Назначение релейной защиты

При эксплуатации любой ЭЭС приходится считаться с возможностью возникновения в ней повреждений и ненормальных режимов работы. Наиболее распространенными и в тоже время наиболее опасными видами повреждений в трехфазных системах переменного тока являются короткие замыкания (КЗ). Одним из основных видов ненормальных режимов работы являются перегрузки. Основные виды повреждений приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1 – Основные виды повреждений.

Трехфазные замыкания: - замыкания между тремя фазами (К⁽³⁾) - трехфазные замыкания на землю (К^{(1, 1, 1)})
Двухфазные замыкания: - замыкания между двумя фазами (К⁽²⁾) - двухфазные замыкания на землю (К^{(1, 1)}) - двойные замыкания на землю ( )
Однофазные замыкания на землю (К⁽¹⁾)
Разрыв фазы

В количественном отношении основные повреждения – короткие замыкания (КЗ) – в сетях распределяются примерно следующим образом: (К⁽¹⁾) 65%, (К^{(1, 1)}) и ( ) 20%, (К⁽²⁾) 10%, (К⁽³⁾) 5%.

В перегруженном элементе возникают токи, превосходящие длительно допустимые для него значения. Температура токоведущих частей может при этом недопустимо повышаться, сами они могут деформироваться, а их изоляция ускоренно изнашиваться или даже разрушаться.

Повреждения и ненормальные режимы работы могут приводить к возникновению в системе аварий, под которыми обычно понимают вынужденные нарушения нормальной работы всей системы или ее части, сопровождающиеся определенным недоотпуском энергии потребителям, недопустимым ухудшением ее качества или разрушением основного оборудования.

Первопричины возникновения аварий бывают весьма разнообразными, но в большинстве своем являются результатом своевременно не обнаруженных и не устраненных дефектов оборудования, неудовлетворительного проектирования, монтажа и эксплуатации. Предотвращение возникновения аварий или их развития при повреждениях в электрической части энергосистемы часто может быть обеспечено путем быстрого отключения поврежденного элемента.

По условиям обеспечения бесперебойной работы неповрежденной части системы время отключения КЗ должно быть по возможности малым – не более десятых, а иногда и сотых долей секунды. Необходимо также иметь в виду, что КЗ в любом месте системы ввиду взаимосвязанности всех ее элементов в той или иной мере немедленно отражаются на работе значительной ее части. Совершенно очевидно, что дежурный персонал не в состоянии в требуемое малое время заметить возникновение КЗ, выявить поврежденный элемент и дать сигнал на отключение его выключателей. Поэтому электрические установки снабжаются автоматически действующими устройствами – релейной защитой или предохранителями (последние преимущественно в системах с U_ном < 1000 B), осуществляющими защиту от повреждений и некоторых ненормальных режимов работы.

Основным назначением релейной защиты является автоматическое отключение поврежденного элемента (как правило, при КЗ) от остальной, неповрежденной части системы при помощи выключателей. Таким образом, она является одним из видов противоаварийной автоматики систем. Важность этого вида автоматики определяется тем, что без нее вообще невозможна бесперебойная работа электроэнергетических установок. Следует отметить, что некоторые виды повреждений, например, однофазные замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью, непосредственно не нарушают работу системы. В таких случаях часто допускают действие защиты только на сигнал.

Дополнительным, вторым назначением релейной защиты является то, что она должна реагировать на опасные ненормальные режимы работы элементов. В зависимости от их вида и условий эксплуатации установки (например, наличия или отсутствия постоянного дежурного персонала) защита действует на сигнал или отключение тех элементов, оставлять которые в работе нежелательно, так как это может привести к возникновению повреждения или аварии. Релейную защиту, которая должна реагировать на ненормальные режимы работы, часто целесообразно выполнять не быстродействующей, как защиту от КЗ, а с определенной выдержкой времени.

Название релейная защита появилось в ряде стран в связи с тем, что рассматриваемый вид противоаварийной автоматики начал осуществляться посредством электромеханических аппаратов, названных реле. В дальнейшем этот термин получил всеобщее признание и был узаконен.

Впервые реле было разработано и построено русским ученым П.Л. Шиллингом в 1830 – 1832 гг. Оно составляло существенную часть вызывного прибора в изобретенном им телеграфе. Реле было сконструировано в 1835 г. также физиком Генри.

В технике релейной защиты под термином «реле» понимают автоматически действующий аппарат, предназначенный при заданном значении входной воздействующей величины, характеризующей определенные внешние явления, производить скачкообразное изменение в выходных электрических цепях.