внимание на то, что обыкновенное УЗО без функции селективности срабатывает через 0,02-0,03 с после обнаружения утечки тока. Такое устройство устанавливают для отходящих групповых потребителей, а тип «S» или «G» подходит для монтажа на входе (вблизи с источником питания)

Способ обеспечения селективности УЗО на видео:

УЗО селективность работыУЗО селективность работы

Запомните, что вышестоящее УЗО должно иметь в три раза большую выдержку по времени, чем у устройств, защищающих отходящие линии. Аналогичная разница нужна и в варианте, когда селективная работа выстраивается по номинальному дифференциальному току отключения. Эта величина у вводного устройства должна в три раза превосходить ток групповой защиты.

Если сказать проще, вводное УЗО при возникновении утечки фиксирует разницу в величинах входного и выходного тока, но не реагирует. Оно как бы даёт возможность отработать нижестоящим устройствам. И только в том случае, если по какой-то причине эти устройства не сработали (из-за поломки самого УЗО либо допущенных ошибок при коммутировании схемы), через определённое время отключится селективное УЗО на вводе. Оно является своего рода подстраховкой групповым устройствам.

Есть ещё один случай, когда отработает вводное устройство – если токовая утечка возникнет между ним и групповым УЗО, расположенным ниже. Чтобы было понятнее, объясним на примере. Предположим вводное устройство вместе со счётчиком электроэнергии и общим автоматом смонтированы в распределительном щите, расположенном на улице. А устройства для отходящих линий установлены в щите, который расположен внутри дома. Если на кабеле между этими двумя щитами возникнет токовая утечка, то среагирует и отключится селективное УЗО на вводе.

Селективность – хорошо это или плохо – на видео:

Селективность. Почему отключается вводной автомат?Селективность. Почему отключается вводной автомат?

Еще виды РЗА

Её техника используется для контроля работоспособности всех технологических систем, для охлаждения которых используются масла, в частности, трансформаторы. Поломка в них вызывает высокую температуру с выделением в атмосферу газов из состава масел. При этом охлаждающие средства теряют стандартный химический состав и снижают  диэлектрические свойства.

На такие технологические сбои мгновенно реагирует механическая релейная защита. Она учитывает и изменения в химии газов, и продукты распада масел.

Можно отметить, что РЗА работает на подобных принципах и при появлении таких  повышающих факторов:

  • термо;
  • давления той или иной среды или   предпосылок от механики.

И это еще не все основные классификации релейных защит – поскольку данный формат статьи не позволяет нам более широко раскрыть РЗА.

Основные органы релейной защиты [ править | править код ]

Пусковые органы

Пусковые органы непрерывно контролируют состояние и режим работы защищаемого участка цепи и реагируют на возникновение коротких замыканий и нарушения нормального режима работы. Выполняются обычно с помощью реле тока, напряжения, мощности и др.

Измерительные органы

Измерительные органы определяют место и характер повреждения и принимают решения о необходимости действия защиты. Измерительные органы также выполняются с помощью реле тока, напряжения, мощности и др. Функции пускового и измерительного органа могут быть объединены в одном органе.

Логическая часть

Логическая часть — это схема, которая запускается пусковыми органами и, анализируя действия измерительных органов, производит предусмотренные действия (отключение выключателей, запуск других устройств, подача сигналов и пр.). Логическая часть состоит, в основном, из элементов времени (таймеров), логических элементов, промежуточных и указательных реле, дискретных входов и аналоговых выходов микропроцессорных устройств защиты.

Пример логической части релейной защиты

Катушка реле тока K1 (контакты А1 и А2) включена последовательно со вторичной обмоткой трансформатора тока ТА. При коротком замыкании, на участке цепи, в котором установлен трансформатор тока, возрастает сила тока, и пропорционально ей возрастает сила тока во вторичной цепи трансформатора тока. При достижении силой тока значения уставки реле K1, оно сработает и замкнёт рабочие контакты (11 и 12). Цепь между шинами +EC и -EC замкнётся, и запитает сигнальную лампу HLW.

Данная схема приведена как простой пример. В эксплуатации используются более сложные логические схемы.

Виды зависимых времятоковых характеристик

Наиболее известными являются зависимые характеристики согласно ГОСТ МЭК 60255-151-2014. Зависимые характеристики в данном документе описываются формулой вида

Рис.1. Общая формула зависимых кривых согласно ГОСТ МЭК 60255-151-2014

Однако, в отечественной практике данную формулу принято представлять в следующем виде

Рис.2. Общая формула зависимых кривых в отечественной лит-ре

где K, α, β – определенные коэффициенты, а I*=IIс.з. – относительный ток срабатывания защиты.

Видно, что данные формулы практически идентичны, за исключением второго слагаемого TMS*c, которое отвечает за перемещение кривой вдоль оси времени. При задании кривой при помощи точки согласования защит, а не посредством коэффициента К формулы становятся полностью идентичными. Далее будет рассматривать построение зависимых кривых согласно формуле на Рис.2

Уставками (настраиваемыми величинами) в этой формуле являются параметры Iс.з. и K. Коэффициенты α и β, для определенного типа кривой, являются известными величинами

Наиболее известными и часто применяемыми зависимыми времятоковыми характеристиками у нас в стране являются нормально инверсная (INV), сильно инверсная (VERY), чрезвычайно инверсная (EXT) и зависимая с длительным временем (LONG)

Ниже приведены значения коэффициентов α, β для данных кривых:

нормально инверсная (INV): α = 0,02; β = 0,14

сильно инверсная (VERY): α = 1; β = 13,5

экстремально инверсная (EXT): α = 2; β = 80

зависимая с длительным временем (LONG): α = 1; β = 120

За счет разных коэффициентов получается разный наклон кривых проходящих через одну расчетную точку. Это свойство используется для обеспечения селективности защит.

Рис. 3. Основные зависимые характеристики 

На Рис. 3 все кривые начинаются от значения Iс.з. (в примере это 100 А). Также все кривые, кроме LONG, проходят через одну точку согласования (в примере это 300 А, 5 с). С кривой LONG есть одна особенность – о ней поговорим позже.

Пусть вас не смущает небольшая визуальная разница в наклоне кривых – просто график построен в логарифмическом масштабе по оси времени (Y). Так, например, разница во временах срабатывания между кривыми EXT и INV на токе 200 А составляет 5,4 с.

Рис. 4. Времена срабатывания защиты при применении различных кривых

Кроме того, вы можете изменять значение коэффициента К для того, чтобы перемещать кривую «вверх-вниз». Изменение К аналогично указанию другой точки (Iсогл., tсогл.), через которую пройдет ваша кривая, при сохранении начального тока срабатывания (Iс.з.).

Давайте покажем это для двух кривых INV с одинаковым током срабатывания Iс.з. = 100 А при значения К1 = 0,79 и К2 = 1,59

Рис. 5. Результаты изменения коэффициента К

Как видно из Рис. 5 изменение коэффициента К с 0,79 до 1,59 для нормально инверсной кривой дало изменение времени при токе согласования в 5 с.

Таким образом, имея один ток согласования с нижестоящей защитой (он вычисляется по известным формулам, которые мы здесь не приводим) можно получить различный наклон характеристик и различные времена срабатывания для конкретной защиты.

Также известна кривая RI, которая имитирует защитную характеристику одного из первых индукционных реле в мире, которое разработала фирма ASEA (ныне ABB). Ее график и примерная формула приведены ниже

Рис. 6. Характеристика реле индукционного RI (аппроксимация)

Кроме того, ввиду широкого распространения в России электромеханических реле РТ-80 и РТВ были попытки описать их кривые математическими формулами, для последующей имитации в микропроцессорных терминалах, а также для более удобного отображения на картах селективности. Вот один из примеров.

Рис.7. Характеристики реле РТ-80 и РТВ (аппроксимация)

Стоит отметить, что данные формулы дают большую погрешность и использовать их стоит только, если вы применяете микропроцессорный терминал РЗА, в котором они запрограммированы (указано в Руководстве по эксплуатации).

Если вы строите на карте селективности характеристику реального реле РТВ или РТ-80, то лучше выбирать характеристики реле из соответствующей базы данных. Подробнее почитать об этом можно здесь

В Гридис-КС (PRO) учтены оба варианта задания характеристик этих реле. Вам остается выбрать подходящий

Селективность — защита

Селективность защиты не нарушается при внешних коротких замыканиях независимо от состояния фиксации элементов за шинами.

Селективность защиты обеспечивает отключение минимального числа потребителей при повреждении какого-либо участка. Для обеспечения селективности защиты ближайшие к потребителю выключатели должны иметь наименьшую и по мере приближения к источнику питания — возрастающую выдержку времени при отключении. Разность значений времени отключения двух последовательно расположенных выключателей между источником питания и потребителем называется ступенью селективности.

Селективность защиты в электрических сетях — избирательность при автоматическом отключении участков сети. Например, при коротком замыкании в сети участок сети с коротким замыканием должен отключиться аппаратом, расположенным перед этим участком, а не аппаратом, расположенным ближе в источнику питания, так как последний может включать и другие участки сети.

Селективность защиты с отсечкой трансформатора, имеющей время 0 5 сек, обеспечивается.

Селективность защиты плавкими предохранителями в разомкнутых сетях, как было показано выше ( см. § 2.4), достигается или путем соответствующего выбора номинальных токов плавких вставок последовательно установленных предохранителей, или путем соответствующего выбора площадей поперечного сечения плавких вставок.

Селективность защиты питающих линий и подстанции обеспечивается всегда, так как предохранители перегорают практически мгновенно.

Выбор плавких вставок предохранителей для трехфазных трансформаторов.

Для селективности защиты трансформаторов предохранители выбираются по номинальной силе тока плавкой вставки, исходя из следующих соображений: а) предохранители на стороне низшего напряжения должны защищать трансформатор от перегрузок и от коротких замыканий в сети низкого напряжения. Главный предохранитель на стороне низшего напряжения выбирают по номинальному току трансформатора. При наличии на стороне низшего напряжения нескольких ответвлений для защиты от перегрузок устанавливаются на ответвлениях предохранители, выбираемые по току ответвления; глаиный предохранитель является в этом случае защитой от коротких замыканий на оборке и резервной защитой по отношению к предохранителям ответвлений; б) предохранители на стороне высшего напряжения предназначаются для защиты от повреждений внутри трансформатора и от коротких замыканий на стороне высшего напряжения. Эти предохранители выбирают на 2 — 3-здратный ток для трансформаторов мощностью до 180 ква и на 1 5 — 2-кратный ток для трансформаторов мощностью до 320 ква.

Схема включения максимального реле.| Схема включения максимального реле совместно с реле времени и сигнальным реле.

Обеспечение селективности защиты различных участков сети вызывает необходимость — определенной последовательности срабатывания реле, установленных в различных ее участках.

Чтобы обеспечить селективность защиты при возможных отклонениях параметров вставок, допущенных при их изготовлении, а также при различных условиях работы предохранителя ( в зависимости от места его установки), необходимо подбирать соответственно величины номинальных токов плавких вставок предохранителей на двух смежных участках линии.

Чтобы обеспечить селективность защиты, токи плавких вставок предохранителей или расцепителей автоматов, установленных в одной цепи, должны по возможности отличаться не менее чем на две ступени.

Чтобы обеспечить селективность защиты при возможных отклонениях параметров вставок, допущенных при их изготовлении, а также при различных условиях работы предохранителя ( в зависимости от места его установки), необходимо подбирать соответственно номинальные токи плавких вставок предохранителей на двух смежных участках линии.

Быстродействие и селективность защиты являются требованиями противоположного характера, и во многих случаях достижение одного из них идет в ущерб другому. В конкретных условиях при выборе рационального технического решения приходится находить компромиссное решение

При выборе типа защиты целесообразно учитывать степень важности защищаемого объекта. Более совершенная и дорогостоящая защита оправдывает себя при мощных преобразовательных установках, не допускающих даже кратковременного перерыва электропитания.

В противном случае селективность защиты при внешних коротких замыканиях нарушается. Для второй ступени защиты расчет параметров производится аналогично.

Ступени релейной защиты (РЗ)

Как и любой промышленный продукт, электроэнергия имеет свое  качество, вот его параметры:

  • размах напряжения (вольты) и тока (амперы);
  • частота сети (герцы);
  • переменный ток обозначается синусоидой в ней есть посторонние шумы, несколько сбивающие с ритма гармонию;
  • и некоторые другие малопонятные неспециалистам параметры.

Принцип действия релейной защиты покажем на примерах. У каждого параметра есть своя РЗА. Их роль:

Непрерывно реле следит за его состоянием. Например, за частотой, если она падает ниже 50 герц, или напряжением на ЛЭП 110 кВт. Сопоставляет фактический показатель с диапазоном, названным уставкой.

В случае ухода за границу стандарта аппаратура производит коммутацию логочасти.

Пропустим ряд узко используемых терминов и скажем, что есть в итоге: спецустройство снимает с ЛЭП напряжение. РЗА выполняет не одну, а несколько защит – основную и резервную.

РД 153-34.0-35.648-01 — Рекомендации по модернизации, реконструкции и замене длительно эксплуатирующихся устройств релейной защиты и электроавтоматики энергосистем

Виды защиты

Временная

В цепь подключается ряда автоматов, обладающих различной выдержкой по времени, но идентичными токовыми параметрами. В итоге приборы подстраховывают один другого от ближайшего к неисправной зоне до наиболее удаленного устройства. К примеру, сработка ближайшего произойдет спустя 0,02 с, последующего — через 0,5 с, последнего, если не произойдет сработки предыдущих- спустя 1 с.

Принципиальная схема для выбора автоматических выключателей и УЗО по времени срабатывания

Про типы УЗО и его подключение подробно описано в статьях:

  • Какие типы УЗО существуют и в чем их различие?
  • Как правильно подключить УЗО? Схема подключения

По току

Принцип работы такого типа селективности одинаков с предыдущим, за исключением выдержки, происходящей по значению тока, а не по скорости сработки. Например, выключатели установлены на вводе 25А, затем на 16А, а после — на 10А. Срок сработки у всех приборов может быть равным.

Принципиальна схема подбора автоматических выключателей и УЗО по току срабатывания

По зонам

При определении нарушения диапазона тока сработка прибора позволяет с наиболее возможной точностью выявить аварийную зону и прекратить ее питание.

Принцип логики

Такой тип селективности в сети организуется обмен данными между подключенными к сети по последовательной схеме защитными приборами со значительным количеством порогов избирательности. При этом появляется возможность изменения задержки срока срабатывания любой из защит.

Принцип действия схемы логической селективности позволяет выбрать требуемый отключающий автомат

В итоге происходит сработка именно тех защитных приборов, которые располагаются близко от поставщиков электропитания, а близкие к оборудованию не подключаются. Это позволяет сделать выбор в пользу автомата, отключающего подачу аварийного тока.

По направленности

Включение приборов защиты осуществляется по очереди, формируемой направленностью тока. С помощью вектора напряжения задается некая точка, по отношению к которой сам вектор обладает фазовым сдвигом. Реле при этом реагирует и на напряжение, и на поступающий ток. Подлежащая защите цепь приспосабливается к размещению как в отключаемой зоне, так и на участке, на котором не производится отключение.

Включение устройств УЗО и выключателей, реализуемое по принципу направленности селективной защиты

При возникновении короткого замыкания в точке 1 устройство защиты D1 и выключатель, управляющийся им, среагируют, и будет произведено отключение. Сработки других приборов в этом случае не осуществится.

При возникновении короткого замыкания во 2-й точке обе защиты и выключатель не сработают.

Преимуществом такой схемы можно назвать простоту устройства. К недостатку следует отнести необходимость установки вспомогательного оборудования — трансформаторов напряжения, требующихся для выявления направленности тока.

По принципу дифференцирования

Такой тип селективности свойственен цепям с подключением мощных потребителей.

Отступления параметров токов по фазе и амплитуде в пунктах А и В будут определяться как аварийные. При нештатном событии за границами зоны АВ не фиксируются. Защита сработает при условии превышения величиной тока IA величины тока IB. Для реализации такого принципа требуется установка трансформаторов тока особых типов, позволяющих выстроить надежную защиту от процессов, оказывающих воздействие на сработку приборов:

  • намагничивающего тока трансформатора;
  • насыщения датчиков тока и образующегося тока погрешности;
  • емкостного элемента тока ЛЭП.

Принцип селективной дифференциальной защиты при подключении оборудования со значительной мощностью

Преимуществами такого метода являются:

  • высокий уровень чувствительности;
  • высокая скорость отключения в защищаемой зоне.

К минусам относятся:

  • немалая стоимость;
  • повышенные требования к сотрудникам, получивших доступ к работе с защитой;
  • необходимость обустройства наибольшей токовой защиты при возникновении нештатных событий.

Литература

  • Чернобровов Н. В., Семенов В. А. «Релейная защита энергетических систем»: Учеб. пособие для техникумов. — М.: Энергоатомиздат, 1998. −800с.: ил.
  • Павлов, Г. М. «Автоматизация энергетических систем» : Учеб.пособие / Г. М. Павлов .— Ленинград : Изд-во Ленингр. ун-та, 1977 .— 237 с. : ил .— Библиогр.: с.233-234.
  • Булычев, А. В. Релейная защита электроэнергетических систем: учебное пособие / А. В. Булычев, В. К. Ванин, А. А. Наволочный, М. Г. Попов. — СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2008. — 211 с.
  • РД 153-34.0-04.418-98 «Типовое положение о службах релейной защиты и электроавтоматики».
  • Шнеерсон Э. М. «Цифровая релейная защита» — М.: Энергоатомиздат, 2007. −549с.: ил.

Заключение

Технологическое развитие коммуникаций и средств коллективной защиты на сегодняшний день позволяет эффективно справляться с выполнением задач гражданской обороны в условиях ЧС. Хотя основные способы защиты населения по-прежнему сводятся к своевременному оповещению, проведению эвакуации и применению СИЗ, появляются и модифицированные способы защиты от современных угроз и вызовов. Например, разрабатываются новые требования к организации убежищ, предназначенных для изоляции от поражающего действия ядерных и химических факторов. Меняются и подходы к коммуникационной организации проведения защитных мероприятий, что позволяет экономить больше времени на оповещение население и подготовку инструктажей.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий