Релейний захист та автоматизація електроенергетичних систем — для чого це потрібно?

23

Зміст

  • 1 Релейний захист та автоматика
    • 1.1 Сучасні вимоги для системи релейного захисту та автоматики
  • 2 Органи і види релейного захисту
  • 3 Призначення релейного захисту — ТОЕ, РЗА
    • 3.1 Основне призначення релейного зачиты
    • 3.2 Додаткове призначення релейного захисту
  • 4 Вимоги до релейного захисту
  • 5 Наладка (настройка) пристроїв релейного захисту (РЗА)
    • 5.1 Пристрої релейного захисту РЗА
    • 5.2 Причини і наслідки несправностей РЗА
    • 5.3 Налагодження пристроїв релейного захисту та автоматики систем електропостачання
    • 5.4 Нормативні документи
  • 6 Релейний захист та автоматизація електроенергетичних систем
    • 6.1 Основні спеціальні дисципліни
    • 6.2 Можливі сфери діяльності випускників

Добрий день, друзі. Релейний захист простою мовою — це сукупність пристроїв запобіжників від впливу електрики. Незважаючи на численні зміни та коригування систем захисту з часів винаходу першої — принцип у них залишився один — принцип реле. Ці пристрої відстежують частоти і інші параметри мережі і при стрибку енергії або появи критичної ситуації — спрацьовують, змінюючи своє положення в цілях комутації мережі. Як правильно створювати релейну захист для різної техніки і пристроїв, що пропускають велику кількість струму, що буде описано в статті. Приємного читання.

Релейний захист і автоматика

Релейний захист призначена для виявлення та оперативного відключення електрообладнання, яке вийшло з ладу.

Електричні установки можуть піддаватися:

  • механічних пошкоджень,
  • перевантажень,
  • замикання в мережі.

Також в результаті поломки в трансформаторі може бути витік газу.

У зазначених випадках не варто негайно відключати обладнання, так як дані несправності не представляють особливої небезпеки.

Сучасна релейний захист і автоматика виявить будь-які порушення в роботі установок і подасть попереджувальний сигнал обслуговуючому персоналу.

Повітряні і кабельні лінії електричних мереж особливо схильні до пошкоджень, так як мають велику протяжність. Також на них впливають наступні фактори:

  • грозові удари,
  • сильні вітри,
  • забруднення ізоляторів,
  • ожеледь та ін.
  • Кабельні лінії, які проходять через землю, можуть псуватися через:

    • замерзання землі,
    • опади грунту,
    • при веденні земляних робіт,
    • корозії оболонок кабелю.

    Вищевказані фактори можуть викликати коротке замикання фаз, тому для швидкого реагування і відключення пошкоджених ліній необхідно зупинити дану установку.

    Перевірка і налагодження релейного захисту проводиться при введенні в експлуатацію окремого приєднання до конструкції на діючому об’єкті. Все це необхідно для:

  • точної оцінки справності апаратури,
  • правильності всіх схем з’єднань,
  • регулювання реле,
  • перевірки працездатності всієї конструкції РЗА.
  • Сучасні вимоги для системи релейного захисту та автоматики

    Швидкодія – це властивість РЗ, яке характеризує швидкість виявлення пошкоджених елементів. Воно вимірюється інтервалом часу від моменту виникнення поломки до моменту ізолювання пошкодженого елемента.

    Чутливість РЗ дозволяє виявляти поломку в кінці встановленої для неї зони дії у самому низькому режимі роботи енергосистеми.

    Джерело: http://energo-sg.ru/uslugi/relay-protection-and-automatics/

    Органи та види релейного захисту

    Як відомо, релейний захист призначена для швидкого автоматичного відключення несправних або пошкоджених елементів електричної системи та своєчасної сигналізації про відхилення від нормального режиму роботи, але не вимагають негайного відключення.

    Всі функції релейного захисту виконуються наступними органами:

  • Реле контролю і захисту.
    Пускові органи ведуть постійний моніторинг стану та режиму роботи захищається ділянки електричної мережі і спрацьовують при виникненні коротких замикань і ненормальних режимах роботи. В електричних схемах реалізуються у вигляді струмових реле, реле струму, напруги, потужності та ін
  • Завданням вимірювальних органів є виявлення місця, характеру пошкоджень і своєчасного прийняття рішення про необхідність дії захисту. В електричних схемах реалізуються у вигляді струмових реле, реле струму, напруги, потужності та ін
  • Логічна частина являє собою схему, яка запускається в роботу пусковими органами, проводить аналіз дій вимірювальних органів і, на основі отриманих даних виконує передбачені протоколом чинності. В електричних схемах реалізуються у вигляді таймерів, логічних елементів, проміжних і вказівних реле.
  • Для попередження перевищення величини струму на закритому ділянці електричної мережі використовується струмовий захист. Це один з варіантів релейного захисту, що спрацьовує при перевищенні величини струму на закритому ділянці мережі, по відношенню до струму спрацьовування або уставці. Прийнято розрізняти максимальний струмовий захист і струмову відсічку.

    Максимальна струмовий захист (МТЗ) виконується таким чином, що б її величина струму спрацьовування перевищувала максимальний робочий струм не менше ніж 1,2 – 2 рази ( з урахуванням коефіцієнтів надійності, повернення і самозапуску реле ). Це дозволить виключити можливість помилкового спрацьовування релейного захисту в умовах нормальної роботи мережі.

    Величина уставки за часом спрацьовування релейного захисту відрізняється від попередньої і наступної на величину ступеня селективності ∆t 0,2 – 1 секунд. Така настройка дозволяє першої спрацювати релейного захисту, яка найближче розташована до місця КЗ, а в разі відмови першої, спрацює попередня, але через проміжок часу, що дорівнює порогу селективності.

    Важливою характеристикою МТЗ прийнято вважати її коефіцієнт чутливості. Його визначають як відношення величини струму міжфазової КЗ до величини фактичного струму спрацьовування захисту. ПУЕ визначає цю величину не менше 1,5.

    Струмова відсічка ( ТО ) – це варіант швидкодіючої релейного захисту, що спрацьовує без затримок часу, робота якої спрямована на вимкнення найбільш важких варіантів КЗ. Коефіцієнт надійності застосовуваних реле визначає величину кратності струму спрацьовування в 1,1 та 1,2 по відношенню до величині розрахункового струму трифазного КЗ. Отже, зона впевненого дії струмового відсічення покриває лише 20 % всієї лінії, що захищається.

    Така обмеженість зони дії є істотним недоліком роботи. Такий стан справ призвів до того, що ТО застосовується тільки спільно з МТЗ в якості другого ступеня.

    Робота захисту мінімальної напруги ( ЗМН ) заснована на контролі величини напруги між фазами. При виході з ладу хоча б однієї фази рівність напруг між фазами порушується спрацьовує механізм відключення і як наслідок відключається напруга живлення.

    Газова захист встановлюється з метою захисту маслонаповнених трансформаторів від внутрішніх пошкоджень. При виникненні КЗ усередині трансформатора закипає масло і починається посилене виділення газів, що веде до підвищення тиску, що в кінцевому підсумку може призвести до виходу трансформатора з ладу.

    Гази направляються через реле, і під їх тиском повертається чутливий елемент, що веде до замикання контактів. Далі вступає в роботу типова схема на відключення трансформатора.

    Диференціальну захист прийнято вважати основний автоматизацією релейного захисту трансформаторів і автотрансформаторів. Вона характеризується абсолютною селективністю і швидкодією.

    Принцип дії релейного захисту такого типу заснований на порівнянні величин струмів, наприклад, на різних кінцях ділянки, що захищається. Як тільки на захищеного ділянці виникне струм КЗ, відразу сформується різницевий струм і спрацює система відключення. Недоліком служить необхідність відключення відразу після спрацювання.

    Таким чином, види та органи релейного захисту дозволяють визначити місце виникнення КЗ і інших позаштатних станів електричної мережі, своєчасно локалізувати пошкоджену ділянку і виключити його з роботи.

    Джерело: http://fidercom.ru/elementy-elektricheskix-cepej/organy-i-vidy-relejnoj-zashhity.html

    Призначення релейного захисту — ТОЕ, РЗА

    У своєму розвитку РЗ пройшла п’ять етапів:

    • захисту за допомогою запобіжників;
    • захисту з використанням електромеханічних реле;
    • захисту на основі дискретних напівпровідникових елементів;
    • захисту на основі аналогових електронних мікросхем;
    • мікропроцесорні захисту.

    Основне призначення релейного зачиты

    При проектуванні й експлуатації електричної системи необхідно враховувати вірогідність виникнення аварій, які в першу чергу можуть призвести до виходу з ладу дорогостоющего обладнання, що, крім усього іншого, супроводжується недоотпуском електроенергії споживачам, неприпустимим погіршенням її якості і тягне за собою додаткові втрати коштів на компенсації споживачам.

    Аварії виникають внаслідок обриву і схлестывания проводів, помилки обслуговуючого персоналу, старіння обладнання, заводських дефектів або забруднення ізоляції. Електрична дуга в місці короткого замикання здатна викликати пережоги, оплавлення і руйнування електрообладнання.

    Ступінь руйнування залежить від струму в дузі і від часу її існування. Щоб КЗ не викликало великого збитку, пошкоджене електрообладнання необхідно якомога швидше відключити.

    Цілком очевидно, що людина обслуговує установку, не в змозі за такий короткий час відреагувати на виникнення пошкодження і усунути його. Тому електричні установки забезпечуються спеціальними електричними автоматами – релейним захистом.

    Щоб КЗ не викликало великого збитку, пошкоджене електрообладнання необхідно якомога швидше відключити, що і являє собою основне призначення релейного захисту.

    Додаткове призначення релейного захисту

    До ненормальних режимів відносять, насамперед, перевантаження, коротке замикання на землю в мережі з ізолюючою нейтраллю однієї фази, зниження або підвищення напруги відносно граничних нормативних значень, гойдання в енергосистемі, пониження рівня масла в трансформаторі, виділення в ньому газу та ін.

    У таких випадках пошкодження не загрожує негайним знищенням об’єкта, що захищається, не порушує безперервності електропостачання і не представляє загрози за умовами техніки безпеки, пристрої захисту можуть діяти не на відключення, а на сигнал, застережливий черговий персонал про несправність що являє собою додаткове призначення релейного захисту.

    Джерело: http://elekt.com.ua/rza/relejnaja-zashhita/naznachenie-relejnoj-zashchity.html

    Вимоги до релейного захисту

    Селективність – здатність відключати тільки пошкоджену ділянку мережі.

    Основна умова для забезпечення надійного електропостачання споживачів.

    Швидкодія – головна умова для збереження стійкості паралельної роботи генераторів. Зменшується час зниження напруги у споживачів, підвищується ефективність АПВ, зменшується збиток для обладнання.

    Критерій – залишкове напруга не менше 60 % від номінального. Крім того, потрібно враховувати і час спрацьовування вимикачів:

    tоткл=t+tв, (1.1)

    де t – час дії захисту,

    tв – час відключення вимикача – 0,15…0,06 с.

    Швидкодіючої вважається захист, має діапазон спрацювання – 0,1…0,2 с, найбільш швидкодіючі – 0,02…0,04 с.

    У ряді випадків вимога швидкодії є визначальним.

    Швидкодіючі захисту можуть бути і неселективними, для виправлення неселективности використовується АПВ.

    Чутливість – для реагування на відхилення від нормального режиму.

    Резервування наступного ділянки – важлива вимога. Якщо захист за принципом своєї дії не працює за межами основної зони, ставлять спеціальну резервну захист.

    Чутливість захисту повинна бути такою, щоб вона діяла при КЗ в кінці встановленої зони дії в мінімальному режимі системи.

    Чутливість захисту характеризується коефіцієнтом чутливості кч:

    де Ік.мін – мінімальний струм КЗ,

    Іс.з – струм спрацьовування захисту.

    Надійність. Захист повинен безвідмовно працювати при КЗ в межах встановленої для неї зони і не повинна помилково спрацьовувати в режимах, при яких робота не передбачається.

    Джерело: http://pue8.ru/relejnaya-zashchita/238-trebovaniya-k-relejnoj-zashchite.html

    Налагодження (настройка) пристроїв релейного захисту (РЗА)

    Релейний захист і автоматика налаштовується для спрацьовування в тому числі і від коротких замикань, а також перевантажень і пошкодження ізоляції. На жаль, при експлуатації електрообладнання неминучі позаштатні ситуації та пошкодження електромереж, тому настроювання релейного захисту має своєю метою не повністю усунути неполадки в електромережі, а звести їх до мінімуму.

    Пристрої релейного захисту РЗА

    В даний час терміном «реле» позначається широка група автоматичних приладів і пристроїв, використовуваних у релейного захисту, автоматики, телемеханіки, телефонії і інших галузях техніки. Ще в кінці xix сторіччя з’явилися перші плавкі запобіжники, які потім змінила електромеханічна і статична (аналогова) релейний захист.

    У нашій країні з початку 1990-хх років такі пристрої поступово замінюються цифровими. На даний момент більша частина пристроїв релейного захисту в Росії ще належить до техніки минулих поколінь, але на нових об’єктах або після реконструкції в переважній більшості випадків ставиться тільки цифрова релейний захист.

    Якісні цифрові пристрої релейного захисту випускаються як вітчизняним виробником, так і зарубіжними компаніями. З пристроїв російського виробництва можна відзначити кілька:

  • блок мікропроцесорного релейного захисту «БМРЗ» («Механотроніка» р. Санкт-Петербург);
  • «ШЕ» («Екрани» р. Чебоксари);
  • «Сіріус» («Радіус» р. Зеленоград).
  • Пристрої релейного захисту закордонного виробництва:

    • «Silirotec» («Siemens»);
    • «Seliam» («Schneider Electric»);
    • «SliAC», «REF» («ABB»).

    Грамотна налагодження релейного захисту також вимагає відповідного обладнання. Важливо, щоб налагодження релейного захисту проводили тільки кваліфіковані фахівці, що мають досвід роботи, і вміють якісно і в терміни виконати цю серйозну задачу.

    Причини і наслідки несправностей РЗА

    Нормовані значення і періодичність перевірок, вимоги до релейного захисту, основні методи налагодження РЗ, приклади розрахунку перераховані і описані в нормативних документах: РД «Інструкції з перевірки пристроїв релейного захисту», ПТЭЭП, ПУЕ 7-е изд. Гл. 1.8.

    РЗ. Вони визначають, що перш ніж електроустановка буде допущена до експлуатації, необхідно провести пусконалагоджувальні роботи, а для обладнання до 1000В необхідні приймально-здавальні випробування. Короткі замикання, пошкодження ізоляції і перевантаження виникають із-за ряду причин, деякі з них не піддаються прогнозуванню, – це дії персоналу, пробій або відшарування ізоляції, обрив проводів з-за природних явищ або антропогенних впливу, включення заземленого обладнання під напругу і так далі. Для того, щоб мінімізувати наслідки таких ситуацій і потребує налагодження релейного захисту після монтажу та перевірки релейного захисту в експлуатації.

    Для того, щоб зрозуміти принцип настроювання релейного захисту, необхідно знати, що відбувається під час короткого замикання. Зазвичай до місця короткого замикання підходять великі струми в десятки тисяч ампер протягом дуже малого часу. Вони викликають не тільки пробій, але і сильний нагрів і перегрів струмоведучих частин.

    У цьому випадку можливе займання ізоляції та виникнення пожежі електроустановки. Налагодження релейного захисту дозволяє автоматично відключити частину енергосистеми з тим, щоб знеструмити пошкоджену в результаті аварійної ситуації частина електроустановки або ділянка мережі. Правильно налаштована релейний захист своєчасним спрацьовуванням зменшує наслідки аварії, а також падіння напруги в іншій мережі, зупинку електродвигунів і генераторів, підключених паралельно, пошкодження технологічного обладнання.

    Автоматичні вимикачі 0,4 кВ теж відносяться до релейного захисту, при приймально-здавальних випробуваннях перевіряються їх характеристики перевантаження ( з витримкою часу) і відсіченні ( миттєво або з мінімальною витримкою часу). Спрацьовування апаратів захисту до 0,4 кВ дозволяє швидко відключити ушкоджена ділянка мережі і запобігти аварії без участі персоналу: в момент припинення подачі струму електрична дуга гасне, і інша частина електромережі працює в штатному режимі.

    Це, в свою чергу, запобігає збої в роботі основного обладнання, його псування і зупинку виробництва. Втрати підприємства при правильній налагодження релейного захисту мінімізуються.

    Короткі замикання – найбільш часто зустрічаються проблеми енергосистем, оскільки мають безліч різних причин. Також, виробляючи налагодження релейного захисту, необхідно враховувати, що можливі такі ситуації:

  • замикання на землю фази мережі з ізольованою нейтраллю;
  • перевантаження;
  • пониження рівня масла в розширнику трансформатора;
  • виділення газу в результаті розкладання масла в трансформатор і так далі.
  • Згідно з вимогою ПТЭЭП: «силове обладнання електростанцій, підстанцій та електричних мереж повинні бути захищені від коротких замикань і порушень нормальних режимів пристроями РЗА та електроавтоматики.

    Пристрої РЗА повинні бути постійно включені, крім пристроїв, що повинні виводитись з роботи відповідно до призначення і принципу дії, режимом роботи енергосистеми та умовами селективності. Пристрої аварійної і попереджувальної сигналізації повинні бути завжди готові до дії». Таким чином, можна зробити висновок, що другим призначенням системи релейного захисту є виявлення порушень режиму роботи електрообладнання та сигналізація про це персоналу, що знаходиться на відстані – у випадках, якщо персонал присутній, відключення за допомогою налагодженої релейного захисту також проводиться, але з затримкою часу, що дає можливість використовувати людський фактор.

    Налагодження пристроїв релейного захисту та автоматики систем електропостачання

    Нормативні документи встановлюють, що «налагодження пристроїв релейного захисту та автоматики систем электроснабженияпроводится підготовленими працівниками з числа електротехнічного персоналу, що мають кваліфікацію та досвід роботи.

    Робота здійснюється за затвердженим керівником підприємства методиками.

    На великому підприємстві у службі головного енергетика існують ділянки або групи релейного захисту, автоматики і телевимірювань. Якщо на підприємстві такої служби немає, налагодженням релейного захисту займається спеціалізована організація, яка має у штаті ліцензовану електролабораторії.

    Оперативний персонал повинен перевіряти РЗА згідно зі складеним графіком, шляхом візуального огляду та зчитування інформації з блоків релейного захисту. Якщо сигнали про несправності, аварії або помилки надходять регулярно, то перевірки і налагодження релейного захисту повинні проводитись регулярно; за відсутності такої можливості, викликаються сторонні оперативні виїзні бригади электролабораторий.

    Результати огляду заносяться в журнал релейного захисту і карти РЗА. У них повинні відображатися всі роботи, виконані за минулий після останнього огляду період, зміни в уставках, схемах, пристроях РЗА, знову введених або виведених з роботи, Також виробляються записи в оперативному журналі. Фіксуються всі зміни в електричних принципових схем вторинної комутації осередків.

    Відсутність виконавчої документації на пристрої РЗ, карт уставок у службі головного енергетика є серйозним порушенням вимог законодавства та НД в галузі енергетики і тягне покарання або великі штрафи. В експлуатації у споживача персонал проводить настроювання релейного захисту згідно ПТЭЭП: «проводиться перевірка на справність аварійної і попереджувальної сигналізації, сигналізації положення вимикачів, наявність напруги на шинах оперативного струму, всіх джерел постійного і змінного струму і режим роботи подзарядных пристроїв». В настроювання релейного захисту входить також перевірка опору ізоляції ланцюгів оперативного струму, наявність оперативного струму, справність запобіжників, справність джерел АВР, справності кіл керування вимикачами, ланцюгів сигналізації а також управління комутаційними апаратами. Важливо також перевірити «правильність положення автоматичних вимикачів, рубильників і інших комутаційних апаратів в схемі АВР та відповідність їх положень первинної схемою.

    Нормативні документи також дають перелік несправностей РЗА, які персонал може виправити самостійно. Це:

  • Включення автоматичних вимикачів або заміна плавких вставок в ланцюгах ТН або живлення пристроїв релейного захисту.
  • Вивід з роботи пристроїв РЗА при обриві ланцюгів відключення вимикача чи іншого комутаційного апарату, з подальшим виконанням диспетчером заходів, передбачених для приєднання, повністю відключене від релейного захисту;
  • Визначення місця пошкодження при появі у колах оперативного струму замикання на землю;
  • Відключення пристроїв, діючих на автоматичне включення вимикача, при пошкодженні випрямлячів, що живлять ланцюга включення електромагнітних приводів.
  • Нормативні документи

    Нормативні документи, відповідно до вимог яких проводиться настроювання релейного захисту:

    • ПУЕ 7-е видання розділ 1, гол. 1.8 « Норми приймально-здавальних випробувань»
    • РД 34.45-51.300-97 «Обсяг і норми випробувань електрообладнання»
    • Проектна документація на апаратуру і блоки релейного захисту.
    • ПТЭЭП
    • РД 34.35.302-90. «Типова інструкція по організації і виконання робіт в пристроях релейного захисту і електроавтоматики електростанцій і підстанцій».
    • РД 153-34.0-35.617-2001 «Правила технічного обслуговування пристроїв релейного захисту, електроавтоматики, дистанційного керування та сигналізації електростанцій і підстанцій 110-750кВ»
    • Е. С. Мусаэлян «Довідник з налагодження ЕО ЕС і ПС. Апаратура вторинних ланцюгів»
    • Чернобровов Н.В. «Релейний захист»
    • Какуевицкий Л. В. Крутицький А. Ю. «Довідник. Реле захисту і автоматики»
    • Методики перевірки Рза устройтсв

    Джерело: http://www.gorod812.com/ispytaniya-izmereniya-i-naladka/naladka-ustrojstv-relejnoj-zashchity-i-avtomatiki

    Релейний захист та автоматизація електроенергетичних систем

    Випускники даної спеціальності можуть працювати в службах релейного захисту і автоматики Об’єднаних диспетчерських управлінь енергосистем та електричних мереж, электролабораториях електричних станцій, енергетичних відділах великих промислових підприємств.

    Крім того, інженер-релейщик може працювати в спеціалізованих організаціях, які займаються монтажем та наладкою пристроїв релейного захисту, на заводах, що випускають електротехнічну промисловість, в проектних і науково-дослідних інститутах.

    Сучасні пристрої релейного захисту і автоматики виконуються на мікропроцесорної та напівпровідниковій техніці, служать для запобігання та усунення аварійних ситуацій в енергосистемах і підстанціях, що забезпечують нормальний режим їх роботи.

    Випускник даної спеціальності займається експлуатаційними перевірками, монтажем і наладкою пристроїв релейного захисту та автоматики ліній електропередачі всіх напруг, генераторів, трансформаторів, збірних шин і енергоблоків.

    Перевірка і налагодження захистів виконується з використанням персональних ЕОМ і ноутбуків за спеціальними програмами. Крім того інженер-електрик за даною спеціальністю займається проектуванням релейних захистів і автоматики обладнання електричних станцій, підстанцій і ліній електропередач.

    Основні спеціальні дисципліни

    Оволодіння спеціальністю сприяє вивчення таких курсів, як:

  • Релейний захист електроенергетичних систем;
  • Автоматика енергосистем електропостачання;
  • Основи проектування пристроїв релейного захисту та автоматики.
  • Для правильного вибору і для аналізу роботи пристроїв захисту і автоматики випускник повинен знати електрообладнання та головні схеми електричних станцій і підстанцій, чому сприяє вивчення курсів:

    • Електрична частина станцій і підстанцій;
    • Технічні засоби диспетчерського і технологічного керування (АСДК і АСУ ТП).

    Можливі сфери діяльності випускників

    Сфера діяльності випускників:

  • займається монтажем, налагодженням та перевіркою мікропроцесорних, напівпровідникових і електромеханічних пристроїв захисту та автоматики;
  • займається проектуванням і розрахунками складних релейних захистів і автоматики;
  • займається менеджментом і маркетингом в фірмах з виготовлення та продаж електротехнічного обладнання.
  • Джерело: https://samgtu.ru/bachelors/bachelors-releynaya-zashchita-i-avtomatizaciya-elektroenergeticheskih-sistem