Релейний захист

Як видно з назви, електричний релейний захист захищає від електричних несправностей. Вони повинні бути чітко визначені, задля правильного застосування відповідного захисту.

Можливими несправностями є:

• переміжна дуга;

• міжфазне коротке замикання;
• коротке замикання фаза - нуль;

• удар блискавки;
• механічне пошкодження;

• сплеск напруги;

• відмова вимикача;

• замикання на землю;

• теплове перевантаження;

• втрата синхронізації;

• значне зниження частоти.

Крім того, несправності, повинні бути розподілені відповідно до їх природи:

•    побіжна: потрібно дуже короткочасне вимкнення мережі — наприклад, розгойдування дротів під впливом вітру, різні предмети, що переносяться повітрям, мряка яка замерзає, дощ в забрудненій зоні, гілки дерев, близькі до ліній, тощо;

•    постійна: вимагає втручання людини, для відновлення мережі — наприклад: розрив кабелю або його кріплення, і падіння на землю, впале на лінію дерево або будівельний кран, зловмисні дії, що призводить до загибелі, кібератаки на електромережі з боку груп хакерів-злочинців, тощо.

•    самозгасна: поступово швидко зникає;

•    напівпостійна: вимагає довготривалого вимкнення, порядку декількох десятків секунд, щоби поступово зникнути.

За різними оцінками, станом на початок 2010 років, щороку у Франції, кількість електричних несправностей, дорівнює 10 000-м разів.

Злагодженість захисного пристрою — це процес визначення «найкращої відповідності» часу переривання

Диспетчерська електростанції в Німеччині

струму, у разі виникнення хибних електричних умов. Мета полягає у тому, щоби якнайбільше зменшити перебої в електропостачанні. Сучасні способи захисту, зазвичай, підтримують: докладне комп'ютерне дослідження і звітність.

Злагодженість релейного захисту, також, здійснюється шляхом розподілу енергосистеми на захисні зони. Якщо у певній ділянці виникла помилка, буде виконано потрібні дії для відокремлення цієї зони, від усієї системи. Визначені ділянки враховують: генератори, шини, трансформатори, лінії передачі та розподілу, а також двигуни. Крім того, зони мають наступні властивості: перекриття зон — межі накладених ділянок, позначають автоматичні вимикачі, отже щоби відокремити несправність, вимкнуться усі автоматичні вимикачі даної зони з пошкодженням. Ділянки з перекриттям створюються двома наборами вимірювальних трансформаторів і реле для кожного силового автоматичного вимикача. Вони призначені для резервування під час виокремлення незахищених ділянок; проте накладені області розроблено так, щоби вони були якомога менше, тобто, коли виникає помилка (збій) на ділянці перекриття і дві зони, які охоплюють несправність, відокремлено, частка енергосистеми, котру втрачено для роботи, як і раніше, залишається невеликою.

Для релейного захисту й автоматики (РЗА) підстанцій, устаткування мереж високої напруги в енергомережі України та країн, котрі входили до єдиної енергосистеми колишнього СРСР, наприклад Російської Федерації, традиційно існує

Дві високовольтні лінії електропередачі змінного струму на одній опорі, системи з ізольованою нейтраллю. Зверху проходить грозозахисний трос. Миколаїв.

поділ на два великі класи за рівнями напруги: 330—750 кВ і 110—220 кВ. Для прикладу, мережі напругою 110 кВ застосовуються, в основному як розподільні, практично у всіх регіонах РФ, а вищі напруги мають певне районування:

• у регіонах обслуговування ОДУ Північного Кавказу, Північного Заходу, Центру (західної частини), поширено системи напруги 750/330 кВ;
• у регіонах обслуговування ОДУ Середньої Волги, східної частини, ОДУ Центру, Уралу, Сибіру, Сходу, розвинена система напруги 500/220 кВ.

Мережа напругою 500 кВ, є основною мережею значної частини Єдиної енергетичної системи Російської Федерації. Мережеві об'єкти напругою 220 кВ, є практично в усіх регіонах РФ, проте у зоні застосування напруги 330 кВ, їх розташування обмежене.

Первинне обладнання підстанцій напругою 330 — 750 кВ, забезпечує передавання електроенергії на великі віддалі і перетворення її на напругу нижчого рівня: це системоутворювальні та магістральні ЛЕП, шунтувальні реактори, високовольтні вимикачі, шини і шинування, автотрансформатори зв'язку.

Для РЗА первинного обладнання цього класу напруги, характерні: застосування двох комплектів основних захистів, використання вимикачів з пофазним приводом для забезпечення аварійного вимкнення та наступного увімкнення лише однієї пошкодженої фази ЛЕП, різні схеми улаштування (два вимикачі на приєднання, полуторна, «американська» схеми), потреба системи пожежогасіння та інше.

Захист від відмови вимикача (ЗВВ), також називається захистом резервування (ЗР) або захистом від перезавантаження / відновлення. Це потрібно у разі, коли пошкодження не може бути вимкнено на лінії, через те, що вимикач цієї лінії несправний. У такому випадку, використовуються вимикачі всіх інших ліній, які приєднано до однієї і тієї ж шини.

«Cтрум шукає шлях найменшого опору» — тому, якщо перемикач несправної лінії не вимикається, тоді струм тече з інших ліній, крізь шину до несправності. Залишається тільки вимкнути усі лінії, які можуть продовжувати подавати напругу до місця пошкодження. Завдання досить просте: приєднане реле захисту (будь-якого типу) виявляє помилку і дає команду ВИМК (вимкнення). Ця команда, відправляється на привод автоматичного вимикача (через проміжні реле, контактори). Разом з цією командою ВИМК, запускається, також реле часу, отже починається відлік заданої уставки затримки. Якщо автоматичний вимикач в порядку, він спрацьовує приблизно за 15 мс (після команди ВИМК — НЕ після миті порушення) → несправність вимкнено, захисне реле більше не вимірює помилку → сигнал ВИМК впроваджено.

Якщо автоматичний вимикач не спрацьовує, реле часу вимкнеться і замкне власний контакт по закінченню встановленого часу (приблизно 0,3 - 0,7 с). (Для цифрових захисних реле, ця затримка також, може бути встановлена внутрішньо, для відповідного двійкового виходу). Цей контакт видає сигнал ВИМК у коло — команда подається на всі автоматичні вимикачі, лінії яких, знаходяться на одній шині.

Для захисту силових трансформаторів, використовуються диференційні релейні схеми. У диференційному захисті (ДЗ)

Схема диференційного захисту. У разі внутрішньої несправності, диференційний струм не дорівнює нулю.

трансформаторів, визначаються струми з боку високої й низької напруги, уточнюється їх різниця та застосовується перший закон Кірхгофа.

Диференційний захист зазвичай, призначено для захисту від міжфазних замикань в обмотках трансформатора та на їх виводах, від замикань між витками однієї фази, а також, від замикань на корпус трансформатора. Але вважається, що основним захистом від замикань між витками однієї фази, є газовий захист — Реле Бухгольца ("газове реле"), а ДЗ є допоміжним.

Найпоширенішими електродвигунами, є трифазні асинхронні двигуни (вентиляція, насоси, верстати, тролейбуси, тепловози, електровози, електромобілі, тощо). Залежно від характеру можливих пошкоджень та ненормальних станів роботи, розрізняють декілька основних видів захисту асинхронних двигунів.

Захист від короткого замикання (к.з.), вимикає двигун у разі з'явлення в його силових колах або колах керування, струмів к.з. Здійснюється такий захист, за допомогою: запобіжників, електромагнітних реле, автоматичних вимикачів.

Захист від перевантаження, запобігає неприпустимому перегріванню електродвигуна та забезпечується за допомогою: теплових реле, автоматичних вимикачів з тепловим роз'єднувачем.

Захист від зниження або пропадання напруги (нульовий захист), виконується завдяки використанню: магнітних пускачів, контакторів або спеціальних реле напруги.

Сучасні електронні, універсальні блоки захисту електродвигунів УБЗ, які виробляються в Україні, забезпечують повний захист електродвигуна, разом з невпинним контролем опору ізоляції його обмотки.