что такое рза в электроустановках
Релейная защита. Виды и устройство. Работа и особенности
Согласно правилам эксплуатации электроустановок силовые устройства электрических сетей и электростанций должны быть обеспечены защитой от сбоев в эксплуатации и токов короткого замыкания. Средствами защиты являются специальные устройства, выполненные на основе реле, что оправдывает их название релейная защита и автоматика (РЗА). В настоящее время существует много различных устройств, способных в короткие сроки блокировать возникшую аварию в электрической сети, либо подать предупредительный сигнал о возникновении аварийного режима.
Виды релейной защиты
Релейная защита работает чаще всего совместно с автоматикой, и их устройство взаимосвязано со специфическими видами аварийных режимов сети:
Реле классифицируются по определенным признакам:
Релейная защита и автоматика бывают различных видов:
Дистанционная с ВЧ блокировкой, применяется для обесточивания воздушных линий при возникновении коротких замыканий.
Некоторые виды автоматики предназначены для подачи электроэнергии, в отличие от релейной защиты:
Устройство
Электромеханические конструкции релейной защиты постоянно модернизируются и совершенствуются. Внедряются инновационные технологические разработки и проекты. В новейших энергетических системах объединены статические, индукционные, электромагнитные устройства с микропроцессорными и полупроводниковыми элементами.
Однако основной смысл и порядок работы релейной защиты для всех новых устройств остается неизменным. Схема структуры релейной защиты показана на рисунке.
1 — Электрический сигнал
2 — Блок наблюдения электрических процессов
3 — Блок логики и анализа
4 — Исполнительный блок
5 — Сигнальный блок
Блок наблюдения
Главной функцией этого блока является мониторинг электрических процессов, происходящих в электрической системе, путем измерений такими устройствами, как трансформаторы напряжения и тока.
Сигналы выхода на блоке могут передаваться непосредственно логическому блоку для сравнения параметров с настроенными пользователем значениями отклонений от нормальных значений, которые называются уставками. Также сигналы блока наблюдения могут сначала преобразовываться в цифровой вид, а затем передаваться дальше.
Блок логики
В этом блоке выполняется сравнение поступивших сигналов с предельными значениями уставок. Даже незначительное совпадение этих параметров между собой приводит к возникновению команды на срабатывание защиты.
Исполнительный блок
Этот блок все время находится в состоянии, готовом к срабатыванию, при поступлении команды от блока логики. При срабатывании осуществляются переключения цепи электроустановки по запланированному алгоритму, который составлен по принципу недопущения неисправностей электрооборудования и удара электрическим током работников.
Сигнальный блок
В электрической системе все процессы происходят очень быстро, поэтому человек не в состоянии воспринимать их. Чтобы сохранить происходящие в системе события, применяют специальные сигнальные устройства. Которые работают путем звукового и визуального оповещения, а также сохраняют все происходящие события в памяти устройства.
Все виды устройств после их срабатывания переводятся в исходное состояние оператором вручную. Это позволяет гарантированно сохранить информацию о действии автоматики и релейной защиты.
Принципы работы
Релейная защита может иметь нарушения в своей работоспособности, которые выражаются следующими факторами:
Чтобы исключить отказы при функционировании релейной защиты, вырабатываются специальные требования к ней при проектировании, установке, настройки с запуском в работу, и техническом обслуживании:
Принцип надежности
Этот принцип определяется:
Каждый из этих факторов имеет свою оценку.
Обслуживание и эксплуатация релейной защиты имеет три варианта надежности по срабатыванию при:
Надежность устройств защиты бывает:
Принцип чувствительности
Этот принцип дает возможность определить виды предполагаемых расчетных повреждений и ненормальных режимов энергетической системы в рабочей зоне защиты.
Кч = Iкз min/Iсз
Чтобы определить его числовое значение, используется коэффициент Кч. Коэффициент рассчитывается отношением наименьшего тока короткого замыкания рабочей зоны к величине тока срабатывания. Релейная защита работает в нормальном режиме при:
Какие виды релейной защиты существуют
С помощью защитного реле реализуется предписанная нормативами и правилами безопасность электроустановок. Минимизируются, исключаются последствия замыканий, ненормальных режимов функционирования, перегрузок, что также обезопасит связанные конструкции и сеть в целом. В систему часто интегрируется сигнализация. Рассмотрим назначение, какие виды РЗиА применяются, для каких электроустановок, их составляющие и алгоритм функционирования.
Понятие релейной защиты и автоматики (РЗиА)
Правила техэксплуатации и устройства электроустановок (ПУЭ, ПТЭ) регламентируют применение релейных типов защиты. Данные приборы, а скорее, комплексы специальных элементов, часто совмещаются с автоматикой, поэтому сокращено называются РЗиА (а также это сокращение без «и» или РЗ).
По нормам ПТЭ силовые узлы и линии электроустановок — электростанций, подстанций, электросетей — защищаются от коротких замыканий (КЗ), ненормальных состояний, сверхнагрузок узлами РЗ и автоматики. Такие устройства интегрируются в конструкции, являются их частью (закладываются еще на стадии проекта), реже — монтируются к ним отдельно. Должны по правилам быть в постоянном состоянии готовности (ожидания), за исключением выводящихся из задействования согласно особенностям их задач, принципа конструкции, режимов энергообъектов, требованиям избирательности (селективности). Узлы сигнализации (предупреждение и сообщение о развитии поломок) должны также всегда быть готовыми к активации.
Где применяется
РЗиА ставят на электростанциях, генераторах, на любых электроустановках, на подобных габаритных мощных устройствах, то есть сфера использования не ограниченная, если релейная защита необходима по проекту. Область применения конкретизируется ПУЭ:
Содержание главы 3.2 ПУЭ:
Для чего применяется РЗиА
Что такое релейная защита объясним более конкретно, описывая ее назначение. При задействовании электрооборудования, сетей, всегда сохраняются риски их повреждений, некорректные режимы, часто их невозможно избежать или такие условия характерные для работы ЭУ. Наиболее критические — перегрузки и КЗ. Причины: пробои, повреждения изоляционных частей, разрывы, ошибки работников, например, отсоединение узлов под нагрузкой, неправильная подача на заземленные конструкции напряжения.
КЗ на участке, где оно возникло, провоцирует появление электродуги, термическое влияние которой ведет к, как правило, бесповоротному разрушению токоведущих элементов, изолирующих частей, электроустройств в целом (реже, но такие случаи весьма распространенные). При этом на поврежденный сегмент подводятся высокие токи короткого замыкания в тысячи ампер. Возникает почти моментальный нагрев, за секунды элементы накаляются. Термические процессы также повреждают исправные участки, происходит развитие неполадки, пожар. На связанных магистралях, объектах параметры электричества глубоко понижаются, что причиняет остановку электромоторов, функционирование параллельно задействованных конструкций, генерирующих приборов, критически нарушается.
В описанных ситуациях важно моментально остановить развитие последствий, обычно этого достаточно для полного предотвращения аварий. Указанное достигается оперативным отключением опасного участка ЭУ, сети — автоустройствами, функционирующими на расцепление контактов, обесточивание. Это и есть релейного типа защита, она же РЗ или РЗиА.
Задачи РЗ
РЗ деактивирует выключатели конструкции с неполадкой, при этом электродуга гаснет или даже не успевает возникнуть. Моментально останавливается течение ампер КЗ, параллельно на исправной части ЭУ или в сети восстанавливаются нормальные величины электричества. Минимизируются, исключаются повреждения оснащения с КЗ, нормализуется режим рабочего оборудования.
Особенности
Возможны и другие нарушения на ЭУ: перегрузка, замыкание различного рода, образование газовых масс в трансформаторах, понижения там объема масла и пр. Если такие неполадки не опасные, самоустраняются, может не требоваться моментальное обесточивание. Обычно при наличии на ЭУ постоянного обслуживания специалистами хватит выдачи им уведомления. В иных случаях достаточно отключения, но с паузой.
Реле РЗ — это приборы, узлы с автоматическим принципом, осуществляющие изменение характерного периодического типа («релейное действие», скачками) при установленной трансформации (модификации) наблюдающихся характеристик.
Проще говоря, РЗ при фиксации нарушений параметров ЭУ производит обесточивание, разводит контакты. Пример: реле при критическом возрастании Ампер на контролируемой цепи (туда заведена его токовая намотка) до прописанной отметки расцепляет соединения.
Прибор РЗ — это взаимодействующая система реле и узлов вспомогательных, автоматических, устройств, отключающих оборудование, когда оно повреждается, при ненормальных состояниях.
Сначала опишем отдельно логическую защиту для шин, сокращенно — ЛЗШ. Принцип: сравнивает состояние защит питающих частей и отходящих фидеров (отводов кабеля). Образец алгоритма: защита на одном из последних отключилась, значит, на нем КЗ; не стартовала на них вообще — КЗ на шинных элементах. При КЗ на отводе активируются защиты (токовые расцепители) на нем и на узлах питания участка (вводы ТТ, выключатели сегмента).
Далее, по факту сработки происходит блокировка отключения питающих частей без паузы. При КЗ на шинных частях распределительной схемы запуск РЗ на отводах не происходит, и при активации таковой на питающих узлах она допускается без выдержки.
Остальные виды релейной защиты:
| Вид | Описание |
| Макс. токовая (МТ) | Фактор сработки — определение числа Ампер (уставка). |
| Направленная макс. (МТЗ) | Дополнительно контролирует направленность мощностей. |
| Газовая (ГЗ) | Для деактивации ТТ, ТН при появлении внутренних поломок, сопровождающихся образованием газов. |
| Дифференциальная | На генерирующих узлах, ТН, ТТ, шинах. Токи сравниваются на вх. в охраняемую конструкцию и на вых., система регистрирует разницу и если нарушаются предельные рамки уставки, срабатывает. |
| Дистанционная (ДЗ) | Активируется при понижении сопротивления, что характерно при КЗ. |
| ДЗ с ВЧ блокированием | Вместе с РЗ от замыканий на землю (ЗЗ). Для более быстрого обесточивания при КЗ. При наличии на обслуживаемой ВЛ с вх. и вых. ДЗ и ЗЗ, то КЗ на такой линии стандартно деактивируется 1–3 уровнями этой системы с паузой от 0 до нескольких сек. А ВЧ-блокировка ДЗ и ЗЗ создает 2-сторонее отключение участка без паузы при всех возможных КЗ в любых локациях. |
| ДЗ с блокировкой по оптокабелю | Качественная замена предыдущему варианту. Исключается потребность обслуживать оснащение ВЧ, увеличивается надежность, так как оптические инструменты более стабильные, менее подвержены наводкам. |
| Дуговая | Для предупреждения воспламенения КРУ, КТП 6,3 и 10,5. Монтируется в местах присоединений, срабатывает на повышение освещения посредством оптических обнаружителей, а также на чрезмерное давление посредством датчиков (клапанов) для этого параметра. Возможно реагирование защиты по току (его контроль), применяемое, чтобы исключить ложные активации. |
| Дифференциально-фазная (ДФЗ) | Она же высокочастотная. Принцип состоит в контроле фаз и срабатывании, когда число Ампер на них нарушает уставку. |
Автоматика
Электроавтоматика, в отличие от РЗ, не только отключает оснащение, но и включает. В первую очередь, это автовключения: повторное (АПВ) и резерва питания (АВР).
Есть также разновидности с контролем персоналом оснащения релейной защиты, это автоматика:
Устройство
Рассмотрим устройство в процессе описания действия РЗиА:
| Название | Функция |
| Блок мониторинга | Отслеживание электропроцессов. Параметры измеряются ТН/ТТ и узлами с подобными функциями. Выходные импульсы могут поступать напрямую на логическую часть для сравнения с прописанными пользователем величинами отклонений от уставок (нормальных значений). А также импульсы может предварительно создаваться сообщения в цифровой форме. |
| Логическая часть | Сравнивает поступившие импульсы с уставками. Определяется несовпадение, принимается решение о командах на активацию защиты. |
| Исполнительная схема | Постоянно в состоянии готовности для принятия команды от логической части. Производит переключение цепей ЭУ по прописанному алгоритму для недопущения поломок оснащения и ударов тока. |
| Сигнальный узел | Сам пользователь органами чувств не может адекватно отслеживать чрезвычайно быстрые процессы в ЭУ. Для сохранения данных происходящих процессов используют сигнальные приборы оповещения (изображением, звуком, светом), которые также записывают в память историю. После сработки таких устройств они выставляются в исходную позицию вручную. Система позволяет сберечь данные о всех действиях. |
Требования к РЗиА
Требования к релейной защите исчерпывающе прописаны в ПУЭ (Р. 3 Гл. 3.2), а также в многочисленных пособиях — смысла дублировать их в статье нет. Обобщим их так, чтобы читатель смог сориентироваться, на что обратить внимание, быстро найти и уточнить их в указанных источниках.
Выполнением каких принципов обеспечивается работоспособность
Нарушения в работе РЗиА при некорректном подборе, монтаже, несоблюдении норм:
ПУЭ и связанные нормативные акты предъявляют требования, с помощью которых исключается перечисленное выше (касаются проекта, монтажа, настройки и запуска, техобслуживания):
Надежность
Определяется такими характеристиками:
Каждая позиция имеет свою оценку, указанную в техдокументации, в утвержденном согласно нормативным документам проекте.
Есть 3 позиции по надежности при ТО и эксплуатации РЗ по активации: при КЗ внутренних на рабочих локациях, за их границами, при функционировании без неисправностей. Надежность бывает 2 типов: эксплуатационная и аппаратная.
Чувствительность
Требования, предъявляемые к РЗА, релейной защите в первую очередь касаются функциональных настроек, так как фиксация пороговых значений, нарушения уставок подразумевают наличие у РЗ определенной чувствительности.
Надо правильно определить, какая предполагаемая степень нарушения режима, перегрузки является опасной, и подобрать под нее соответственно настроенный вариант РЗ.
Есть уравнение для чувствительности (ее числового значения) при возникновении КЗ. Применяется специальная характеристика — Кч, коэффициент.
Расчет: отношение наименьшего тока КЗ рабочего участка к величине тока активации. РЗ нормально функционирует при Iсз Быстродействие
Быстрота обесточивания имеет 2 составляющие:
Реагирование по времени регулируемое в диапазоне мин.-макс. значения в зависимости от возможностей устройства релейной защиты, применяемых элементов. Задержка сработки создается внедрением специальных реле с возможностью настройки, такая опция используется для наиболее отдаленных защит. РЗ размещенные ближе к месту неполадки, к защищаемому участку настраиваются на более короткий временной интервал активации или применяются без него.
Селективность
Второе название данной характеристики — избирательность. Опция позволяет определить место повреждения в схемах любой сложности.
Генератором вырабатывается и подается электричество потребителям на сегментах 1–3 (каждый со своей защитой). При КЗ на приборе потребителя на 3 промежутке, ток течет по всем узлам РЗ, начиная от источника энергии. В таких условиях целесообразно отключать цепь сегмента с неисправностью, например, электромотора, оставляя задействованными остальных исправных потребителей. С этой целью есть возможность делать уставки РЗ для каждой цепи. Обычно такие особенности закладываются еще на стадии проектирования.
Защита 5 3-го сегмента должна фиксировать токи неполадок раньше, и оперативнее активироваться, отключая поврежденные сегменты от цепей. Поэтому величины токово-временных уставок на каждом промежутке снижаются от генератора к потребителю. Прицип: чем дальше от локации поломки, тем меньшая чувствительность. Так одновременно реализуется резервирование, учитывающее возможность эффективной защиты при неполадках любых приборов, включая и системы РЗ более низкой ступени. Описанная схема означает, что при поломке самой защиты 5 сегмента 3 при аварии должны активироваться приборы защиты 3 или 4 промежутка 2. А эти секции, в свою очередь, подстраховываются защитными узлами сегмента 1.
Нюансы управления
РЗ выполняется отдельным блоком, является самостоятельной схемой, несмотря на то, что зачастую интегрируется в саму конструкцию ЭУ. Такие узлы входят в общие комплексы, составляющие систему антиаварийного контроля энергосистемы, где все узлы взаимосвязаны, реализуют поставленные задачи вместе.
Ниже схема (упрощенно) функций и действий автоматики:
Схема
Разновидностей, комбинаций, мест релейной защиты на сетях и в ЭУ чрезвычайно много. Есть также стандартизированные варианты, своеобразные шаблоны — принципиальные схемы. Но независимо от сложности любой чертеж можно понять, только научившись его читать. Этот навык необходим для работы с РЗиА.
По важности и сложности «принципиалки» комплектов РЗиА вторые в проекте всей системы электрооборудования. Во всех случаях — при разработке или для проверки готовых схем потребуются хотя бы минимальные навыки в электротехнике. Даже специалистам порой сложно разобраться в схеме РЗ на элементарном вводе трансформаторов 10 кВ, не говоря уже в целом для подстанции 110/10 кВ.
Рассмотрим прием, упрощающий понимание чертежей. Нижеописанный метод стандартный и распространенный, он не наносит ущерб качеству анализа.
Разбивка схемы на части
Целая схема чрезвычайно сложная для восприятия, поэтому ее условно разделяют на обособленные участки и анализируют каждый отдельно.
Рассмотрим РЗиА с терминалами на микропроцессорах, разделим чертеж на 10 позиций:
Не каждый комплект РЗ содержит все 10 позиций, но отсутствие какой-либо должно быть обосновано, если же это невозможно сделать, то в наличии ошибка в схеме.
Указанный метод — это своеобразный чек лист, система анализа. Полученные результаты можно зафиксировать списком с галочками напротив пунктов и передать исполнителю перед конструированием.
Пример проверки: обосновывается отсутствие цепи привода в ТН 10 кВ (позиция 2 в разделе «цепи» списка) тем, что ячейка последнего без выключателя, и это логично. Если же ответа на поставленный вопрос, например, почему по вводу 10 кВ в РЗ отсутствуют данные параметрирования, нет, то в наличие ошибка, особенно для терминалов с гибкой логикой.
Типовые ошибки схем:
Пример разбивки схемы и прочтения
Для объяснения мы взяли популярный пример из интернета, к нему также в сети есть видеоматериалы. Схему покажем по частям (соединяются в горизонтальной плоскости), так как она достаточно большая.
Чертеж для РЗ с электромеханическими реле, выключателем ВВТЕЛ Тавридаэлектрик (без терминала, это не цифровая конструкция на микропроцессорах) линии 10 кВ на подстанции 110/10 кВ:
Вторая часть схемы:
Третья часть схемы:
Схема доступная в сети, для ее открытия потребуются специальные программы для чертежей. Далее, выделим и покажем части.
Измерительные цепи (электромеханика, МТЗ, МТО, цепи питания от переменного опертока привода выключателя, счетчики преобразователи):
Цепи привода (блок питания и управления, цепи электромагнитов):
Цепи оперативного тока (автомат, исполнительные реле, блок питания):
Дуговая защита относится к цепям опертока:
Цепи аварийной и предупредительной сигнализации световой, центральной (ниже):
Выходные цепи (в данном случае это то, что входит в телесигнализацию):
В данном примере нет таблиц логики, данных параметрирования, цепей АСУ, параллельной защиты автоматики, так как эта релейная защита без терминала, не на микропроцессорах.