ЗАЩИТА ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
Действие защиты может быть направлено на предупреждение выхода электрооборудования (линии) из строя или предотвращения последствий уже возникшей неисправности.
В качестве примера для первого случая можно привести такое устройство как реле напряжения, отключающее электрооборудования при выходе напряжения электросети за установленные пределы, причем как в сторону увеличения, так и уменьшения.
Во втором – это будет автоматический выключатель, отключающий электропроводку при возникновении короткого замыкания.
Другие виды рассматриваемого оборудования обеспечивают защиту жизни и здоровья людей, например от поражения электрическим током. Это устройства защитного отключения (УЗО) и дифавтоматы. Последние, кстати, защищают как от замыкания, так и перегрузок по току.
ВИДЫ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ РАЗЛИЧНЫХ ЗАЩИТ
Не претендуя на абсолютную полноту изложения рассмотрю основные способы, используемые для предотвращения аварийных режимов работы электрических установок.
Обнаруживает сверх токи в линии (превышающие номинальные значение в несколько раз). Срабатывает практически мгновенно и отключает участки или оборудование в которых возникла неисправность.
- на линиях электропередач;
- в домашней электропроводке.
В первом случае применяется релейная защита, во втором – автоматические выключатели.
В ряде случаев превышение тока может быть недостаточным для срабатывания токовой отсечки. Тем не менее, режим работы незначительно выходит за пределы номинального, но тем не менее в такой ситуации возможен перегрев проводов, нарушение изоляции, как следствие замыкание, которое может привести к возгоранию (пожару).
Чаще всего для этих целей применяются тепловые расцепители, реагирующие на нагрев, протекающим через них повышенным сверх номинального током и приводящие в действие контакты, размыкающие цепь. Однако, возможно использование и других видов тепловых реле для обнаружения перегрева оборудования.
Отключение при этом происходит не мгновенно, а с некоторой задержкой, определяемой типом аппаратуры и ее времятоковыми характеристиками. Автоматические выключатели, помимо токовой имеют и тепловую защиту.
3. Дифференциальная.
Дифференциальная защита может использоваться для предотвращения от поражения током человека. Пример тому – УЗО и дифавтомат.
Существует еще немало видов защит: газовая, от отгорания нуля, перенапряжения, искрения и пр. Все они будут рассмотрены в отдельных материалах.
АППАРАТЫ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ И ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК
- коммутирующие, непосредственно осуществляющие выключение (включение) электрических цепей и электрооборудования;
- управляющие, которые формируют сигналы на управление другими коммутирующими устройствами;
- реле и регуляторы, использующие определенный алгоритм обработки контролируемых параметров.
Рассмотрение устройств защиты электрооборудования начнем с наиболее известных и привычных рядовому пользователю.
Автоматические выключатели.
Предназначены для защиты от токов коротких замыканий и, как правило, имеют дополнительной тепловые расцепители. Выпускаются для напряжение до 1 кВ и свыше 1000 В.
В первом случае применяются воздушные аппараты автоматической защиты, получившие название от принципа гашения дуги (в воздушной камере). Для высоких напряжений (свыше 1 киловольта) используются вакуумные, масляные ли наполненные инертным газом исполнения.
Могут использоваться в однофазных и трехфазных цепях. Во втором случае при неисправности даже в одной фазе отключаются все три.
Однофазные автоматы могут иметь одно направление (в разрыв включается только фаза) и два (разрываются фаза и ноль).
Устройства защитного отключения.
УЗО предназначены для отключения цепи при появлении утечек, вызванных, например, пробоем фазы на корпус электроприбора. В идеале требуют наличия заземления, которое само по себе также является средством защиты. При использовании УЗО его эффективность возрастает.
Тем не менее, защитные функции УЗИ может осуществлять и при отсутствии заземления оборудования. Все зависит от его схемы подключения.
Дифференциальные автоматы.
Совмещают в себе функции УЗО и автоматического выключателя. Дороже чем каждый из них по отдельности, но при определенных условиях являются более экономичными аппаратами защиты. Основные характеристики и порядок выбора рассмотрены здесь.
В промышленных масштабах используются также другие виды и аппараты защит.
Газовые реле.
Применяются для защиты силовых трансформаторов с масляной системой охлаждения. Позволяют обнаружить уменьшение уровня масла, его перегрев и закипание.
Система релейной защиты.
Предназначена для обнаружения коротких замыканий на участках линий электропередач и их отключения.
Плавкие предохранители.
Применяются для защиты трансформаторных подстанций. В зависимости от типа могут работать в различных диапазонах напряжений. Являются одноразовыми (невосстанавливаемыми) изделиями, но просты, надежны и дешевы.
- надежность;
- чувствительность.
- селективность;
- быстродействие.
Последние определяются условиями эксплуатации и задачами, стоящими перед защитой электрических линий и оборудования.
Устройства защиты электрической сети
К сожалению, в домашней электрической сети вполне возможна пожароопасная ситуация из-за перегрузки или короткого замыкания, в результате чего могут возникать значительные токи, приводящие к стремительному нагреванию проводов. Могут также происходить утечки тока на корпус оборудования и в строительные конструкции из-за разрушения изоляции проводов или ошибок при монтаже.
В наше время уже обычным явлением считаются колебания сетевого напряжения. Они могут возникать из-за включения мощных нагрузок, междуфазного замыкания или обрыва нулевого провода в сети. Иногда значения напряжения могут быть ниже допустимого уровня, а иногда они достигают значений свыше 400 В. Более опасными являются отклонения напряжения в большую сторону. Именно это приводит к поломке дорогостоящей бытовой техники и созданию аварийных ситуаций. Следует учитывать также и возникновение в воздушной линии электропередач импульсов высокого напряжения, возникающих из-за грозовых разрядов. Их величина может достигать нескольких тысяч вольт, а длительность — в несколько микросекунд.
Для защиты внутренней домашней сети и электрического оборудования от так называемого плохого электричества применяются защитные устройства, которые можно разделить на три группы.
К первой группе относятся плавкие предохранители и автоматические пробки, автоматические выключатели. Эти приборы защищают сеть от повышенных токов перегрузки и короткого замыкания.
Устройства, которые относят ко второй группе, разрывают электрическую цепь сразу же при возникновении токов утечки. Это — устройства защитного отключения (УЗО) и дифференциальные автоматы.
Третью группу составляют приборы, защищающие сеть от перепадов напряжения, а также от импульсных скачков перенапряжения. Такими надежными устройствами являются реле напряжения (РН) и устройства защиты от импульсных перенапряжений на основе варисторов (УЗИП).
За редким исключением все защитные приборы монтируются в распределительных щитах прямо на вводе в дом и позволяют надежно защитить домашние электрические сети и приборы от аварий, а человека от поражения электрическим током.
Наиболее распространенные аварийные ситуации:
- утечки тока на отдельных участках цепи или внутри оборудования, вызванные повреждением изоляции;
- короткое замыкание и перегрузка сети сверх нормы, допустимой для данной проводки, по причине подключения мощных приборов;
- кратковременные импульсные напряжения большой величины, возникающие, как правило, из-за грозовых разрядов;
- значительные колебания сетевого напряжения из-за аварий во внешней сети.
Плавкие предохранители
Простейшим устройством защиты от короткого замыкания или перегрузки является плавкий предохранитель, который устанавливается в несгораемый корпус, называемый электрической пробкой. Он работает следующим образом: при увеличении значения электрического тока в цепи выше номинального тонкая проволока предохранителя расплавляется и разрывает электрическую цепь, защищая проводку от перегрева и возгорания. После этого плавкий элемент пробки требует замены. Следует знать, что плавкие предохранители не всегда могут защитить человека от поражения электрическим током, так как они имеют относительно длинное время срабатывания на короткое замыкание. В бытовой сети коттеджа или квартиры применяются плавкие предохранители, рассчитанные на силу тока от 10 до 32 А.
Пробки автоматические
Пробка автоматическая (ПАР), предназначенная для защиты электрических сетей от перегрузок и коротких замыканий, по способу установки идентична обычной пробке и взаимозаменяема с нею. Но пробка-автомат является многоразовым устройством и не требует замены. Она оснащена тепловым расцепителем с биметаллической пластинкой. При нагреве под действием проходящего через пластину большого тока пластина выгибается и приводит в действие механизм расцепления. Факт отключения легко обнаруживается по положению белой кнопки.
Основным недостатком автоматической пробки является достаточно продолжительное время срабатывания при небольших перегрузках, что вообще характерно для тепловых расщепителей. В бытовых сетях используются пробки, рассчитанные на номинальный ток от 16 до 32 А.
Выключатели автоматические
Для разрыва цепи, если сила тока в ней вдруг превысила допустимую величину, предназначены автоматические выключатели. Таким образом они защищают электропроводку от перегрева при коротких замыканиях и перегрузках.
Современные автоматические выключатели оснащены как тепловым, так и электромагнитным расцепителями, что позволяет гарантированно защитить электрическую цепь при любой аварийной ситуации. В случае медленного возрастания тока до трех номиналов срабатывает тепловая защита.
В силу своей некоторой инерционности тепловая защита не реагирует на кратковременные скачки тока, что позволяет избежать ложных срабатываний при возникновении пусковых токов. А электромагнитный расцепитель обладает мгновенным действием, он защищает сеть от больших токов короткого замыкания. Электромагнитный расщепитель представляет собой катушку с подвижным сердечником. Быстро растущий ток создает сильное магнитное поле, втягивающее сердечник, что и обеспечивает разрыв цепи. При этом электрическая дуга, которая возникает между контактами при расцеплении, гасится в специальной камере.
Каждый автоматический выключатель имеет свои технические характеристики. Это — величина номинального тока, класс автомата, его отключающая способность и токоограничение. Этими характеристиками следует пользоваться при подборе автомата для конкретного участка электрической
сети с учетом его параметров и назначения.
Автоматические выключатели бывают однополюсные, двухполюсные, трехлолюсные и четырехполюсные. Когда возникает аварийная ситуация, все их полюса отключаются одновременно.
Однополюсные автоматы 1P устанавливаются на разрыв фазного провода. В домашней сети они используются для защиты отдельного участка цепи с однофазными потребителями.
Двухполюсные автоматы 2Р — по сути, два однополюсных автомата в одном корпусе. Они соединены между собой общим рычагом снаружи и внутренним блокирующим устройством внутри. На обоих полюсах имеются тепловые и электромагнитные расцепители. Для обеспечения синхронного отключения фазы и нуля служат общий рычаг и внутреннее блокирующее устройство. Их устанавливают на вводе однофазной сети или для защиты проводки отдельной группы с мошной нагрузкой — сварочные аппараты, электрические плиты.
Двухполюсные автоматы 1P+N применяют для защиты групп освещения и групп розеток. В этом автомате нулевой полюс не имеет собственных расцепителей, он работает синхронно с фазным, как обычный выключатель, разрывающий цепь нуля. Такой автомат обычно обозначается символом N на корпусе. Подобные устройства используют в основном при подключении на полюс N приборов сигнализации и автоматики, указывающих на состояние фазного полюса: вкл. I или откл. 0.
Трехполюсные автоматы имеют тепловые и электромагнитные расцепители на всех полюсах. Практически — это три однополюсных автомата в одном корпусе, которые одновременно разрывают все три фазы при аварийной ситуации, возникающей даже на одной фазе. Их применяют в сети трехфазного тока для зашиты проводки, ведущей к трехфазным потребителям.
Четырехполюсные автоматические выключатели устроены так, что способны одновременно размыкать и три фазы, и нулевой провод. Их устанавливают на вводе трехфазной сети.
Устройства защитного отключения
Устройство защитного отключения (УЗО) предназначено для отключения цепи в случае появления токов утечки, дифференциальных токов. Таким образом, при достижении дафферетшалъкым током определенного значения УЗО срабатывает и размыкает цепь. Уго означает, что УЗО предназначено для зашиты людей от поражения электрическим током, оно же предотвращает возгорание, вызванное замыканием на землю или на корпус электроустановки. Эти функции не выполняются обычными автоматическими выключателями, реагирующими лишь на перегрузку или короткое замыкание.
Устройства защитного отключения в зависимости от характера нагрузки в защищаемой сети подразделяются на следующие типы: АС, А, В, S, G. В бытовых сетях чаще всего используются УЗО типов АС и А. УЗО могут быть однофазными и трехфазными. В однофазных устройствах сравниваются токи фазы и нуля, а в трехфазных УЗО — уже суммы токов фаз с током в нулевом проводе.
По конструкции УЗО могут быть как электронными, так и электромеханическими.
Дифференциальные автоматические выключатели
Можно сказать, что дифференциальный автоматический выключатель — это УЗО и автоматический выключатель в одном корпусе. Подбор этого устройства достаточно прост, так как в этом случае все параметры уже учтены изготовителем. Подбирается оно по номинальному току и суммарному току утечки. Номинальный ток дифференциальных автоматов выбирается из ряда 6, 8,10,13, 16, 20, 25, 32, 40, 63, 80, 100, 125 А. Ток утечки принимается, исходя из особенностей защищаемого участка цепи. На рисунке показан дифференциальный автомат класса С с номинальным током в 25 А и током утечки 30 мА.
Дифференциальные автоматы устанавливают, как правило, для защиты отдельной цепи с мощным потребителем, например электроплитой.
Устройства защиты от перенапряжений
Устройства зашиты от импульсных перенапряжений (УЗИЛ) предназначены для предотвращения повреждений бытовой техники в случае мощных импульсных перенапряжений, вызванных авариями в питающей сети или же грозовыми разрядами. Устройства такого типа могут называться еще и ограничителями перенапряжений (ОП). Как правило, они изготовлены на базе разрядников или варисторов и часто имеют индикаторные устройства, сигнализирующие о выходе ОП из строя. Обычно ограничители перенапряжений на базе варисторов изготавливаются с креплением на DIN-рейку и монтируются в распределительном щите после УЗО, причем с обязательным заземлением. Только при правильном подключении обеспечивается срабатывание УЗО при возникновении тока утечки. Сгоревший варистор можно заменить, просто вытащив модуль из корпуса ОП и установив новый.
Для дополнительной защиты каждого прибора его можно включить в сеть через удлинитель, имеющий сетевой фильтр. В его конструкцию включены варисторы, которые подавляют импульсные скачки напряжения.
Варисторы представляют собой полупроводниковые резисторы, в которых используется эффект уменьшения сопротивления полупроводникового материала при увеличении прилагаемого напряжения. Эти устройства являются наиболее эффективным и дешевым средством зашиты от импульсных напряжений любого вида. Варистор включается параллельно защищаемому оборудованию, при нормальной эксплуатации он находится под действием рабочего напряжения защищаемого устройства. В рабочем режиме варистор представляет собой изолятор, поэтому и не пропускает ток. При возникновении же импульса напряжения сопротивление варистора резко уменьшается и через него кратковременно может протекать ток силы, достигающий нескольких тысяч ампер. После гашения импульса напряжения варистор вновь превращается в изолятор.
Контактор — это коммутационный аппарат, который управляется выключателем, реле, таймером или каким-либо другим датчиком. Сам он не обладает защитными функциями, но эффективно работает в паре с реле напряжения или другим датчиком, обеспечивая своевременное отключение сети. Он позволяет включить/выключить нагрузку, с которой электронные реле, рассчитанные на сравнительно небольшой ток, самостоятельно справиться не могут.
Контакторы бывают как однофазными, так и трехфазными.
Основными параметрами, по которым выбирают эти приборы, являются:
- номинальный рабочий ток;
- номинальное рабочее напряжение сети;
- напряжение катушки управления;
- количество/вид дополнительных контактов.
Сегодня контакторы являются незаменимым элементом такой многофункциональной системы, как «Умный дом».
Стабилизаторы
Для защиты электрической цепи от колебаний напряжения часто используют стабилизаторы напряжения. Перед тем как сделать выбор стабилизатора напряжения, необходимо определить недостатки питающей электросети и диапазон колебаний напряжения. Основными же параметрами, на которые необходимо обратить внимание при выборе стабилизатора напряжения, являются количество фаз, выходная мощность, диапазон входных напряжений, быстродействие. Здесь же нужно учесть и условия эксплуатации.
Выходная мощность стабилизатора определяется по суммарной мощности защищаемых приборов. Важнейшей характеристикой стабилизатора, гарантирующей надежность устройства, является его способность выдерживать максимальные перегрузки в сети в течение определенного промежутка времени.
Стабилизаторы напряжения небольшой мощности предназначены для защиты отдельных электроприборов, наиболее чувствительных к скачкам напряжения. Они подключаются к сети при помощи вилки и на выходе имеют одну или даже нескольких розеток. Дополнительная функция стабилизатора напряжения — возможность получения выходного напряжения, отличного от 220 В.
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.
- выявляет точку КЗ, локацию поломки;
- быстро обеспечивает автоотключение, отделяет оснащение с небезопасным фактором, опасный сегмент от рабочих конструкций, сетей;
- фиксирует неполадку и сообщает о ней, предупреждает о возможности аварии;
- создает выдержку перед деактивацией, если это необходимо.
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:
- регулировка задействования генераторов, синхронных моторов (АРВ);
- для выключателей (АУВ), для резервирования их отказов (УРОВ);
- контроль позиций переключателей ТТ (АРНТ);
- настраивание дугогасящих обмоток (АРК), статконденсаторов;
- трансформаторное охлаждение;
- наладка (синхрон) генераторов;
- частотный старт гидрогенераторов (АЧП);
- выявление мест неполадок цепей (ОМП).
- режимная:
- частотн. разгрузка (АЧР)
- задействование деактивированных АЧР систем (ЧАПВ);
- авторегулирование частоты и действующей мощности (АРЧМ);
- авторазгрузка по напряжению (ДАРН); по току (ДАРТ);
- разгрузка;
- исключение ассинхрона, повышения напряжения;
- балансировочная.
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:
- ложные тревоги при исправной ЭУ и сети;
- ненужные активации, например, когда сработка исполнительных узлов излишняя;
- повреждения конструкции РЗ.
ПУЭ и связанные нормативные акты предъявляют требования, с помощью которых исключается перечисленное выше (касаются проекта, монтажа, настройки и запуска, техобслуживания):
- соблюдение по классам, уровням надежности;
- чувствительность;
- быстрота сработки;
- селективность — обеспечение уровней активации защиты в правильном порядке. Этот параметр тесно связанный с предыдущими двумя.
Надежность
Определяется такими характеристиками:
- безотказностью;
- соблюдением количества заложенных при создании РЗ циклов сработки;
- ремонтопригодностью;
- продолжительностью службы, сохраняемость. Ее должен гарантировать производитель, конструктор согласно ТУ (которая обязательно согласовывается с ГОСТами, ПУЭ) продукции. Изделие должно иметь паспорт и сертификат.
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 < Iкз min. Наиболее оптимальная чувствительность (коэфф.) — 1.5–2.
Быстродействие
Быстрота обесточивания имеет 2 составляющие:
- сработка защитных алгоритмов с командой на нижеуказанный узел;
- задействование привода выключателя.
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:
- поясняющая;
- цепи:
- измерений (тока, напряжений);
- механизма выключателя;
- задействованного тока (оперативного), в том числе питание терминала;
- сигнализации;
- выходные, в том числе ТС и резерва;
- АСУ;
- вспомогательные (обогрев, свет, розетки и пр.);
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:
- в токовых цепях — неправильная полярность при подсоединении ТТ к терминалу;
- цепи привода — взвод (готовность к активации). Может быть неправильное смыкание, разомкнутость. Надо проверять сопоставляя с алгоритмом терминала;
- цепи оперативных токов — ключи контроля, режима управления (МУ/ДУ);
- цепи дуговой защиты, конструкции с генерированием особенно подвержены таким сложным ошибкам.
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.
Виды защит в электрических цепях
При нарушении нормального режима работы электропривода для исключения выхода из строя электрооборудования и повышения надежности работы схемы в них применяется электрическая защита.
В схемах электропривода применяется следующие виды защит:
Нулевая защита обеспечивает защиту от самозапуска двигателей при чрезмерном понижении или кратковременном исчезновении питающего напряжении сети.
Защита осуществляется линейными контакторами переменного тока и магнитными пускателями и автоматическими выключателями.
При управлении от командоаппарата применяют реле защиты по напряжению.
Рис. Узлы схем нулевой защиты двигателей переменного и постоянного тока с помощью линейных контакторов (а) и реле напряжения (б-г) Рис. Узлы схем нулевой защиты двигателей переменного (а) и постоянного (б) тока с помощью автоматического выключателя QF с минимальным расцеплением
Максимально-токовая защита – от к.з.
Осуществляется плавкими предохранителями, максимальными токовыми реле, автоматическими выключателями.
Рис. Узлы схем максимально-токовой защиты двигателей переменного (а) и постоянного (б) тока, а также цепей схемы управления (в), осуществляемой плавкими предохранителями 
Рис. Узлы схем максимально-токовой защиты двигателей переменного (а) и постоянного (б) тока и схемы управления (в), осуществляемой автоматическими выключателями с максимально-токовым расцепителем
Тепловая защита – защита от перегрузок.
Осуществляется электротепловыми реле, максимально-токовыми реле и автоматическими выключателями с тепловыми расцепителями.
Защита действует на отключения двигателя от питающей сети и при последующем включении требует вмешательства оператора.
Рис. Узлы схем тепловой защиты двигателей переменного (а, б) и постоянного (в) тока, осуществляемой тепловыми реле FR с воздействием на линейный контактор (г) и реле напряжения (д) При работе в ПКР, когда характеристики нагрева реле и двигателя различны, его защиту от перегрузок следует осуществлять с помощью максимально-токовых реле. Ток уставок реле применяется в зависимости от допустимой перегрузки двигателя по отношению к номинальному току двигателя.
Часто такую защиту используют для защиты АД от перегрузок и работе на двух фазах, тогда ток реле принимается из условия
где I 2ф, I 3ф – ток двигателя при работе на двух и трех фазах
Так как ток уставки ниже пусковых токов, то на время пуска контакты реле тока шунтируются контактами реле времени КТ.