Электрические сети служат для передачи и коммутации электроэнергии от генерирующих станций к потребителям. При эксплуатации возникают аварийные ситуации, требующие немедленного мгновенного реагирования. Нештатная ситуация может в короткий промежуток времени привести к порче большого перечня дорогостоящих комплектующих и отключению большого числа потребителей.

Потери бывают очень существенными, так как в сетях осуществляется передача энергии большой мощности. Ещё на заре электроэнергетики в конце 19 века на линии энергоснабжения начали устанавливаться первые простые системы повышения надежности.

Ими служили обыкновенные плавкие предохранители, которые срабатывали при превышении тока выше номинального и минимизировали ущерб при развитии таких нештатных режимов работы потребителей как короткое замыкание.

Современные аппараты работают по принципу реле. Они непрерывно отслеживают один или несколько параметров и при отклонении выше существенного мгновенно срабатывают и выполняют необходимые действия по коммутации схемы электроснабжения. Этот обзор раскрывает общие сведения о защите, как и для каких целей она применяется.

Первые блоки релейной защиты представляли собой простые электромеханические изделия, в которых происходило механическое размыкание контактов с помощью реле при выявлении отклонений. В современных конструкциях зачастую применяются полупроводниковые приборы, которые отключают потребителя без физического размыкания контактов. Такие изделия отслеживают множество опасных изменений в системе.

Основные требуемые характеристики релейной защиты не изменились: от них требуется мгновенное реагирование на опасные изменения, на которые человек не в состоянии быстро ответить, они непрерывно находятся в рабочем состоянии.

Благодаря им поддерживается безопасность и работоспособность энергетических систем, надежно и безопасно передается электрическая энергия. Все новые конструкции реле обладают неизменно лучшими характеристиками по сравнению со своими предшественниками.

Классификация

Всё разнообразие приборов релейной защиты классифицируется по следующим основным признакам:

По типу подключения они бывают первичными и подключаются непосредственно в электрическую сеть. Вторичные приборы подсоединяются в неё с помощью трансформатора, дающего гальваническую развязку.

По исполнению они выпускаются электромеханическими: в них сеть замыкается и размыкается с помощью механических контактов. В современных электронных аппаратах цепью управляют полупроводники, при этом не происходит физического размыкания контактов.

По назначению оно может выполнять две задачи: логическую и измерительную функции. Логические приборы принимают решение на основе изменяющихся внешних характеристик системы. Измерительные аппараты производят только замер её значений.

По методу работы приборы классифицируются на прямые и косвенные изделия. Изделия прямого действия механически связаны с блоком отключения, а косвенные управляют механизмом отключения электропитания.

Виды

Релейная автоматика может осуществлять контроль за следующими основными параметрами линии электропередач и оборудования и при достижении опасных значений выполняет его отключение:

Максимальный ток. При достижении тока выше определенного значения срабатывает отключающее реле.

Направление мощности. Такой вид контроля помимо величины тока учитывает его направление.

Разница токов на входе и выходе в оборудование. Он бережет генераторы и трансформаторы с помощью сравнения параметров на входе и выходе. При достижении опасных характеристик производится отключение потребителей.

Контроль за масляной средой в трансформаторах. При опасных режимах работы масло в трансформаторе начитает разлагаться и испаряться. Он отслеживает начало этого процесса и отключает трансформатор до его возможного возгорания.

Логические приборы определяют места коротких замыканий и позволяют отключить опасный участок.

Пониженное и повышенное напряжение. При наличии коротких замыканий напряжение понижается. Повышение напряжения может быть вызвано ударом молнии. Любое изменение напряжения опасно для оборудования и электрических сетей. При изменении значений автоматика отключает линию.

Автоматическая разгрузка линии при снижении частоты тока в ней. При снижении частоты тока в электросети автоматика отключает часть потребителей. При повышении частоты необходимо наоборот нагружать сеть, для снижения частоты вращения генератора.

Исходя из этого перечня выполняемых задач, становится понятно, для чего нужна релейная защита. Но существуют изделия, которые осуществляют не выключение, а автоматическое подключение потребителей. Оно может осуществляться для повторного включения энергоснабжения через заданный интервал времени или для автоматического ввода резервной мощности. В этом случае в сеть вводится дополнительные генерирующие мощности для компенсации дефицита.

Устройство

Релейное управление постоянно совершенствуется, разрабатываются новые конструкции, применяются новые полупроводниковые схемы. Но принцип действия релейной защиты остается, он не зависит от прогресса.

Все аппараты состоят из четырех стандартных типовых частей. К ним относятся элементы наблюдения, логики, исполнения и сигнализации. Блок наблюдения следит за процессами и отслеживает его параметры. Блок логики принимает решение если наступает отклонение измеряемых характеристик от заданных значений. Исполнительный блок выполняет необходимые действия при подаче команды. Сигнальный блок предназначен для человека.

В сетях процессы протекают с очень большой скоростью. При наступлении события происходит сохранение информации о нем, которая доступна потом оператору. Для этого используют различные сигнальные лампы, использующие визуальное или звуковое оповещение.

Принципы проектирования

Несмотря на то, что на фото все блоки релейной защиты выглядят одинаково, выпускается они в различных конфигурациях и разными производителями. При проектировании к любым компонентам применяются одинаковые требования к работоспособности.

Чтобы оборудование исправно работало и не давало ошибочных срабатываний при проектировании необходимо придерживаться следующих четырех требований. Это надежность, чувствительность к срабатыванию, быстродействие и селективность. Надежность характеризуют следующие свойства: безотказность, ремонтопригодность, длительный срок эксплуатации и сохранность.

Чувствительность характеризует процентное превышение измеряемого параметра, необходимое для срабатывания. Быстродействие определяется сложением времени срабатывания логического блока управления и времени необходимого для выключения системы.

В некоторых случаях требуется задержка срабатывания. Для этого в него вводятся специальные реле. В большинстве случаев требуется мгновенное срабатывание. В новых выпускаемых конструкциях добиваются сокращения этого времени и достижения максимального быстродействия.

Селективность или избирательность позволяет локализовать место аварии. Благодаря резервированию неисправный участок отключается, и электроэнергия подается в обход его по исправным каналам. Конструкция устройств должна при необходимости позволять оперативно исключать аварийные участки и перенаправлять электроэнергию по резервным каналам.

Фото релейной защиты