чем определяется быстродействие защиты
Требования к релейной защите
В очередной статье из рубрики «РЗА для начинающих» мы познакомим Вас с основными требованиями, которые предъявляют к релейной защите.
Чаще всего выделяют следующие четыре основных требования:
Селективность
Селективность или иначе избирательность характеризует способность релейной защиты отключать только поврежденный элемент с помощью ближайших к месту повреждения выключателей.
Селективность бывает двух видов: абсолютная и относительная.
Защита с абсолютной селективностью реагирует на короткие замыкания только в зоне ее действия, и не будет срабатывать при внешних коротких замыканиях. Эта особенность позволяет выполнять защиту без выдержки времени. К защитам с абсолютной селективностью относятся дифференциальные защиты линий, трансформаторов, шин и других элементов.
Защита с относительной селективность реагирует как на короткие замыкания в зоне защищаемого элемента, так и в зоне смежных элементов сети (зона резервирования). В связи с этим, для согласованного действия защит смежных элементов в защитах таких типов используют выдержки времени. Таким образом, защита с относительной селективностью работает медленнее защиты с абсолютной селективность, однако способна резервировать защиты смежных элементов сети и действовать в случае их отказа. К защитам с относительной селективностью относятся максимальная токовая защита, дистанционная, и другие ступенчатые защиты.
Чувствительность
Чувствительность релейной защиты заключается в её способности надежно действовать в различных режимах работы энергосистемы, при повреждении в любом месте защищаемого участка. Например, в минимальном режиме работы, при коротком замыкании в конце зоны резервирования.
Чувствительность защиты характеризуется коэффициентом чувствительности, который для разных видов защит имеет различные значения, указанные в действующей редакции Правил устройства электроустановок (ПУЭ).
Быстродействие
Быстродействие защиты обеспечивает минимизацию повреждений электрооборудования и снижение риска для жизни людей и животных. Время действия устройств РЗА должно быть минимальным насколько это возможно. Продолжительное протекание токов короткого замыкания в сети приводит к следующим последствиям:
Время ликвидации короткого замыкания (tк.з) или иными словами быстродействие защиты складывается из времени срабатывания защиты (tс.з) и времени отключения выключателя (tQ):
tк.з = tс.з + tQ
Принято считать, что устройство защиты является быстродействующим, если время его срабатывания не превышает 0,2 с. При этом, время отключения выключателя обычно не превышать 0,1 с.
Надежность
Надежность определяет способность устройства релейной защиты функционировать с минимальным количеством отказов и ложных срабатываний, которые могут привести к усугублению аварий, в том числе развитию аварий системного характера.
Надежность устройства РЗА закладывается в процессе его разработки и производства и обеспечивается в дальнейшем при правильной наладке и эксплуатации.
Требования к релейной защите
В очередной статье из рубрики «РЗА для начинающих» мы познакомим Вас с основными требованиями, которые предъявляют к релейной защите.
Чаще всего выделяют следующие четыре основных требования:
Селективность
Селективность или иначе избирательность характеризует способность релейной защиты отключать только поврежденный элемент с помощью ближайших к месту повреждения выключателей.
Селективность бывает двух видов: абсолютная и относительная.
Защита с абсолютной селективностью реагирует на короткие замыкания только в зоне ее действия, и не будет срабатывать при внешних коротких замыканиях. Эта особенность позволяет выполнять защиту без выдержки времени. К защитам с абсолютной селективностью относятся дифференциальные защиты линий, трансформаторов, шин и других элементов.
Защита с относительной селективность реагирует как на короткие замыкания в зоне защищаемого элемента, так и в зоне смежных элементов сети (зона резервирования). В связи с этим, для согласованного действия защит смежных элементов в защитах таких типов используют выдержки времени. Таким образом, защита с относительной селективностью работает медленнее защиты с абсолютной селективность, однако способна резервировать защиты смежных элементов сети и действовать в случае их отказа. К защитам с относительной селективностью относятся максимальная токовая защита, дистанционная, и другие ступенчатые защиты.
Чувствительность
Чувствительность релейной защиты заключается в её способности надежно действовать в различных режимах работы энергосистемы, при повреждении в любом месте защищаемого участка. Например, в минимальном режиме работы, при коротком замыкании в конце зоны резервирования.
Чувствительность защиты характеризуется коэффициентом чувствительности, который для разных видов защит имеет различные значения, указанные в действующей редакции Правил устройства электроустановок (ПУЭ).
Быстродействие
Быстродействие защиты обеспечивает минимизацию повреждений электрооборудования и снижение риска для жизни людей и животных. Время действия устройств РЗА должно быть минимальным насколько это возможно. Продолжительное протекание токов короткого замыкания в сети приводит к следующим последствиям:
Время ликвидации короткого замыкания (tк.з) или иными словами быстродействие защиты складывается из времени срабатывания защиты (tс.з) и времени отключения выключателя (tQ):
tк.з = tс.з + tQ
Принято считать, что устройство защиты является быстродействующим, если время его срабатывания не превышает 0,2 с. При этом, время отключения выключателя обычно не превышать 0,1 с.
Надежность
Надежность определяет способность устройства релейной защиты функционировать с минимальным количеством отказов и ложных срабатываний, которые могут привести к усугублению аварий, в том числе развитию аварий системного характера.
Надежность устройства РЗА закладывается в процессе его разработки и производства и обеспечивается в дальнейшем при правильной наладке и эксплуатации.
Основные требования, предъявляемые к релейной защите
К релейной защите предъявляются такие основные требования.
При этом считается, что за время АПВ температура провода существенно не снизится и время воздействия тока на нагрев провода суммируется. Для более точных расчетов следует использовать специальные методики.
Для обеспечения устойчивости параллельной работы генераторы, трансформаторы, линии электропередачи, по которым осуществляется параллельная работа, и все другие части электрической установки или электрической сети, должны оснащаться быстродействующей релейной защитой. Современные устройства быстродействующей релейной защиты имеют время действия 0.02-0,1 секунды.
Для распределительных сетей такое быстродействие необязательно. Оно определяется термической устойчивостью, но и в этом случае следует стремиться к минимально возможной выдержке времени. Время срабатывания быстродействующей ступени защиты должно составлять 0.05-0.1 секунды.
2. Селективность или избирательность
Селективностью называется способность релейной защиты выявлять место повреждения и отключать его только ближайшими к нему выключателями (см, рис. В.1).
Рис. В.1 Схема электроустановки к пояснению принципа селективности релейной зашиты. Так. при КЗ в точке К1 (рис. В.1) для правильной ликвидации аварии должна подействовать зашита только на выключателе Q1 и отключить этот выключатель. При этом остальная неповрежденная часть электрической установки останется в работе. Такое избирательное действие защиты называется селективным. Если же при КЗ в точке К1 раньше защиты выключателя Q1 или одновременно с ней подействует защита выключателя G4 и отключит этот выключатель, то ликвидация аварии будет неправильной, так как, кроме поврежденного электродвигателя М1 останется без напряжения неповрежденный электродвигатель М2. Такое действие защиты называется неселективным.
Из рис. В.1 видно, что если при КЗ в точке К1 подействует неправильно зашита выключателя Q5 и отключит этот выключатель, то последствия такого неселективнсго действия будут еще более тяжелыми, так как без напряжения останутся оба неповрежденных электродвигателя М2 и МЗ.
В ряде случаев одновременное выполнение требований селективности и быстродействия вызывает серьезные трудности и требует существенного усложнения зашиты. В таких случаях в первую очередь обеспечивается выполнение того из требований, которое в данных конкретных условиях является определяющим.
По принципу действия зашиты могут иметь абсолютную селективность (срабатывают только при КЗ в защищаемой зоне), или относительную селективность (могут работать в качестве резервных при КЗ на смежных участках).
Селективность по принципу действия. Защита принципиально не срабатывает при коротком замыкании вне зоны действия, например зона действия дифзащиты ограничивается местом установки ее трансформаторов тока.
Защита должна обладать такой чувствительностью к тем видам повреждений и нарушений нормального режима работы данной электрической установки, или электрической сети, на которые она рассчитана, чтобы было обеспечено ее действие в начальный момент возникновения повреждения, чем сокращаются размеры повреждения оборудования в месте КЗ.
Чувствительность защиты должна также обеспечивать ее действие при повреждениях на смежных участках. Так, например, если при повреждении в точке К1 (рис. В.1) по какой-либо причине не отключится выключатель G1. то должна подействовать зашита следующего к источнику питания выключателя Q4 и отключить этот выключатель. Такое действие защиты называется дальним резервированием смежного или следующего участка.
Чувствительность защиты оценивается коэффициентом чувствительности, определяемым как отношение минимального значения контролируемой величины при КЗ в конце защищаемого участка к уставке защиты (Кч >1). Коэффициенты чувствительности защит нормируются ПУЭ, и величина их составляет для КЗ в защищаемой зоне Кч=1.5; в зоне резервирования — К„=1,2. для быстродействующих дифференциальных зашит Кн=2.
Ток срабатывания защиты должен быть меньше тока короткого замыкания на величину, определяемую коэффициентом чувствительности (Кч). Уставка по напряжению и сопротивлению должна быть больше параметров напряжения и сопротивления срабатывания на такую же величину. Коэффициент чувствительности учитывает погрешности реле, расчета параметров, влияние переходного сопротивления и электрической дуги в месте КЗ.
Основные требования ПУЭ к релейной защите от повреждений и ненормальных режимов.
Ответ:К релейной защите предъявляются следующие основные требования:
· селективность;
· быстродействие;
· чувствительность;
· надежность.
1. Селективность или избирательность – это способность релейной защиты выявлять место повреждения и отключать его только ближайшими к нему выключателями.
Рис. 2.1. Релейная защита радиальной цепи.
Селективное действие – это такое действие релейной защиты, при котором обеспечивается отключение только поврежденного элемента системы. Так, применительно к схеме радиальной сети, показанной на рисунке 2.1, требование селективности действия сводится к тому, чтобы при КЗ в точке К1 отключался только выключатель Q3, а при КЗ в точке К2 – выключатель Q2.
При КЗ в точке К1(рис.2.2) для правильной ликвидации аварии должна подействовать защита на выключателе Q1и отключить этот выключатель. При этом остальная неповрежденная часть электрической установки останется в работе. Такое избирательное действие защиты называется селективным.
Если же при КЗ в точке К1раньше защиты выключателя Q1 подействует защита выключателя Q2и отключит этот выключатель, то ликвидация аварии будет неправильной, так как кроме поврежденного электродвигателя M1, останется без напряжения неповрежденный электродвигатель М2. Такое действие защиты называется неселективным.
Из рис.2.2 видно, что если при КЗ в точке K1 подействует неправильно защита выключателя Q3и отключит этот выключатель, то последствия такого неселективного действия будут еще более тяжелыми, так как без напряжения останутся оба неповрежденных электродвигателя М2 и МЗ. В технике релейной защиты принято называть предыдущая (нижестоящая) и последующая (вышестоящая) защиты на смежных линиях. Так на рис.2.2 у выключателя Q1 установлена предыдущая защита, а у выключателя Q2 – последующая. Нумерацию защит начинают от самой удаленной от источника питания защиты.
Рассмотренный пример показывает, что выполнение требования селективности имеет первостепенное значение для обеспечения правильной ликвидации аварий.
Применяется несколько способов обеспечения селективности.
Селективность по принципу действия. Различают релейные защиты с абсолютной и относительной селективностью.
Селективность по чувствительности. Ток, напряжение или сопротивление срабатывания выбирается таким образом, чтобы последующая защита не действовала при КЗ на смежной линии или за трансформатором. Для этого, например токовая отсечка, отстраивается от токов КЗ в конце линии или за трансформатором и, следовательно, обладаетселективностью по чувствительности.
Селективность по времени.Выдержка времени каждой последующей защиты, например, максимальной токовой защиты, выбирается на ступень селективности больше предыдущей защиты. Поэтому последующая защита не успевает сработать, так как ее опережает предыдущая защита линии при КЗ на ней. Этот принцип наиболее прост, однако имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что выдержка времени растет по мере приближения точки КЗ к источнику питания. Величина ступени селективности определяется точностью реле времени защиты, быстродействием примененного выключателя и для электромеханических защит составляет 0,5 с, а для современных микропроцессорных защит – 0.2…0.3 с.
Логическая селективностьприменяется в том случае если смежные, как в предыдущем примере, защиты объединены линией связи. При этом последующая защита сработает без выдержки времени (быстродействующая ступень) при условии, что не запустилась предыдущая защита. Пуск предыдущей защиты свидетельствует о том, что КЗ произошло на смежной линии и последующая защита переводится в режим временной селективности, т.е. она сработает, если откажет предыдущая защита или ее выключатель. Логическую селективность целесообразно применять на коротких линиях и при использовании цифровых реле, у которых есть специальный вход «логического ожидания».
2. Быстродействие— это свойство релейной защиты отключать повреждение с минимально возможной выдержкой времени, т.к. быстрое отключение поврежденного оборудования или участка электрической установки предотвращает или уменьшает размеры повреждений, сохраняет нормальную работу потребителей неповрежденной части установки, предотвращает нарушение параллельной работы генераторов. Длительное протекание тока КЗ может привести к повреждению неповрежденных участков оборудования, линий, трансформаторов, по которым протекает ток КЗ вследствие термического перегрева оборудования. Допустимое время протекания тока через оборудование, не вызывающее его повреждения, указывается в ГОСТах на оборудование и находится в обратно-пропорциональной зависимости от величины тока КЗ.
Быстродействие необходимо по следующим соображениям:
1. При КЗ мощность, отдаваемая генераторами станции, вблизи которой произошло КЗ, резко снижается. В результате скорость вращения генераторов возрастает. Если КЗ отключается защитой, имеющей выдержку времени, то к моменту его отключения генераторы этой станции выйдут из синхронизма, то есть генераторы потеряют устойчивость.
2. КЗ в любом элементе системы приводит к понижению напряжения, снижению вращающего момента СД и АД и их торможение. При быстром отключении КЗ двигателя немедленно возвращаются к нормальному режиму, их торможение не является опасным и не нарушает механического процесса, а в ряде случаев остается совершенно незаметным. Отключение КЗ с выдержкой времени может привести к их полной остановке и нарушению технологического процесса.
3. Быстрое отключение КЗ уменьшает размеры разрушение изоляции и токоведущих частей токами КЗ в месте повреждения, уменьшает вероятность несчастных случаев.
4. Ускорение отключения повреждений повышает эффективность АПВ и АВР, так как чем меньшие разрушения в месте КЗ, тем выше вероятность успешного действия автоматики.
Быстрота отключения ограничивается собственными временами действия релейной защиты и выключателя, а так же условиями обеспечения селективной работы релейной защиты. В общем случае время отключения равно:
,
где 
– собственное время релейной защиты; 
– выдержка времени, установленная на защите; 
– собственное время выключателя, т.е. время от подачи импульса на катушку отключения до момента начала расхождения дугогасительных контактов выключателя; 
– время горения дуги; 
– полное время отключения выключателя.
Для защит, действующих без выдержки времени, в зависимости от типов реле и выключателей время отключения оказывается равным
Таким образом, при существующих типах реле и выключателей нижний предел времени отключения КЗ может составлять 3…12 периодов тока частотой 50 Гц.
Для обеспечения устойчивости параллельной работы генераторы, трансформаторы, линии электропередачи, по которым осуществляется параллельная работа и все другие части электрической установки или электрической сети должны оснащаться быстродействующей релейной защитой, время действия которой не должно превышать 0,1 с, а для линий сверхвысокого напряжения – не более 0,02 с.
Защита должна обладать такой чувствительностью к тем видам повреждений и нарушений нормального режима работы в данной электроустановке или электрической сети, на которые она рассчитана, чтобы было обеспечено ее действие в начале возникновения повреждения. Чувствительность защиты должна также обеспечивать ее действие при повреждениях на смежных участках. Так, например, если при повреждении в точке K1 (рис.2.2) по какой-либо причине не отключится выключатель Q1, то должна подействовать защита следующего к источнику питания выключателя Q2и отключить этот выключатель. Такое действие защиты называется дальним резервированием смежного участка.
Чувствительность защиты оценивается коэффициентом чувствительности (Кч), определяемым как отношение минимального значения контролируемой величины при КЗ в конце защищаемого участка к уставке защиты. Коэффициенты чувствительности нормируются ПУЭ и минимальная их величина составляет при КЗ в защищаемой зоне Кч=1,5, в зоне резервирования – Кч=1,2, для быстродействующих дифференциальных защит Кч=2.
Коэффициент чувствительности учитывает погрешности реле, погрешности расчета параметров срабатывания РЗ, влияние переходного сопротивления и электрической дуги в месте КЗ.
4. Надежность – это свойство защиты гарантированно выполнять свои функции на протяжении всего периода эксплуатации. Защита должна правильно и безотказно действовать на отключение выключателей оборудования при всех его повреждениях и нарушениях нормального режима работы и не действовать в нормальных условиях, а также при таких повреждениях и нарушениях нормального режима работы, при которых действие данной защиты не предусмотрено. Требование надежности обеспечивается совершенством принципов защиты и конструкций аппаратуры, добротностью деталей, простотой выполнения, а также уровнем эксплуатации.
Требуемое состояние устройств защиты поддерживается плановыми проверками релейной защиты, при которых необходимо выявить и устранить возникшие дефекты. У современных микропроцессорных устройств защиты существуют встроенные системы автоматической и тестовой проверки, которые позволяют быстро выявить появившиеся неисправности и тем самым предотвратить отказ или неправильную работу защиты. Глубина таких проверок может быть большой, но не 100%.Поэтому наличие тестовых проверок или автоматического контроля не исключает необходимости плановых проверок, но существенно уменьшают их частоту и объем проведения.
Требования к релейной защите
К устройствам релейной защиты предъявляют 4 основных требования:
1. Селективность – способность отключать только поврежденный участок сети.
Основное условие для обеспечения надёжного электроснабжения потребителей.
2. Быстродействие – главное условие для сохранения устойчивости параллельной работы генераторов. Уменьшается время снижения напряжения у потребителей, повышается эффективность АПВ, уменьшается ущерб для оборудования.
Критерий – остаточное напряжение не менее 60 % от номинального. Кроме того, нужно учитывать и время срабатывания выключателей:
tоткл=tз+tв, (1.1)
где tз – время действия защиты,
tв – время отключения выключателя – 0,15…0,06 с.
Быстродействующей считается защита, имеющая диапазон срабатывания – 0,1…0,2 с, самые быстродействующие – 0,02…0,04 с.
В ряде случаев требование быстродействия является определяющим.
Быстродействующие защиты могут быть и неселективными, для исправления неселективности используется АПВ.
3. Чувствительность – для реагирования на отклонения от нормального режима.
Резервирование следующего участка – важное требование. Если защита по принципу своего действия не работает за пределами основной зоны, ставят специальную резервную защиту.
Чувствительность защиты должна быть такой, чтобы она действовала при КЗ в конце установленной зоны действия в минимальном режиме системы.
Чувствительность защиты характеризуется коэффициентом чувствительности kч:
где Iк.мин – минимальный ток КЗ,
Iс.з – ток срабатывания защиты.
4. Надежность. Защита должна безотказно работать при КЗ в пределах установленной для неё зоны и не должна ложно срабатывать в режимах, при которых её работа не предусматривается.