Принцип работы релейной защиты. Релейная защита: принципы работы, функции и виды устройств

Что такое релейная защита и как она работает. Какие функции выполняет релейная защита в энергосистемах. Какие основные виды и типы защитных реле существуют. Как устроены и работают различные реле защиты.

Что такое релейная защита и зачем она нужна

Релейная защита (РЗ) — это комплекс автоматических устройств, предназначенных для быстрого выявления и отключения поврежденных элементов электроэнергетической системы в аварийных ситуациях. Основная цель релейной защиты — обеспечить надежную и бесперебойную работу энергосистемы.

Зачем нужна релейная защита в энергосистемах?

• Для предотвращения повреждения дорогостоящего силового оборудования
• Для локализации аварий и минимизации их последствий
• Для обеспечения устойчивой работы энергосистемы
• Для повышения надежности электроснабжения потребителей

Таким образом, релейная защита играет ключевую роль в обеспечении надежного функционирования всей электроэнергетической системы.

Основные принципы работы релейной защиты

Как работает релейная защита? Основные принципы её функционирования:

1. Непрерывный контроль параметров защищаемого оборудования
2. Сравнение контролируемых величин с заданными уставками
3. Выявление аварийных режимов при выходе параметров за допустимые пределы
4. Формирование управляющих воздействий на отключение поврежденных участков
5. Селективное отключение только поврежденного элемента

При возникновении короткого замыкания или другого аварийного режима защита срабатывает за доли секунды, отключая поврежденный участок и предотвращая развитие аварии.

Основные функции релейной защиты

Какие ключевые функции выполняет релейная защита в энергосистемах?

• Выявление аварийных режимов и повреждений оборудования
• Отключение поврежденных элементов энергосистемы
• Сигнализация о срабатывании защиты и характере повреждения
• Автоматическое повторное включение отключенных линий
• Резервирование отказов защит и выключателей
• Фиксация параметров аварийного режима

Выполнение этих функций обеспечивает быструю локализацию аварий и минимизацию ущерба для энергосистемы и потребителей электроэнергии.

Виды релейной защиты по назначению

Какие основные виды релейной защиты применяются в энергосистемах?

• Токовые защиты (максимальная токовая, дифференциальная)
• Дистанционные защиты линий электропередачи
• Дифференциальные защиты трансформаторов, генераторов, шин
• Газовые защиты маслонаполненного оборудования
• Защиты от замыканий на землю
• Защиты от повышения/понижения напряжения и частоты
• Защиты от потери синхронизма

Каждый вид защиты предназначен для выявления определенных видов повреждений и ненормальных режимов работы оборудования.

Типы устройств релейной защиты

Какие основные типы реле применяются в устройствах РЗА?

• Электромеханические реле
• Статические (полупроводниковые) реле
• Микропроцессорные (цифровые) устройства РЗА
• Гибридные реле

Как устроены и работают эти типы защитных реле?

Электромеханические реле

Принцип действия основан на электромагнитном притяжении или индукции. Содержат подвижные механические части. Основные виды:

• Реле с электромагнитным приводом
• Индукционные реле
• Тепловые реле

Статические реле

Работают на базе полупроводниковых элементов без подвижных частей. Обрабатывают аналоговые входные сигналы. Преимущества:

• Высокое быстродействие
• Низкое энергопотребление
• Высокая чувствительность

Микропроцессорные устройства РЗА

Современные цифровые устройства на базе микропроцессоров. Выполняют функции измерения, логики, коммуникации. Преимущества:

• Многофункциональность
• Самодиагностика
• Адаптивность
• Цифровой обмен данными

Принципы выбора уставок релейной защиты

Как правильно выбрать уставки срабатывания устройств РЗА?

1. Расчет токов короткого замыкания в защищаемой зоне
2. Определение минимальных/максимальных режимов работы
3. Выбор типа характеристики срабатывания
4. Расчет уставок по току и времени срабатывания
5. Проверка чувствительности защиты
6. Согласование уставок с защитами смежных участков

Правильный выбор уставок обеспечивает селективную работу защиты и ее чувствительность к повреждениям в защищаемой зоне.

Перспективы развития релейной защиты

Какие современные тенденции наблюдаются в развитии релейной защиты?

• Широкое внедрение микропроцессорных устройств РЗА
• Интеграция функций РЗА, измерений, управления
• Применение цифровых измерительных трансформаторов
• Развитие коммуникационных протоколов (МЭК 61850)
• Создание централизованных систем РЗА
• Внедрение адаптивных алгоритмов защиты

Развитие релейной защиты направлено на повышение надежности, быстродействия и функциональности устройств РЗА в современных энергосистемах.

определение, функции и принципы работы — НПП Микропроцессорные технологии

Определение понятия Релейная защита

Релейная защита (РЗ) — это важнейший вид электрической автоматики, которая необходима для обеспечения бесперебойной работы энергосистемы, предотвращении повреждения силового оборудования, либо минимизации последствий при повреждениях. РЗ представляет собой комплекс автоматических устройств, которые при аварийной ситуации выявляют неисправный участок и отключают данный элемент от энергосистемы.

Во время работы РЗ постоянно контролирует защищаемые элементы, чтобы своевременно зафиксировать возникшее повреждение (или отклонение в работе энергосистемы) и должным образом отреагировать на случившееся.

При аварийных ситуациях релейная защита должна выявить и выделить неисправный участок, воздействуя на силовые коммутационные аппараты, предназначенные для размыкания токов повреждения (короткого замыкания, замыкания на землю и т. д.).

Релейная защита сопряжена с иными видами электрической автоматики, которые позволяют сохранять бесперебойную работы энергосистемы и электроснабжения потребителей.

На данный момент отрасль релейной защиты активно развивается и расширяется, уже сейчас используется микропроцессорная аппаратура и компьютерные программы не только для защиты, но и для комплексного управления оборудованием и системой в целом.

Функции релейной защиты

Главной задачей устройств РЗ является выявление ненормальных и аварийных режимов работы первичного (силового) оборудования, а именно фиксация следующих видов повреждений:

• перегрузка электрооборудования;
• двух и трех-фазных короткие замыкания;
• замыкания на землю, включая двух и трех-фазные;
• внутренние повреждения в обмотках двигателей, генераторов и трансформаторов;
• защита от затянувшегося пуска;
• асинхронный режим работы синхронных двигателей.

Принципы построения релейной защиты

Существует несколько видов реле, каждый из которых соответствует характеристикам электроэнергии (в данном случае – реле тока, напряжения, частоты, мощности и т. д.). Такая система отслеживает несколько показателей, выполняя непрерывное сравнение величин с ранее определенными диапазонами, которые называются уставки.

В том случае, когда контролируемая величина превышает установленную норму, соответствующее реле срабатывает: тем самым осуществляя коммутацию цепи путем переключения контактов. В первую очередь, такие действия касаются подключенной логической части цепи. В соответствии с выполняемыми задачами эта логика настраивается на определенный алгоритм действий, оказывающих влияние на коммутационную аппаратуру. Возникшая неисправность окончательно ликвидируется силовым выключателем, прерывающим питание аварийной схемы. В любой релейной защите и автоматике настройка измерительного органа выполняется с учетом определенной уставки, разграничивающей зону охвата и срабатывания защитных устройств. Сюда может входить только один участков или сразу несколько, состоящих из основного и резервных.

Реакция защиты может проявляться на все повреждения, которые могут возникнуть в защищаемой зоне или только на отдельно взятые отклонения от нормального режима работы.  

В связи с этим, защищаемый участок оснащен не одной защитой, а сразу несколькими, дополняющими и резервирующими друг друга. Основные защиты должны воздействовать на все неисправности, возникающие в рабочей зоне или охватывать их значительную часть. Они обеспечивают полную защиту всего участка, находящегося под контролем и должны очень быстро срабатывать при возникновении неисправностей. Все остальные защиты, не подходящие под основные условия, считаются резервными, выполняющими ближнее и дальнее резервирование. В первом случае резервируются основные защиты, работающие в закрепленной зоне. Второй вариант дополняет первый и резервирует смежные рабочие зоны на случай отказа их собственных защит.
 

Принципы построения схемы защитных устройств

Несмотря на то, что в данный момент рынок предлагает большое количество разнообразных устройств РЗ, базовый алгоритм процессов остается прежним, только модернизируется для каждого конкретного случая. Основные функции защиты демонстрирует структурная схема.

Более подробно ознакомиться со структурной схемой защит и другими органами РЗ можно в нашей статье Основные органы релейной защиты.

Шкафы РЗА

Современные микропроцессорные устройства РЗА выполняют не только свою прямые задачи защиты, но и другие смежные функции. Таким образом, сегодня большое количество устройств можно укомплектовать в одном шкафу, что значительно упрощает монтаж оборудования, непосредственную эксплуатацию, а также значительно освобождает пространство.

Типовые шкафы защиты имеют еще ряд дополнительных преимуществ: так как шкафы выполняются по стандартным схемам, проверенным в эксплуатации, вероятность ошибок в работе значительно снижается, а удобство в наладке и монтаже возрастает. Узнайте еще больше о РЗА и типовых решениях на нашем сайте.

Инженер по релейной защите и автоматике \ КонсультантПлюс

Инженер по релейной защите и автоматике

Должностные обязанности. Выполняет работы по методическому и организационному обеспечению эксплуатации устройств релейной защиты и электроавтоматики (РЗА), оснащению ими электрооборудования, воздушных и кабельных линий передачи электрической энергии (электропередачи). Подготавливает проекты планов и графиков работ по перенастройке, техническому обслуживанию, ремонту и модернизации устройств РЗА, контролирует выполнение утвержденных планов и графиков. Рассчитывает значения токов и напряжений короткого замыкания (КЗ) на оборудовании и линиях электропередачи (ЛЭП), определяет по данным расчетов принципы выполнения, типы, алгоритмы функционирования, размещение устройств РЗА, условия селективности, чувствительности их действия (срабатывания). Выполняет расчеты уставок, задает в установленном порядке характеристики устройств РЗА, контролирует их выполнение. Рассматривает и согласовывает расчеты уставок устройств РЗА, подключаемых к сети электроустановок (сетей) нижестоящего уровня оперативного управления. Ведет учет и анализ работы устройств РЗА, соответствия их типа, схем, мест установки, расчетных уставок требованиям нормативных документов, фактическим режимам работы энергосистемы, электрооборудования, отдельных ЛЭП. Прорабатывает варианты предложений об изменении типа, места размещения, схем установки РЗА, корректировке уставок, перенастройке устройств электроавтоматики, контролирует своевременность внесения корректировок и изменений. Осуществляет периодические проверки состояния устройств РЗА, ведения журналов учета работы РЗА, исполнения заданных уставок, внесения изменений в карты уставок на диспетчерских пунктах (щитах управления), передает замечания (с записью в журналах учета) по выявленным нарушениям. Разрабатывает, вносит изменения и дополнения, пересматривает в установленном порядке инструкции, руководства, схемы и другие документы по обслуживанию устройств РЗА. Участвует в разработке и выполнении организационно-технических мероприятий, связанных с исполнением директивных указаний по восстановлению и реконструкции аппаратуры и цепей РЗА, установке новых устройств РЗА, их перенастройке и модернизации. Подготавливает технические условия и исходные данные для проектирования строительства, реконструкции и расширения энергетических объектов, модернизации электрооборудования (в части устройств РЗА), участвует в рассмотрении проектов и подготовке по ним замечаний. Подготавливает оперативные задания и программы работ по опробованию, испытанию, перенастройке и другим работам на устройствах РЗА. Участвует в составлении и согласовании пусковых схем, рабочих программ испытаний устройств РЗА после выполнения капитального ремонта и монтажа электрооборудования. Руководит проведением сложных эксплуатационных испытаний РЗА. Участвует в работе комиссий по расследованию аварий и других технологических нарушений в работе электроустановок, проверке готовности энергообъектов к сезонным условиям работы. Подготавливает отчетность по работе устройств РЗА. Проводит работу по повышению квалификации персонала, обслуживающего РЗА, участвует в проверке его знаний. Составляет заявки на необходимую аппаратуру, приборы, устройства РЗА, запасные части, испытательные средства, инструмент, контрольный кабель, приспособления, материалы, контролирует реализацию заявок. Участвует во внедрении новых комплексов программно-технических средств автоматизированной системы диспетчерского управления, автоматизированной системы управления технологическими процессами и других автоматизированных систем управления.

Должен знать: организационно-распорядительные, нормативные, методические документы по вопросам выбора, установки, настройки и испытаний РЗА; Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации; Правила устройства электроустановок; Правила работы с персоналом в организациях электроэнергетики Российской Федерации; правила технического обслуживания устройств релейной защиты и электроавтоматики электрических сетей; Правила пользования инструментом и приспособлениями, применяемыми при ремонте и монтаже энергетического оборудования; Правила применения и испытаний средств защиты, используемых в электроустановках, технические требования к ним; положения и инструкции по расследованию и учету аварий и других технологических нарушений, несчастных случаев на производстве; схемы, принцип работы, конструктивные особенности, нормальные и допустимые режимы эксплуатации средств РЗА; электрические схемы первичной и вторичной коммутации основной сети; техническое устройство, конструктивные особенности, нормальные, аварийные, послеаварийные и ремонтные режимы эксплуатации оборудования с установленными устройствами РЗА; технологию работ по техническому обслуживанию, проверкам работы, наладке и испытаниям устройств РЗА; должностные и производственные инструкции персонала, обслуживающего РЗА; передовой производственный опыт по обслуживанию РЗА; основы экономики и организации производства, труда и управления в энергетике; основы трудового законодательства; правила по охране труда.

Требования к квалификации. Инженер по релейной защите и автоматике I категории: высшее профессиональное (техническое) образование и стаж работы в должности инженера по релейной защите и автоматике II категории не менее 3 лет.

Инженер по релейной защите и автоматике II категории: высшее профессиональное (техническое) образование и стаж работы в должности инженера по релейной защите и автоматике III категории не менее 3 лет.

Инженер по релейной защите и автоматике III категории: высшее профессиональное (техническое) образование и стаж работы в должности инженера по релейной защите и автоматике или на других должностях, замещаемых специалистами с высшим профессиональным (техническим) образованием, не менее 3 лет.

Инженер по релейной защите и автоматике: высшее профессиональное (техническое) образование без предъявления требований к стажу работы или среднее профессиональное (техническое) образование и стаж работы в должности техника по эксплуатации энергетического оборудования I категории не менее 3 лет или на других должностях, замещаемых специалистами со средним профессиональным (техническим) образованием, не менее 5 лет.

Защита от перегрузки по току от замыканий на землю | Принцип

Максимальная токовая защита от замыканий на землю – Защита от замыканий на землю может быть обеспечена обычными реле максимального тока, если минимальный ток замыкания на землю достаточен по величине. Величина тока замыкания на землю обычно мала по сравнению с токами замыкания на землю, потому что импеданс замыкания при замыканиях на землю намного выше, чем при замыканиях на землю. Это также зависит от типа заземления нейтрали, то есть от того, заземлено ли оно глухозаземленно, изолировано или заземлено через некоторое сопротивление или реактивное сопротивление. В любом случае ток замыкания на землю будет мал по величине по сравнению с токами замыкания на фазу.

Реле, подключенное таким образом для защиты от замыканий на землю, отличается от реле, предназначенных для защиты от замыканий на фазу. Его особенность заключается в том, что он устанавливается независимо от тока нагрузки, и, таким образом, могут быть достигнуты настройки ниже нормального тока нагрузки. Следовательно, реле защиты от замыканий на землю устанавливаются на низкие уставки от 30 % до 70 %, но низкие значения уставок по току создают более высокую нагрузку на реле с номинальным током в первичной обмотке ТТ. Будет видно, что, если ток замыкания на землю не ограничен или не используются специальные трансформаторы тока для обеспечения более высокого выходного сигнала, градация времени/тока реле замыкания на землю нецелесообразна.

К счастью, градация реле защиты от замыканий на землю, в отличие от фазных реле максимального тока, обычно ограничивается одним системным напряжением из-за общего использования понижающего трансформатора треугольника/звезды, так как замыкание на землю в одной секции не требует тока заземления от другой части. Это просто означает, что замыкание на землю на одной стороне трансформатора не будет замечено реле замыкания на землю на другой стороне, и, следовательно, градация между реле в различных системах напряжения не требуется.

Максимальная токовая защита от замыканий на землю может быть обеспечена только одним реле максимального тока, подключенным к цепи нулевой последовательности или к фильтру нулевой последовательности. Ток будет протекать через обмотку реле только в случае замыкания на землю. На рис. (5.8) показано расположение реле защиты от замыканий на землю вместе с фазовыми реле.

Когда требуется защита от перегрузки по току и защита от замыканий на землю с использованием реле IDMT, обычно из экономических соображений используются двухфазные реле вместо трехфазных реле с одним реле защиты от замыканий на землю (рис. (5.9).)).

Если бы все трансформаторы тока были идеальными, то при нормальных условиях эксплуатации и межфазных замыканиях ток через реле защиты от замыканий на землю не протекал бы. Однако при использовании коммерчески идентичных трансформаторов тока через реле будет протекать некоторый ток. Это связано с разницей в ошибках и в количестве остаточного магнетизма. Этот ток называется током небаланса или ложным остаточным током, который находится в диапазоне от 0,01 до 0,1 А при номинальном первичном токе и во много раз больше при протекании тяжелых токов фазового замыкания.

На рисунке (5.10) показан принцип защиты от замыканий на землю. Очевидно, что при нормальной работе, а также при трехфазных и междуфазных замыканиях ток, проходящий через реле, равен нулю:

реле. Теперь из эквивалентной схемы ТТ имеем

, где

I _s = вторичный ток

I ′ _P = Первичный ток, упомянутый во вторичный

I ′ _E = захватывающий ток, упомянутый вторичный

I _P = Первичный ток

I _P = Первичный текущий текущий ток возбуждения

n = коэффициент трансформации вторичной обмотки к первичной

Соответственно мы можем написать

Уравнение (5.7) показывает, что реле защиты от замыканий на землю реагирует на ток нулевой последовательности, и значение срабатывания реле защиты от замыканий на землю должно выбираться только по максимальному значению ложного остаточного тока.

Различные типы защитных реле

Электрические реле используются во многих типах технологических систем от автомобилей и бытовой техники до медицинского оборудования и самолетов. Силовые устройства на электростанциях должны иметь защитные реле для срабатывания. Релейная защита является важнейшей частью электроэнергетических систем. Три важных аспекта энергосистем в отношении релейной защиты:

1. Нормальная работа
2. Предотвращение отказов
3. Смягчение последствий сбоя

Реле

Реле изолирует или изменяет электрическую цепь. Классификация реле зависит от того, для чего они используются. Типы реле включают:

• Мониторинг
• Регулирование
• Вспомогательный
• Повторное включение
• Защитный

Защитные реле

Задачей защитного реле является контроль мощности, напряжения и тока и обнаружение проблем. Если какой-либо из этих параметров выходит за установленные пределы, срабатывает аварийный сигнал или цепь отключается. Это устройство заставляет автоматический выключатель изолировать неисправный элемент от остальной системы. Защитная релейная защита приводит к удалению нештатных или короткозамыкающих элементов энергосистемы.

Для защиты от коротких замыканий существует первичная релейная защита, первая линия защиты и резервная релейная защита, которая срабатывает при отказе первичной релейной защиты. Аппаратура релейной защиты описывается словами «чувствительность», «селективность» и «скорость». Эти характеристики позволяют реле точно обнаруживать проблемы и быстро отключать неисправные элементы.

Типы реле защиты

Существует два принципа работы: электромагнитное притяжение и электромагнитная индукция. Базовая классификация реле защиты включает:

• Электромагнитные реле:
  • Арматура
  • Индукционная чашка / индукционный диск
• Статические реле: Аналоговые входные сигналы обрабатываются полупроводниковыми устройствами
.
• Цифровые/числовые реле: используются программируемые полупроводниковые устройства на основе цифровой обработки сигналов
.

Электромагнитные реле

Электромагнитные реле имеют механические, электрические и магнитные элементы, а также рабочую катушку и механические контакты. Механические контакты размыкаются или замыкаются при активации катушки. Реле постоянного тока обесточивают катушку с диодом. Реле переменного тока имеют многослойные сердечники, предотвращающие потери. Электромагнитные реле притяжения притягивают металл, если на катушку подается питание при движении плунжера к соленоиду или притяжении якоря к полюсам электромагнита. Индукционные реле применяются в системах переменного тока за счет развития усилия срабатывания при движении проводника (чашки или диска) во взаимодействии электромагнитных потоков.

Твердотельные реле

Операция переключения выполняется с твердотельными компонентами без их перемещения. Меньшая необходимая энергия управления по сравнению с выходной мощностью приводит к более высокому коэффициенту усиления мощности, чем с электромагнитным реле. Типы твердотельных реле включают SSR с герконовым реле, SSR с трансформаторной связью и SSR с фотосвязью.

Тепловые реле

Тепловые реле используют воздействие тепла. При повышении температуры контакты меняются местами. Эти реле имеют такие элементы, как датчики температуры и элементы управления. Тепловые реле часто используются для защиты двигателя.

Гибридные реле

Гибридные реле сочетают в себе электромагнитное реле и электронные компоненты. Выпрямление осуществляется электронной схемой, а выходной частью является электромагнитное реле. Герконовые реле Эти реле имеют магнитные полосы («герконы») в стеклянной трубке, действующей как контактный нож и якорь. Переключение происходит, когда магнитное поле заставляет язычки двигаться.

Различие реле

Существует несколько способов классификации реле:

• Размеры:
  • Миниатюрный
  • Субминиатюрный
  • Микроминиатюра

• Строительство:
  • Открыть
  • Герметичный
  • Герметик

• Рабочий диапазон нагрузки:
  • Высокая мощность
  • Промежуточная мощность
  • Низкая мощность
  • Микромощность

Чтобы не отставать от компонентов энергосистемы, отраслевых тенденций и инноваций, а также соблюдать нормативные требования, вам необходима комплексная и удобная программа обучения.