Релейний захист - це що таке? Поняття, види, призначення та вимоги

Робота електрообладнання ґрунтується на злагодженому взаємодії безлічі пристроїв, кожне з яких виконує свої певні завдання. Обов'язковою умовою забезпечення працездатності електротехнічної апаратури є і постачання струмом з оптимальними параметрами. Найменше порушення в ланцюгах і окремих компонентах системи спричиняє ризики аварій та пошкодження обладнання. Для запобігання таких явищ використовується релейний захист – це засіб виявлення, реєстрації і сигналізації про можливі відхилення від нормативних експлуатаційних параметрів обслуговується системи.

Призначення релейного захисту

Основною метою застосування систем РЗ є забезпечення стабільності роботи енергетичного обладнання. Комплекс релейних пристроїв в постійному режимі відстежує експлуатаційні параметри системи, виявляючи і відокремлюючи пошкоджені компоненти. Так працює найпростіша РЗ, однак існують і більш складні пристрої, що функціонують в різних режимах в залежності від поточного стану апаратури. Багатофункціональні засоби релейного захисту та автоматики виконують сигнальні функції, на основі яких приймаються команди про зміну параметрів енергопостачання або корекції параметрів обладнання. Так, якщо в живильної мережі цільового пристрою виявляються великі перепади напруги, система автоматично може перевести апаратуру на резервне енергопостачання завдяки вбудованому контролеру.

Вимоги до систем РЗ

Для виконання основних і допоміжних завдань релейна система повинна відповідати певним вимогам. У їх числі відзначаються наступні:

Селективність. Дана властивість визначає здатність РЗ вибірково підходити до моніторингу окремих ділянок та елементів системи. Відсів реалізується за характером пошкодження, прихильності і поточним функціональним станом об'єкта електроенергетичної системи.

Чутливість. Площа система може працювати в різних умовах зовнішнього впливу. До сторонніх чинників негативного впливу відносять ненормативні електротехнічні властивості джерела струму, а також температурні і вологісні фізичні навантаження. Чутливість релейного захисту – це здатність виявляти пошкоджені елементи системи, а також відхилення в її робочих параметрах незалежно від зовнішнього впливу. Стабільність передачі сигналу повинна зберігатися на встановлених умовах роботи.

Швидкодія. Означає певну швидкість, при якій РЗ буде виконувати свої завдання. Можна визначити швидкодію через часовий показник у вигляді інтервалу від моменту умовної аварії до відділення пошкодженої ділянки або компонента від загальної системи.

Надійність. Характеризує здатність захисту продовжувати працездатність в позаштатних умовах. Наприклад, при використанні резервних джерел енергопостачання, підключенні пікових навантажень і особливих режимів роботи устаткування.

Складові частини РЗ

Принципова схема релейного захисту передбачає наявність комунікацій між трьома групами функціональних компонентів:

Пускові. Призначені для постійного контролю стану обслуговуваних дільниць і елементів. Можуть реагувати на замикання і порушення роботи системи. Як правило, це реле напруги, струму і потужності.

Вимірювальні. Дані пристрої релейного захисту і автоматики аналізують характер неполадки. Зокрема, вони можуть визначати місце розташування точки пошкодження, її тяжкість і можливі засоби виправлення ситуації. Вимірювальні і пускові органи часто інтегруються в єдиний модуль контролю та управління захистом.

Логічні. Дають безпосередні команди на виправлення нештатної ситуації або запобігання негативних наслідків при тих чи інших поломки. Реакції можуть виражатися у вигляді відключення несправного блоку, активації аварійного режиму, підключення резервних джерел енергопостачання і т. д.

Різновиди систем РЗ

Серед традиційних РЗ виділяють електромагнітні та електромеханічні пристрої.
До перших належать реле, які працюють за рахунок електромагнітних сил, що утворюються при русі струму по котушці. В момент подачі керуючого сигналу магнітна основа притягує якір, в результаті чого відбувається замикання або розмикання контакту на потрібному ділянці ланцюга. В деяких виконаннях передбачається напівпровідниковий діод, що виконує функцію блокування перенапруги внаслідок підвищеної магнітної індукції. В основі електромеханічного блоку релейного захисту знаходяться транзистори або тиристори, що утворюють вузол контролю стану цільових контактів. Зазвичай в керуючих алгоритмах таких пристроїв вказується два порога контролю – струм відпускання і струм спрацьовування. Відповідно, також виконуються прості функції включення і відключення апаратури. Однак, на відміну від електромагнітних систем, електромеханічні реле орієнтуються саме на роботу в умовах великих струмових навантажень.

Особливості електронної РЗ

Експлуатація механічних і електромагнітних реле супроводжується масою негативних факторів від зносу рухомих частин до необхідності включення допоміжних захисних пристроїв. Тому традиційні модулі все частіше замінюються електронними системами релейного захисту та автоматики, які також називаються статичними або напівпровідниковими. Вони базуються на інтегральних мікросхемах, що саме по собі дає цілий ряд переваг:

Розширення спектру функцій.

Вібростійкість.

Можливості тестового діагностичного контролю.

Збільшення складності розв'язуваних завдань.

Зниження енергоспоживання на вимірювальних ланцюгах.

Скорочення часу спрацьовування (швидкодія).

Окремо варто підкреслити і реалізацію цифрових засобів управління в електронних реле. Переваги таких інтерфейсів полягають у підвищенні ергономіки і точності налаштувань по захисним функціям.

Мікропроцесорний пристрій релейного захисту

Свого роду контролер сучасної РЗ, який представляє керуючу частину захисного комплексу. Завдяки мікропроцесору система може виконувати кілька складних функцій, реалізуючи автоматичний контроль з елементами управління обслуговується апаратурою. Наприклад, крім простих операцій відключення і підключення мікропроцесорна релейний захист здатна фіксувати втрату стійкості електродвигунів, резервувати відмови окремих модулів, проводити самодіагностику і інші сервісні процедури. Але, незважаючи на численні переваги РЗ на базі мікроконтролерів, така апаратура коштує набагато дорожче і не піддається відновленню при поломки основного блоку управління (економічно недоцільно).

Контактні і безконтактні системи РЗ

Незалежно від принципу дії, реле захисту можуть передбачати різні способи взаємодії з обслуговуваними елементами системи. Контактні пристрої впливають за допомогою механічних контактів, інтегрованих в керовану ланцюг спочатку. Тобто реле може замикати або розмикати електричний ланцюг, регулюючи таким чином функцію захисного контролю. У свою чергу, безконтактна релейний захист – це пристрій, який впливає на ту ж ланцюг за допомогою зміни її робочих показників. Коректуватися в залежності від умов можуть такі електричні параметри, як опір, напруга, індуктивність і ємність. Базові характеристики керуючого реле будуть визначатися залежностями між показниками вхідного і вихідного струмів.

Розрахунок релейного захисту

Характеристики реле, а також їх кількість щодо конкретної системи визначаються за кількома параметрами. Для початку варто розділити на три групи таких пристроїв залежно від охоплення за величиною напруги:

На 6-35 кВ.

Для стандартних систем від 110 до 220 кВ.

Для мереж до 1150 кВ.

Якщо мова йде про малих мережах електропостачання (зазвичай у невеликих селищах), то цілком може використовуватися релейний захист підстанцій 35 або 110 кВ. Далі по мірі зростання енергетичної потужності навантаження може збільшуватись і до 630 кВ – високопродуктивні трансформаторні моделі. Принципово важливим є розрахунок струмів, який буде визначати рівень повного опору енергосистеми. Також слід враховувати вимоги до харчування та захисту допоміжних пристроїв на зразок запобіжників і фільтрів, електромагнітних завад, які нерідко вводяться в енергетичні мережі. У сукупній моделі енергопостачання вони можуть брати на себе 10-15 % потужності.

Релейний захист для генераторів

Далеко не всі генераторні установки доповнюються засобами захисту в принципі. Наприклад, суміщені з трансформаторами комплекси обходяться без вимикачів і систем аварійного контролю. В інших випадках може задіюватися диференціальна поздовжня захист з напругою вище 1 кВ. До особливостей роботи таких пристроїв відноситься виняток тимчасової витримки на відключення пошкодженого елемента. Для генераторів потужністю менше 30 МВт використовується подвійна релейний захист і автоматика, але за умови наявності двох контурів замикання на землю. Якщо ж така конфігурація неможлива, то потужні установки доповнюються трифазними реле.

Трансформаторна РЗ

Енергопостачальна інфраструктура і підстанції, зокрема, забезпечуються трансформаторними установками з реле керування та захисту. Дане обладнання оберігається від замикань на виходах і обмотках у випадках пониження рівня масла і порушення ізоляції. В автоматичних трансформаторах релейний захист реалізується з розрахунком на контроль у випадках однофазних замикань при напрузі від 220 кВ. Це можуть бути і контактні і безконтактні пристрої, але переважно з електронним управлінням.

Експлуатація та обслуговування РЗ

Для забезпечення економічної та надійної роботи електротехнічних систем з релейними модулями захисту потрібно періодична перевірка техніки. Проводиться комплекс організаційно-технічних процедур, в ході яких фахівці виконують наступні операції з обслуговування релейного захисту:

Перевірка конструкційної цілісності деталей.

Перевірка електротехнічних з'єднань і підключень.

Випробування працездатності вимірювальних і виконавчих органів реле.

Перевірка коректності роботи електроавтоматики.

Ремонтні операції у вигляді виправлення дрібних порушень, заміни расходников і ізоляційної захисту.

Сучасна релейний техніка

На сьогодні передові компанії використовують реле п'ятого покоління, які відрізняються високою точністю спрацьовування і широкими засобами комунікації. При цьому основа блоків електротехнічної захисту, як і раніше базується на індукційних, електромагнітних і магнітоелектричних елементах. Інша справа, що сучасна релейний захист – це система, побудована на складних конфігураціях з гнучкими засобами індивідуального регулювання. Також і можливості зовнішнього управління доповнюються ефективними вузлами сполучення з апаратурою і контакторами, завдяки яким підвищується швидкість реакцій і дії вимірювальних пристроїв.

Висновок

Реле давно не розглядається електротехніками як додаткове або допоміжний засіб забезпечення захисту. Це цілком штатний пристрій, що відповідає за безпеку робочого комплексу в тих чи інших межах. На базовому рівні системи релейного захисту захищають обладнання від короткого замикання, перенапруження та перегріву, а в найрізноманітніших варіаціях беруть на себе частину функцій управління. Більш того, багато виробників інженерного обладнання з автоматикою об'єднують реле з термостатами і контролерами, поєднуючи завдання налаштування і захисту. Втім, зберігають актуальність і традиційні системи, побудовані на механіці. Їх цінують за автономність, надійність і доступну вартість з мінімальними витратами на обслуговування при експлуатації.