Автоматизація електроенергетичних систем і релейний захист

Надійність обладнання в енергосистемі визначає якість електропостачання та є одним з елементів, що утворюють кінцеву вартість електроенергії. Незалежно від того, наскільки якісні компоненти, як грамотно змонтовані і вірно налаштовані, поява надзвичайної ситуації неминуче. Релейний захист і автоматизація електроенергетичних систем виконує роботу по обмеженню збитку від пошкодження окремих елементів.

Призначення і еволюція

Перші кошти, призначені для аварійного відключення навантаження, застосовувалися ще на зорі появи електроенергії. Наприклад, біографи Едісона згадували про один цікавий випадок. На початку свого існування компанія американського винахідника виробляла електрику виключно для освітлення, таким чином створюючи жорстку конкуренцію з власниками підприємств з виробництва палива для газових ліхтарів.

На одну з виставок вони послали диверсантів, які повинні були влаштувати коротке замикання на демонстраційному зразку Едісона з метою довести публіці ненадійність нововведення. Але включені в ланцюг запобіжники спрацювали, а потім були швидко і без праці замінені, що, навпаки, продемонструвало порівняльну легкість і безпеку поводження з проводкою.

В даний час замість запобіжників використовується складний комплекс із захисних засобів / Призначення релейного захисту та автоматики – миттєве виявлення відхилень від штатних режимів в роботі і негайної ізоляції аварійних компонентів від мережі. Термін «релейний захист» в автоматиці систем енергопостачання – також вираз, що застосовується лише за традицією. Сучасні системи, які контролюють роботу електричних установок, являють собою складні багатофункціональні електронні пристрої, а не набір електромеханічних реле.

Суть релейного захисту та автоматики систем електропостачання для чайників можна пояснити так: РЗіА не просто м'язи для знеструмлення елементів згідно з контрольними сигналами, а перш за все, інтелектуальна система, безперервно моніторять енергетичний комплекс на загрозу аварії і приймаюча рішення про необхідність тих чи інших комутацій.

Тому вибір типу і марки обладнання – порівняно легка частина в роботі фахівців з РЗА (релейного захисту та автоматизації електричних систем). Їх основним завданням є аналіз ймовірних надзвичайних ситуацій та правильної конфігурації елементів контролю і комутації.

Вимоги до захисту

Предмет моніторингу для комплексів РЗіА – відхилення в роботі силового електрообладнання. Їх поділяють на 2 види:

1. Пошкодження. Основна причина – коротке замикання і заземлення фаз. Як правило, пошкодження одного вузла призводить до порушень роботи всі інші компоненти.
2. Ненормальні режими. До них відносять всі неприпустимі відхилення від еталонних показників роботи елементів при відсутності пошкоджень.

Пошкодження і ненормальні режими створюють сприятливі умови для поломки або прискореного зносу електрообладнання, і процеси можуть відбуватися дуже швидко, буквально за мілісекунди. Тому своєчасне виявлення і правильна реакція систем контролю вкрай важлива для збереження працездатності всієї системи. Тому існують вимоги до релейного захисту, на підставі якої проектується РЗіА систем енергопостачання.

Надійність і простота

Надійність систем захисту – основна вимога, Що визначає безвідмовну роботу всієї енергетичної системи.У спрощеному вигляді вимога означає, що система захисту повинна бути готова правильно функціонувати в будь-який час і при будь-які несправності і ненормальних режимах роботи енергосистеми, для якої вона призначена. Надійність – кількісний термін, що визначається статистичними даними. З ростом числа підключень і з'єднань, генераторів і трансформаторів вимоги до надійності підвищуються. Показник досягається за рахунок:

• зручності в монтажі;
• високої якості контактів;
• пилезахищенності корпусів;
• застосування якісних матеріалів для контактних груп;
• високої якості виготовлення;
• ретельного обслуговування і догляду.

Простота безпосередньо пов'язана з надійністю. Як правило, чим простіше захисна схема і менше в ній елементів, тим вище буде її надійність. Те ж саме стосується датчиків контролю і аналізу.

Вибірковість (селективність) і чутливість

Вибірковістю називають здатність захисту безпомилково вибрати аварійну частину системи і ізолювати несправний елемент, не порушуючи функціонування інших. Якісна спроектована і ефективна РЗА в змозі правильно відреагувати на збій, не допускаючи знеструмлення елементів без необхідності. Чутливістю РЗА називають найменше значення величини, що приводить її в дію, при якій вона включається в роботу через появу струму короткого замикання в зоні контролю.

На описані параметри впливають такі чинники:

• похибки вимірювань;
• похибки в налаштуваннях;
• точність самих реле;
• довкілля;
• параметри розрахунку невизначеності.

Фактори безпеки і чутливості є специфічними для кожного об'єкта. Обмеження можуть коригуватися, наприклад, вимогами до стійкості роботи або можливостями перемикання на резервні джерела живлення. Контури з високим ступенем чутливості завжди відносно складні, складаються з великої кількості обладнання і недешеві. Подібний захист використовується тільки в тих випадках, коли прості механізми не можуть бути застосовані через низьку чутливості.

швидкодія роботи

Швидкодія полягає в швидкості виявлення і відключення аварійних елементів системи. Сучасні реле захисту роблять це за проміжок часу менший, ніж один період промислової частоти. Швидкість вкрай важлива як фактор, що дозволяє домогтися:

• скорочення збитків;
• підвищення стійкості систем електропостачання;
• скорочення переривання для споживачів;
• зниження ймовірності розвитку однієї несправності в іншу;

Однак існують такі пошкодження, при яких застосовується навмисна затримка для отримання необхідної селективності, що досягає декількох секунд.

Цифрові електронні системи

В даний час в роботі знаходиться чимало систем, спроектованих і змонтованих десятки років назад на основі найпростіших електромагнітних реле. Така ситуація пов'язана з тривалим терміном служби і задовільною надійністю електромеханічних пристроїв. Системи останніх поколінь виробляються на базі електроніки та цифрової техніки. До їх переваг можна віднести безліч відмінностей від класичних:

• містять в собі менше вимірювальних трансформаторів і дозволяють використовувати лінійні перетворювачі, такі як оптичні трансформатори струму і подільники напруги;
• мають невелику енергоспоживанням в режимі контролю;
• пропонують велику точність і гнучкість налаштувань;
• оснащені якісними інтерфейсами і пультами дистанційного керування;
• як правило, дешевше при рівних функціональних можливостях з електромеханічними.

Захист стає все більш складною. Для неї розробляється спеціалізоване програмне забезпечення, і вона будується на модульній основі.Сучасні продукти передбачають можливість комунікації через інтернет (в тому числі і бездротову) і програмування по USB. Звичайно, використання високотехнологічних захистів передбачає обслуговування і підтримку від кваліфікованих фахівців. У більшості випадків проектування і монтажу мова йде про комплексний пакет, що включає обладнання, пристрій його на місці роботи, програмування і технічне обслуговування.