Назначение автоматики и релейной защиты

НАЗНАЧЕНИЕ АВТОМАТИКИ И РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ Муратов Г.Г.1, Анарбаев С.А.2, Ганиев С.Т.3

1Муратов Гуламжан Гафурович - старший преподаватель;

2Анарбаев Султан Аккулович - старший преподаватель;

3Ганиев Сарвар Турсунбаевич - старший преподаватель, кафедра электротехники и электромеханики, Алмалыкский филиал Ташкентский государственный технический университет им. Ислама Каримова, г. Алмалык, Республика Узбекистан

Аннотация: авторы исследуют автоматизированные релейные защиты. При эксплуатации энергетического оборудования и электрических сетей неизбежны их повреждения и ненормальные режимы работы. Наиболее опасными повреждениями являются короткие замыкания (КЗ) в энергетическом оборудовании и электрических сетях. Итогом работы является ряд существенных факторов усовершенствования релейной защиты.

Ключевые слова: релейной защиты, электрические сети, короткие замыкания (КЗ), изоляции электрооборудования.

Основной причиной возникновения КЗ является нарушение изоляции электрооборудования.

Нарушения изоляции вызываются:

- перенапряжениями (особенно в сетях с изолированными нейтралами);

- прямыми ударами молнии;

- старением изоляции;

- механическими повреждениями изоляции, проездом под линиями негабаритных механизмов;

- неудовлетворительным уходом за оборудованием, неквалифицированными действиями обслуживающего персонала.

При возникновении КЗ в системе электроснабжения (СЭС) ее общее сопротивление уменьшается, что приводит к увеличению токов в ее ветвях по сравнению с токами нормального режима, а это вызывает снижение напряжения отдельных точек СЭС, которое особенно велико вблизи места КЗ. В зависимости от места возникновения и продолжительности повреждения последствия КЗ могут иметь местный характер или отражаться на всей СЭС.

Ток КЗ во много раз превышает номинальный ток электроустановки. Поэтому и при кратковременном протекании тока КЗ он может вызвать, нагрев токоведущих элементов и проводников выше допустимых значений.

Токи КЗ вызывают между проводниками значительные механические усилия, которые особенно велики в начале процесса КЗ, когда ток достигает максимального значения. При недостаточной прочности проводников и их креплений могут иметь место разрушения механического характера.

Внезапное глубокое снижение напряжения при КЗ отражается на работе потребителей. В первую очередь это касается двигателей, так как даже при кратковременном понижении напряжения на 30-40 % они могут остановиться (происходит опрокидывание двигателей). Опрокидывание двигателей тяжело отражается на работе промышленного предприятия, так как для восстановления нормального производственного процесса требуется длительное время, и неожиданная остановка двигателей вызывает аварии или брак продукции.

При малой удаленности и достаточной длительности КЗ возможно выпадение из синхронизма параллельно работающих генераторов, т. е. нарушение нормальной работы всей электроэнергетической системы (ЭЭС), что является самым опасным последствием КЗ.

Возникающие при замыканиях на землю неуравновешенные системы токов способны создать магнитные потоки, достаточные для наведения в соседних цепях (линиях связи, трубопроводах) значительных ЭДС, опасных для обслуживающего персонала и аппаратуры этих цепей.

Таким образом, последствия КЗ следующие:

- механические и термические повреждения электрооборудования, возгорания в электроустановках;

- снижение уровня напряжения в СЭС, ведущее к уменьшению вращающего момента электродвигателей, их торможению, снижению производительности или даже к их опрокидыванию;

- выпадение из синхронизма отдельных генераторов, электростанций и частей ЭЭС и возникновение аварий, включая системные аварии;

- электромагнитное влияние на линии связи, трубопроводы и другие коммуникации.

Кроме повреждений электрического оборудования в СЭС могут возникать ненормальные режимы работы электрооборудования, такие как: перегрузка оборудования, повышение напряжения, понижение напряжения, режим работы с двумя фазами, качания в энергосистеме, замыкание на землю одной фазы в сети с изолированной нейтралью, выделение газа в результате разложения масла в трансформаторе или понижение уровня масла в его расширителе и т. д. При нарушениях нормальных режимов работы электрического оборудования нет необходимости немедленного его отключения, так как эти нарушения не представляют непосредственной опасности для оборудования и могут самоустраниться.

Перегрузка оборудования вызывается увеличением тока выше номинального значения. Номинальным током называется максимальное значение тока, допускаемое для данного оборудования в течение неограниченного времени. Если ток, проходящий по оборудованию, превышает номинальное значение, то за счет выделяемой им дополнительной тепловой энергии температура токоведущих частей и изоляции через некоторое время превосходит допустимые значения, что приводит к ускоренному старению изоляции и токоведущих частей.

Повышение напряжения возникает на трансформаторах, генераторах и линиях высокого напряжения и может быть передано в распределительные сети. В распределительных сетях появляются дополнительные причины для повышения напряжения: неправильная работа регуляторов напряжения трансформаторов под нагрузкой (РПН), влияние емкостной компенсации при внезапном сбросе нагрузки. В ряде случаев величина такого напряжения может оказаться опасной для оборудования: двигателей и трансформаторов, электронных устройств, бытовых приборов и т. д.

Понижение напряжения опасно для электродвигателей, которые для поддержания необходимой величины вращающего момента увеличивают потребление тока, что приводит к их токовой перегрузке, перегреву активных частей и выходу из строя.

Режим работы двумя фазами (неполно фазный режим) происходит при обрыве фазы или перегорании предохранителя в питающей сети. Двигатели при этом могут остаться в работе или остановиться. В обоих случаях ток статора резко возрастает, что приводит к перегрузке и перегреву двигателя и выходу его из строя.

Качания в энергосистеме возникают при нарушении синхронной работы генераторов электростанций. Синхронизм в ЭЭС нарушается, например, при

затяжных отключениях близких КЗ. При этом вектор ЭДС генератора, вблизи которого произошло КЗ, начинает отставать от вектора напряжения сети и в линии возникают качания, сопровождающиеся колебаниями напряжения и появлением уравнительных токов.

В большинстве случаев развитие аварий может быть предотвращено быстрым отключением поврежденного участка электрической установки или сети при помощи специальных автоматических устройств, действующих на отключение выключателей или на сигнал и получивших название релейная защита.

Основным назначением релейной защиты является выявление места возникновения КЗ и быстрое автоматическое отключение выключателей поврежденного оборудования или участка сети от остальной неповрежденной части электрической установки или сети.

При отключении выключателей поврежденного элемента гаснет электрическая дуга в месте КЗ, прекращается прохождение тока КЗ и восстанавливается нормальное напряжение на неповрежденной части электрической установки или сети. Благодаря этому минимизируются или даже совсем предотвращаются повреждения оборудования, на котором возникло КЗ, а также восстанавливается нормальная работа неповрежденного оборудования.

Вторым назначением РЗА является выявление нарушений нормальных режимов работы оборудования, которые могут привести к аварии, а также подача предупредительных сигналов обслуживающему персоналу или отключение оборудования с выдержкой времени.

Согласно требованиям ПТЭ силовое оборудование электростанций, подстанций и электрических сетей должно быть защищено от коротких замыканий и нарушений нормальных режимов работы устройствами релейной защиты и автоматики. Устройства РЗА должны быть постоянно включены и всегда готовы к действию.

Термином «реле» обозначается группа автоматических приборов и устройств, используемых в релейной защите, автоматике, телемеханике и других отраслях техники. В РЗА под термином «реле» понимается автоматическое устройство, которое приходит в действие (срабатывает) при определенном значении воздействующей на него входной величины, которая называется уставкой реле. Так, реле максимального тока при увеличении тока в контролируемой цепи (куда включена токовая обмотка этого реле) до заданного значения, называемого током срабатывания или уставкой, замыкает своими контактами управляемую электрическую цепь.

Под устройством релейной защиты подразумевается совокупность реле, приборов и вспомогательных элементов, которые при возникновении повреждений и ненормальных режимов работы оборудования должны действовать на его отключение или на сигнал.

Список литературы

1. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. Москва.

«Высшая школа», 1991.

2. Электротехнический справочник: Т. 3. Производство, передача и распределение

электрической энергии. / Под общ. ред. профессоров МЭИ. М.: Издательство

МЭИ, 2004. 964 с.