Основні вимоги, що пред'являються до релейного захисту 1
У загальному випадку до релейного захисту, що діє при пошкодженнях на відключення, пред'являються наступні чотири основних технічних вимоги:
селективність
Селективність, або вибірковістю, називається дію захисту, що забезпечує відключення тільки пошкодженого елемента системи за допомогою його вимикачів.
Існує два види селективності:
1) Абсолютна селективність. Якщо за принципом своєї дії захист спрацьовує тільки при короткому замиканні (КЗ) на за-захищатися елементі, то її відносять до зах-там, що володіє абсолютною СЕЛЕКТА-ністю. Є ЛЕП, що складається з трьох ділянок. Сталося КЗ в точці К2. КЗ повинна відключити РЗ вимикача Q5. Якщо цей захист діє тільки на ділянці БВ, і не спрацьовує при КЗ на ділянці ВГ, то вона має абсолютну селективність.
2) Відносна селективність. Захисту, які можуть срабати-вать як резервні при пошкодженні на суміжному елементі, якщо це пошкодження не відключається, називаються щодо селективними. Сталося КЗ в точці К3. КЗ повинна відключити РЗ вимикача Q8. Якщо цей захист не діє, то КЗ має відключитися захистом вимикача Q6, яка в даному випадку буде працювати як резервна і мати відносну селективність.
Іноді з метою спрощення допускають неселективне дію захисту.
Таким чином, вимога селективності є основною умовою для забезпечення надійного живлення споживачів.
Селективну дію захистів при наявності резервного живлення споживачів дає можливість виключити перерви в їх електропостачанні.
При відсутності резервування навіть при селективному дії захистів можлива втрата харчування.
Оскільки пошкодження на ПЛ носять в основному проходить характер найбільш ефективності в цьому випадку буде застосування АПВ. АПВ забезпечує 70-90% успішних повторних включень.
Вимога селективності не повинно виключати можливість дії захистів як резервних у випадках відмови захистів або вимикачів суміжних елементів. Приклад: відмова захистів 8 при К.З.в К3.
швидкодія
У більшості випадків до релейного захисту, що діє при пошкодженнях на відключення, ставиться вимога швидкодії.
Це визначається такими основними міркуваннями:
1. Прискорення відключення пошкоджень підвищує стійкість паралельної роботи генераторів в системі і дає можливість збільшити пропускну спроможність ВЛ електропередачі.
При застосуванні швидкодіючих реле і вимикачів порушення динамічної стійкості паралельно працюють синхронних машин в слідстві короткого замивання може бути виключено. Тим самим усувається одна з основних причин виникнення найбільш важких, з точки зору безперебійної роботи споживачів, системних аварій.
2. Прискорення відключення пошкоджень зменшує час роботи споживачів при зниженій напрузі.
При швидкодіючих захистах і вимикачах практично всі двигуни, встановлені як у споживачів, так і на власні потреби станцій, за винятком тих, які живляться від вимкнений вимикач, після відключення короткого замикання можуть залишатися в роботі. Більш того, зменшення обертаючих моментів, наприклад у синхронних двигунів виявляється настільки короткочасним, що споживачі не відчувають цього.
3. Прискорення відключення пошкоджень зменшує розмір руйнування пошкодженого елемента. Зменшується час, що витрачається на проведення відновлювального ремонту і зменшується витрати на нього.
4. Прискорення відключення пошкоджень підвищує ефективність АПВ пошкоджених ЛЕП.
Допустимий час відключення К.З. за умовою збереження стійкості залежить від ряду факторів. Найважливішим із них є величина залишкової напруги на шинах електростанцій і вузлових підстанцій енергосистеми. Чим менше залишкова напруга, тим гірші умови стійкості і, отже, тим швидше треба відключити К.З. Найбільш важкими за умовою стійкості є трифазні К.З. ідвофазні К.З. на землю в мережі з глухозаземленою нетралью, так як при цих пошкодженнях відбувається найбільше зниження всіх міжфазних напруг.
В сучасних енергосистемах для збереження стійкості потрібно дуже малий час відключення К.З. Так наприклад на електропередачах 330-500кВ необхідно відключити пошкодження за 0,1-0,2 сек. після його пошкодження, а в мережах 110-220кВ - за 0,15-0,3 сек. У розподільних мережах 6-10кВ короткі замикання відокремлені від джерела великими опорами можна відключити з часом 1,5-3 сек. так як вони не впливають на стійкість системи. Точна оцінка допустимого часу відключення проводиться за допомогою спеціальних розрахунків стійкості проведених для цієї мети.
Як наближене критерію (заходи) необхідності застосування швидкодіючих захистів Правила улаштування електроустановок (ПУЕ) рекомендують визначити залишкову напругу на шинах електростанцій і вузлових підстанцій при трифазному К.З. в цікавій для нас точці К.З. Якщо залишкова напруга виходить менше 60% номінального, то для збереження стійкості слід застосовувати швидке відключення пошкоджень, тобто застосовувати швидкодіючий захист (ПУЕ, п.3.2.108).
Повний час відключення пошкодження складається з часу роботи захисту і часу дії вимикача, що розриває ток К.З. Отже, для прискорення відключення потрібно прискорити дію, як захисту, так і вимикачів. Мінімальна часи спрацьовування захистів рівні 0,02-0,04 сек. а вимикачів 0,05-0,06 сек. Тому мінімально допустимі часи відключення К.З. складає 0,07-0,1 сек. Однак необхідно відзначити, що отримання малих часів по техніко-економічних міркувань в ряді випадків виявляється недоцільним, так як вимагає застосування складних панелей захистів і тому менш надійних. Тому зазвичай виставляються ті витримки часу, з якими за сукупністю умов ще допустимо відключати найбільш важкі, але реальні ушкодження.
Як приклад цифр можуть бути названі такі мінімальні часи відключення К.З .:
1. на електропередачах 400-500кВ - 0,1-0,12 сек .;
2. на лініях 110-330кВ відходять від сучасних потужних теплових станцій, з потужними турбогенераторами, що мають форсоване охолодження обмоток - 0,15-0,2 сек .;
3. в мережах 110-330кВ з турбогенераторами старої конструкції - 0,2-0,3 сек.
Однак в деяких випадках проста і економічна захист не може одночасно задовольняти вимогам селективності і швидкодії. Тоді необхідно з'ясувати і зіставити, чи не порушується при селективних, але повільних отключеньях пошкоджень робота споживачів неушкодженої частини системи в більшій мірі, ніж при неселективних, але швидких отключеньях пошкоджень.
Вимога до часу швидкодії захистів від ненормальних режимів залежить від їх наслідків. Часто ненормальні режиму носять короткочасний характер і ліквідуються самі, так, наприклад, короткочасна перевантаження при пуску асинхронного двигуна, відключення одного трансформатора на двохтрансформаторної підстанції і робота АВР на СВ-10кВ. У наших випадках швидке відключення не є необхідним, але може завдати шкоди споживачам. Тому відключення обладнання при відхилення від нормального режиму повинно проводитися тільки тоді, коли настає дійсно небезпека для обладнання, яке підлягає в більшості випадків в витримкою часу.
чутливість
Релейний захист повинен бути досить чутливою до пошкоджень і ненормальних режимів роботи, які можуть виникнути на захищаються елементах електричної системи. Задоволення вимог необхідної чутливості в сучасних електричних мережах часто зустрічає ряд серйозних труднощів.
Так, наприклад, при передачі великих потужностей в райони споживання віддалені іноді на сотні кілометрів, використовуються мережі високої напруги з великою пропускною здатністю окремих ЛЕП. При цьому струм К.З. в пошкоджених лініях при обліку можливих мінімальних режимах роботи станцій і пошкоджень через великі перехідні опори (електрична дуга) можуть бути порівнянні, або навіть менше максимальних струмів К.З.
Це призводить до відмови від застосування простих струмових захистів і змушує переходити на більш складні і дорогі типи захисних пристроїв. Тому з урахуванням досвіду експлуатації та рівня техніки до захисту пред'являється мінімальні вимоги щодо чутливості.
Чутливість захисту повинна бути такою, щоб вона діяла при К.З. в кінці встановленої для неї зони в мінімальному режимі системи і при замиканнях через електричну дугу. Чутливість захистів прийнято характеризувати коефіцієнтом чутливості Кч. Для захистів, що реагують на струм К.З. коефіцієнт чутливості дорівнює:
надійність
Вимога надійності полягає в тому, що захист повинен правильно і безвідмовно діяти на відключення вимикачів обладнання при всіх його пошкодженнях і порушеннях нормального режиму роботи, на дію при яких вона призначена і не діяти в режимах, при яких її робота не передбачається.
Наприклад, при К.З. в точці К3 і відмову захисту В3 спрацьовує захист В2, в результаті чого замість погашення однієї підстанції Г ми знеструмлені три підстанції Г, Д, В, а при неправильній роботі в нормальному режимі захисту В1 втратять харчування споживачі чотирьох підстанцій Б, В, Г, Д .
Таким чином, необхідно констатувати, що повинна спрацьовувати тільки захист пошкодженої лінії. Захисту непошкоджених ліній та інших елементів системи (генераторів, трансформаторів) можуть при цьому відбуватися в дію, але не спрацьовувати. Спрацьовування захистів непошкоджених елементів повинна мати місце тільки в разі, якщо вони призначені діяти як резервна при відмові захисту або вимикача пошкодженої лінії.
Основним передумовами, що забезпечують як надійність спрацьовування, так і надійність неспрацювання є висока якість використовуваних реле, що характеризується їх принципом дії, конструкцією і технологією виконання, висока якість допоміжних пристроїв і правильне ведення експлуатації. Однак є фактори, протилежно впливають на дві розглянуті боку надійності. Чим більше мінімальне число реле та інших елементів, яке повинно брати участь в спрацьовуванні захисту тим менше надійність її спрацьовування.
При наявності в захисті декількох паралельно працюючих незалежних пристроїв, а іноді і окремих реле або елементів надійність спрацьовування підвищується. З іншого боку знижується надійність неспрацьовування.
Необхідно мати на увазі що пристрої РЗА при пошкодженнях в електричній системі в цілому повинні по впливів відповідних, зазвичай електричних величин, значно частіше не спрацьовувати, ніж спрацьовувати.
З огляду на вище викладене, в даний час максимальне спрощення схем захистів слід вважати одному з основних вимог техніки релейного захисту. Вимога надійності є досить важливим. Відмова в роботі або неправильна дія якого-небудь захисту завжди призводить до додаткових відключень і т.п.