Лекция №7. Релейная защита и автоматика

Содержание лекции:

- общие сведения о релейной защите; история развития техники РЗ; требования, предъявляемые к РЗ; классификая, общие сведения о автоматике

 

Цель лекции:

- изучение общих сведений о релейной защите и автоматике

В системах электроснабжения нередко внезапно возникают короткие замыкания (к.з.) и другие ненормальные режимы работы. Различают к.з. между фазами электрической установки (междуфазное к.з.), а так же между фазой и землей (замыкание на землю). В трансформаторах и электрических машинах, кроме того, возможны межвитковые замыкания в обмотке одной фазы. К.з. возникают вследствие дефектов, старения и загрязнения изоляции токоведущих частей, обрыва и схлестыва­ния проводов при сильном eetpe или гололеде, неисправности в цепях электроподвижного состава, ошибочных переключений и т. п. Электрическая дуга в месте замыкания способна вызывать пережоги, оплавле­ние и разрушения электрического оборудования и распределительных устройств, отжиг и обрыв контактных проводов. Разрушения оказыва­ются тем значительнее, чем больше ток в дуге и время ее существова­ния. Чтобы к.з. не вызвало большого ущерба, поврежденное электро­оборудование необходимо как можно быстрее отключить.

К другим ненормальным режимам относят прежде всего перегрузки. Этот режим характеризуется протеканием по неповрежденному оборудованию токов, превышающих длительно допустимое значение. Перегрузки опасны вследствие чрезмерного повышения температуры токоведущих частей и преждевременного старения изоляции. Снижение или увеличение напряжения относительно предельных нормативных значений и качания в энергосистеме также являются проявлением ненормальных режимов.

Ненормальные режимы, как и к.з., могут явиться причиной аварий, т. е. порчей или разрушением оборудования, недоотпуском потребителям электроэнергии. За доли секунды необходимо выявить такой участок и отключить как можно меньшую часть ЭС, чтобы обеспечить бесперебойное электроснабжение максимально возможного числа потребителей.

Отключение электрической системы осуществляется коммутационными аппаратами - высоковольтными выключателями, привод которых снабжен специальным механизмом. Для отключения выключателя необходимо осуществить управляющее воздействие на этот механизм.

Автоматические устройства, служащие для выявления к.з. и ненормальных режимов и воздействующие в необходимых случаях на механизм отключения выключателя или на сигнал, называют релейной защитой.

Релейная защита - комплекс автоматических устройств, предназначенных для быстрого (при повреждениях) выявления и отделения от электроэнергетической системы повреждённых элементов этой электроэнергетической системы в аварийных ситуациях с целью обеспечения нормальной работы всей системы.

Назначением релейной защиты является локализация повреждений, предотвращение или сокращение ущерба при внезапном возникновении повреждений или ненормальных режимов работы электроэнергетических устройств выработки, передачи, преобразования и распределения электроэнергии, обеспечение устойчивости, надежности и живучести систем электроснабжения.

Релейная защита является обязательной частью всех электроэнергетических установок, объектов и систем напряжением 1 кВ и выше. Она имеет особо важное и самостоятельное функциональное назначение, представляет собой сложную информационную систему, состоящую из комплекса взаимосвязанных электромагнитных, электронных и микроэлектронных устройств, а также источников питания.

Название «релейная защита» появилось в ряде стран в связи с тем, что рассматриваемый вид противоаварийной автоматики начал осуществляться с использованием электромеханических аппаратов, названных реле. В дальнейшем этот термин получил всеобщее признание и был узаконен в Международном электротехническом словаре, сыгравшем большую роль в становлении отечественной терминологии.

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. Первенство оспаривает известный физик Генри, который сконструировал реле в 1835 г.. Аппарат получил применение в телеграфии, в связи с чем, по видимому, и получил наименование «реле» (французское слово relais в первоначальном смысле соответствовало русским выражениям «перекладные лошади», «почтовая станция, где стояли сменные лошади»).

Для защиты оборудования от КЗ в конце IXX века применялись плавкие предохранители.

В 1901 г появляются индукционные реле тока.

В 1905-1908 гг. разрабатывается дифференциальный токовый принцип.

В начале 20 - х годов были выпущены первые дистанционные защиты.

В 1923 -1928гг предпринимаются первые шаги по использованию для защиты электроники, в частности токов высокой частоты, передаваемых по проводам защищаемой линии.

В 1932г в СССР была разработана дистанционная защита на электронных лампах.

В 70-е годы началось широкое применение для нужд РЗА электронных устройств.

В 80-е годы началось применение устройств РЗА на интегральных микросхемах.

В настоящее время мы переживаем настоящую техническую революцию, связанную с приходом нового поколения устройств РЗА – микроэлектронной и микропроцессорной техники

Основные свойства и требования, предъявляемые к релейной защите.

Для обеспечения правильного функционирования защита должна обладать четырем основным требованиям: действовать селективно, быстро, обладать необходимой чувствительностью к повреждениям и надежно выполнять свои функции.

Селективность. Селективностью, или избирательностью, РЗ называется ее способность отключать только поврежденный участок сети.

 

 

Рисунок 7.1 – Селективность РЗ

 

Быстрота действия. Отключение КЗ должно производиться с возможно большей быстротой для ограничения размеров разрушения в месте повреждения, обеспечения термической стойкости оборудования, кабельных и воздушных ЛЭП повышения эффективности АПВ ЛЭП и сборных шин, уменьшения влияния снижения напряжения на работу потребителей и сохранения устойчивости параллельной работы генераторов электростанций.

Чувствительность. РЗ должна обладать достаточной чувствительностью при возникновении КЗ в пределах зоны ее действия.

 

 

Рисунок 7.2 - Зоны действия РЗ

 

Релейная защита выполняется с помощью реле.

Реле - это автоматически действующий аппарат, осуществляющий скачкообразные изменения в управляемых системах при заданном значении воздействующей на него величины.

При этом под воздействующей понимается величина, на которую должно реагировать реле (ток, напряжение, температура, поток газовых пузырей и т. д.).

Элементные базы РЗ.

В практике современного реле строения используются три типа элементных баз:

электромеханическая, которая может использоваться для осуществления всех функциональных частей и органов РЗ в виде электромеханических реле;

полупроводниковая, которая может использоваться для осуществления всех функциональных частей и органов РЗ в виде полупроводниковых элементов, аналоговых и цифровых микросхем;

микропроцессорная, которая может использоваться для осуществления измерительной и логической частей РЗ на базе микро ЭВМ или многопроцессорных систем, основным элементом которых являются микропроцессоры.

Виды устройств РЗ.

Все РЗ делятся на основные и резервные.

Основными называются РЗ, обеспечивающие отключение повреждений в пределах защищаемого элемента с требуемыми быстротой и чувствительностью.

Резервными называются РЗ, осуществляющие резервирование основной РЗ в случае ее отказа или вывода из работы и защиту следующего участка в случае отказа его РЗ или выключателя.

По способу обеспечения селективности действия РЗ подразделяются на два вида.

По способу обеспечения селективности РЗ подразделяются на два вида.

Имеются РЗ, зона действия которых не выходит за пределы защищаемого объекта. Они выполняются без выдержки времени и называются РЗ с абсолютной селективностью.

Другая группа РЗ действует при КЗ как на защищаемом элементе, так и за его пределами. Их селективность обеспечивается подбором выдержек времени. Такие РЗ называют защитами с относительной селективностью.

По принципу действия измерительных органов, определяющих факт возникновения КЗ и место его нахождения, различают группы РЗ, реагирующие на следующие факторы: увеличение тока, уменьшение сопротивления, появление разности токов по концам защищаемого участка, изменение фаз тока относительно напряжения.

Классификация реле.

По способу подключения реле бывают:

- Первичные (прямое включение в цепь защищаемого элемента) (рисунок 7.3, в, г).

- Вторичные (включение через измерительные трансформаторы тока, напряжения) (рисунок 7.3, а, б,).

По исполнению реле бывают:

- Электромеханические, с подвижными элементами и контактными системами.

- Статические, без подвижных элементов и контактов (электронные, микропроцессорные).

По назначению реле подразделяются на:

- Измерительные реле (тока, напряжения, сопротивления, мощности, частоты, температуры, уровня) могут быть максимальные или минимальные.

- Логические реле (промежуточные, двухпозиционные, времени, сигнальные).

 

Рисунок 7.3 – Схема включения реле: а,б – вторичных, в,г – первичных

 

Для измерительных реле характерно наличие опорных (образцовых) элементов в виде калиброванных пружин, источников стабильного напряжения, тока и т.п. Они входят в состав реле и воспроизводят заранее установленные значения (называемые уставкой) какой-либо физической величины, с которой сравнивается контролируемая величина. Измерительные реле обладают высокой чувствительностью (воспринимают даже не значительные изменения контролируемого параметра) и имеют высокий коэффициент возврата (отношение величины срабатывания и возврата). Максимальные реле срабатывают при повышении контролируемого параметра, а минимальные – при понижении.

Логические реле служат для размножения импульсов, полученных от других реле, усиления этих импульсов и передачи команд другим аппаратам (промежуточные реле), создания выдержек времени между отдельными операциями (реле времени), и для регистрации действия как самих реле, так и других вторичных аппаратов (указательные реле).

По способу воздействия на выключатель:

• Реле прямого действия подвижная система которых механически связана с отключающим устройством коммутационного аппарата (РТМ, РТВ).

• Реле косвенного действия, которые управляют цепью электромагнита отключения.

Основные виды релейной защиты:

• Максимальная токовая защита (МТЗ).

• Направленная максимальная токовая защита.

• Газовая защита (ГЗ).

• Дифференциальная защита.

• Дистанционная защита (ДЗ).

• Дифференциально-фазная (высокочастотная) защита (ДФЗ)

Если назначением релейной защиты является в первую очередь отключение оборудования, то в функции электроавтоматики входит его включение. В чистом виде к электроавтоматике относят автоматическое повторное включение (АПВ) и автоматическое включение резервного питания или механизма (сокращенно автоматический ввод резерва — АВР).

Существуют также некоторые виды технологической электроавтоматики:

− автоматическое регулирование возбуждения генераторов и синхронных двигателей (АРВ);

− автоматическое регулирование положения переключателя РПН силового трансформатора (АРНТ);

− автоматическую настройку дугогасящих катушек компенсации емкостного тока замыкания на землю в сети 6-35кВ (АРК);

− автоматическую регулировку батареи статических конденсаторов;

− автоматику охлаждения силовых трансформаторов;

− автоматическую самосинхронизацию генераторов;

− автоматический частотный пуск гидрогенераторов (АЧП);

− определение места повреждения линий электропередачи (ОМП).

 

 

Содержание

1 Лекция №1. История развития электричества. Электроэнергетика 3

1.1 История развития электричества 3

1.2 Виды электрического тока. 4

1.3Понятие энергетики или энергетического хозяйства 5

1.4 Энергетика СНГ и Казахстана 6

2 Лекция № 2 Энергетические ресурсы Земли 8

2.1Виды энергетических ресурсов и их запасы 8

2.2 Невозобновляемые энергетические ресурсы 9

2.3 Гидроэнергетические ресурсы, энергия приливов и отливов 10

2.4 Прочие энергоресурсы 11

3 Лекция №3. Режимы работы электроустановок 12

4 Лекция № 4. Технологический процесс получения электроэнергии на электрических станциях 16

4.1Общие сведения и классификация электрических станций 16

4.2Тепловые конденсационные электростанции (КЭС) 17

4.3 Теплофикационные электрические станции (ТЭЦ) 19

4.4 Газотурбинные электростанции 20

4.5 Атомные электростанции 21

4.6 Дизельные и геотермальные электростанции 22

4.7 Гидроэлектрические станции 22

4.8 Использование солнечной энергии 24

5 Лекция№5. Основное оборудование электрических станций и подстанций 25

4.3Генераторы. Общие сведения 25

4.4Трансформаторы. Общие сведения 30

6 Лекция №6. Электроэнергетическая система 34

7 Лекция№7. Релейная защита и автоматика 40

 

Список литературы

Литература

1. Рожкова Л.Д., и др. Электрооборудование электрических станций и подстанций: учебник для вузов. - М.: 2006

2. Балаков Ю.Н. и др. Проектирование схем электроустановок: Учебное пособие.- М.: Издательский дом МЭИ, 2006.

3. Дукенбаев К.Энергетика Казахстана. Условия и механизмы ее устойчивого развития. Алматы. 2004.

4. Кузембаева Р.М. Соколов С. К., Хожин Г.Х. Электрические станции и подстанции: Учебное пособие. – Алматы, 2006.

5. Соколов С.Е, Кузембаеыва Р.М. Хожин Г.Х. Электоэнергетика (Электрические станции и подстанции). Учебное пособие. АИЭС. Алматы, 2008.