Защиты с абсолютной селективностью основаны на сравнении однородных
электрических величин по концам защищаемого участка или в соответствующих
ветвях параллельно соединенных элементов электрической установки, или же в
нескольких элементах, присоединенных к общим шинам.
При выполнении защит с абсолютной селективностью сравнивать
электрические величины можно или непосредственно, или косвенно. В первом
случае защиты называются дифференциальными токовыми либо дифференциальными
направленными, если сравниваются знаки мощностей. В свою очередь,
дифференциальные токовые защиты бывают продольными и поперечными.
Продольные дифференциальные токовые защиты осуществляют сравнение токов по
концам защищаемого элемента, а поперечные дифференциальные токовые — в
параллельных цепях электроустановки. Применяются также поперечные
дифференциальные токовые направленные защиты, сравнивающие значения и знаки
мощностей в параллельных цепях. При косвенном сравнении электрических
величин защиты с абсолютной селективностью выполняют на основе защит с
относительной селективностью, например токовых направленных. При наличии
канала связи можно обеспечить обмен информацией между защитами. Каждая из
защит, например, может передавать при срабатывании разрешающий сигнал на
срабатывание другой защите. При отсутствии такого сигнала защита
срабатывать не должна, хотя мощность к.з. у места ее включения имеет
направление от шин в линию. По каналу связи можно организовать также обмен
блокирующими сигналами, препятствующими срабатыванию защит при внешних к.з.
Аналогично можно согласовывать действие ненаправленных защит.
Свойство надежности в принципе присуще отдельно взятому устройству РЗА и без его взаимодействия с защищаемым объектом. Реально используемые на практике показатели надежности, как правило, учитывают некоторые характеристики защищаемого объекта. Показатели надежности устройств РЗА в общем случае различны при использовании одного и того же устройства на разных силовых объектах.
Как известно, к РЗА объектов электроэнергетической системы предъявляются следующие основные требования:
срабатывать при повреждениях на объекте в зоне действия защиты;
не срабатывать при отсутствии повреждений на защищаемом объекте;
не срабатывать при повреждениях вне зоны действия защиты.
В соответствии с этими требованиями классифицируют отказы системы РЗА:
отказы в срабатывании (отказы в срабатывании при повреждениях в зоне действия защиты);
ложные срабатывания (срабатывания при отсутствии повреждений на защищаемом объекте);
излишние срабатывания (срабатывания при повреждениях вне зоны действия защиты).
И, как следствие, в надежности РЗА выделяют два показателя:
надежность срабатывания (при повреждении защищаемого объекта);
надежность несрабатывания (при отсутствии повреждения на защищаемом объекте).
Одной из основных задач сегодня является разработка и внедрение в практику комплекса мероприятий, повышающих эффективность и надежность устройств и систем РЗА. При этом следует отметить, что, как правило, способы улучшения показателей надежности одного вида отрицательно влияют на показатели другого вида. Аспекту надежности несрабатывания в настоящее время уделяется недостаточное внимание. Статистические данные, полученные Филиалом ОАО «Инженерный центр ЕЭС» – «Фирма ОРГРЭС», показывают, что подавляющее количество отказов в функционировании устройств релейной защиты – это ложные и излишние срабатывания. Именно эти виды неправильных действий защиты (ненадежность) наносят наибольший ущерб. Так, судя по некоторым зарубежным источникам, отказы в функционировании релейной защиты сопровождаются убытками, которые соизмеримы с потерями из-за повреждений самого ненадежного элемента силовой схемы сети – линии электропередачи. В России около половины всех неправильных действий РЗА происходят из-за ошибок персонала на этапах проектирования, изготовления, наладки и эксплуатации этих систем.
ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ
Известен ряд показателей надежности функционирования системы РЗА: средний процент правильных или неправильных действий, коэффициенты готовности и неготовности РЗА к выполнению своих функций, математическое ожидание снижения эффективности изза неидеальной надежности релейной защиты, параметры потоков ложных и излишних срабатываний, параметр потока отказов защиты в срабатывании и т.д. При решении разных типов задач применяют те показатели, которые соответствуют поставленной цели [3]. Основной используемый в России статистический показатель, относящийся к надежности, – процент неправильных действий (либо дополняющий его до 100 процент правильных действий). Этот показатель используется при оценке результатов эксплуатации РЗА.
Под надежностью систем энергетики понимают свойства объекта выполнять заданные функции в заданном объеме при определенных условиях эксплуатации. Для обеспечения надежности применяются внешние средства диагностирования и встроенные средства тестового и функционального контроля. При тестировании диагностирования исключено создание ситуации, при которой устройство релейной защиты должно срабатывать. При функционировании контроля неисправности обнаруживается в результате обработки информации по реакции устройств релейной защиты на сигналы, поступающие непосредственно от защищаемого элемента системы электроснабжения. Эффективность функционирования – свойство выполнять предельное число функций каждую с предельным эффектом. Эффективность функционирования оценивается усреднено статическим показателем работы h, называется процентом правильности действий.
При коротком замыкании на защищаемом элементе устойчивость функционирования характеризуется чувствительностью и устойчивостью быстроты срабатывания. Под чувствительностью релейной защиты понимаются ее способность реагировать на возможные повреждения минимальных режимах работы системы электроснабжения, когда изменение воздействующей величины минимально. Обычно стремятся сделать защиту возможно более чувствительней, сохраняя ее селективность, что и ставит практичный предел возможной чувствительности релейной защиты. Чувствительность релейной защиты оценивается коэффициентом чувствительности. Коэффициент чувствительности – отклонение между значением воздействующей величины при металлическом коротком замыкании в защищаемой зоне и установленном на защите значениям параметра ее срабатывания. Коэффициент чувствительности – определяется отношением минимального значения входного воздействия величины к установленному значению параметра.
Селективность - высшее свойство защиты, обеспечивающее эффективное отключение только поврежденного элемента при КЗ. Селективность не исключает резервного действия при КЗ на других элементах. Селективность подразделяют на абсолютную и относительную:
- Абсолютная селективность защиты по принципу действия не может срабатывать при внешних КЗ. Поэтому защите не требуется выдержка времени, она не может выполнять функции резервирования, поэтому защиты с абсолютной селктивностью чаще всего применяются в качестве основных защит;
- Защиты с относительной селективностью могут срабатывать при внешних КЗ в режиме резервирования, но требуют для обеспечения согласования с защитами смежных элементов выдержки времени на срабатывание.
В целом селективность подразделяется по функциям защиты:
1. Селективность срабатывания при внутренних КЗ: - защитоспособность; - быстрота срабатывания: - повышает устойчивость работы параллельных генераторов и увеличивает пропускную способность линий; - уменьшает влияние снижения напряжения на работу потребителей; - уменьшает размеры разрушения элементов токами КЗ; - повышает эффективность АПВ;
2.Селективность срабатывания при внешних КЗ; 3.Селективность несрабатывания без КЗ.
Быстродействие — это свойство релейной защиты, характеризующее скорость выявления и отделения от электроэнергетической системы повреждённых элементов. Показателем быстродействия является время срабатывания защиты — это интервал времени от момента возникновения повреждения до момента отделения от сети повреждённого элемента.
Селективность (избирательность) — свойство релейной защиты, характеризующее способность выявлять поврежденный элемент электроэнергетической системы и отключать этот элемент только ближайшими к нему выключателями. Это позволяет локализовать повреждённый участок и не прерывать нормальную работу других участков сети.
Чувствительность — это свойство, характеризующее способность релейной защиты выявлять повреждения в конце установленной для неё зоны действия в минимальном режиме работы энергосистемы. Другими словами, — это способность чувствовать те виды повреждений и ненормальных режимов, на которые она рассчитана, в любых состояниях работы защищаемой электрической системы. Показателем чувствительности выступает коэффициент чувствительности, который для максимальных защит (реагирующих на возрастание контролируемой величины) определяется как отношение минимально возможного значения сигнала, соответствующего отслеживаемому повреждению, к установленному на защите параметру срабатывания (уставке).
Надёжность — это свойство, характеризующее способность релейной защиты действовать правильно и безотказно во всех режимах контролируемого объекта при всех видах повреждений и ненормальных режимов для действия при которых данная защита предназначена, и не действовать в нормальных условиях, а также при таких повреждениях и нарушениях нормального режима, при которых действие данной защиты не предусмотрено. Иными словами, надежность — это свойство релейной защиты, характеризующее ее способность выполнять свои функции в условиях эксплуатации, ремонта, хранения и транспортировки. Основные показатели надёжности — время безотказной работы и интенсивность отказов (количество отказов за единицу времени).
Функциями релейной защиты является срабатывание при повреждении защищаемого элемента системы электроснабжения (внутренние повреждения) и не несрабатывания при коротком замыкании за пределами этого элемента (внешнее короткое замыкание), а так же в нормальных режимах. (Полное описание внутри).
Релейная защита (РЗ) - часть электрической автоматики, предназначенная для выявления и автоматического отключения поврежденного электрооборудования.
Обычно в электрической части энергосистемы термины "Повреждение" и "Короткое замыкание" являются синонимами, хотя, строго говоря, это не совсем так. Короткое замыкание всегда является повреждением, а повреждение не всегда является коротким замыканием. Например, обрыв фазы - это повреждение, но не короткое замыкание. В дальнейшем мы будем считать термины "Повреждение" и "Короткое замыкание" синонимами, если это не будет оговорено особо.
В виде исключения к устройствам РЗ относятся некоторые устройства, предназначенные не для выявления и отключения поврежденного электрооборудования, а для выявления ненормальных режимов работы электрооборудования (например, защита от перегрузки трансформатора).
Кроме того, в некоторых случаях, не требующих быстрого автоматического отключения поврежденного оборудования, устройства РЗ могут действовать не на отключение, а на сигнал (например, защита от замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью).
Свое название релейная защита получила от названия основного элемента схем защиты – реле. Историки утверждают, что реле впервые было разработано и построено русским ученым Павлом Шиллингомв 1830 -1832 гг. Это реле составляло основную часть вызывного устройства в разработанном им телеграфе. Позже этот электрический аппарат получил название реле.
История развития релейной защиты
В 1888 г. выдающийся русский электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский, которому принадлежит много работ и изобретений в разных областях электротехники, изобрел систему трехфазного тока. Вскоре под его руководством впервые в мире была осуществлена передача электрической энергии токами высокого напряжения (15 кВ) на большое расстояние. Это было важным событием в истории электроэнергетики, и системы трехфазного тока вскоре получили широчайшее применение. Однако их эксплуатация, как и других электрических систем, невозможна без защит от электрических повреждений, наиболее опасным из которых является КЗ.
В отрасли релейной защиты термином реле обычно обозначают автоматически действующее устройство, производящее скачкообразное изменение (релейное действие) в управляющей системе при заданном изменении контролируемых параметров. Так, например, реле максимального тока при увеличении тока в контролируемой цепи (куда включена токовая обмотка этого реле) до заданного значения, называемого током срабатывания, замыкает своими контактами управляемую цепь. В релейной защите применяются реле тока и напряжения, тепловое реле, реле сопротивления, индукционное релеи другие.
В электрической системе КЗ обычно сопровождаются резким возрастанием тока. Поэтому первыми появились токовые защиты, действующие в случае, когда ток в защищаемом элементе превышает заранее установленное значение.
Первые попытки использования реле для защиты от коротких замыканий относятся к началу 1890-х годов, когда появились электроустановки с первичными электромагнитными реле тока прямого действия, установленными непосредственно на выключателях.