Промышленное производство
Промышленный Интернет вещей | Промышленные материалы | Техническое обслуживание и ремонт оборудования | Промышленное программирование |
home  MfgRobots >> Промышленное производство >  >> Manufacturing Technology >> Промышленные технологии

Все о системах, устройствах и узлах электрозащиты

Устройства и системы электрозащиты

Это длинная описательная статья о различных типах защиты электрических систем и сетей. В этой статье вы сможете охватить различные методы электрической защиты, системы и устройства, градацию и защиту, защиту воздушных линий, защиту энергосистемы, защиту кабельных фидеров, защиту трансформатора, защиту двигателя, защиту генератора, защиту конденсаторных батарей, шин. защита шин, защита по напряжению и частоте и многое другое. Добавьте этот пост в закладки на случай, если вы прочитаете его позже.

Введение в системы электрозащиты

HV, MV и LV [1] электрические установки и оборудование подвержены внутренним и внешним неисправностям которые могут привести к серьезным повреждениям в человек и другое оборудование .

Чтобы избежать и свести к минимуму последствия этих ошибок устройства защиты связанные с оборудованием которые могут прервать электрический ток требуются.

Для лучшего понимания устройств защиты в каждом разделе, посвященном системам защиты оборудования и установок, наиболее распространены неисправности этого оборудования и установок.

Также важно отметить, что все единицы механических и электрических параметров и их кратные и дольные которые задействованы в системах защиты соответствуют SI (Международная система единиц ); исключения делаются, когда часы (h) можно использовать вместо секунд (с ) и единица измерения температуры составляет °C (по Цельсию ) вместо этого из К (кельвин ) – [K] =[°C] + 273,15 .

Защитные устройства и технологии

Устройства защиты

Чтобы свести к минимуму время ошибки распределительные устройства и оборудование снабжены защитными устройствами чтобы обнаружить их и изолировать неисправную часть установки.

В первую очередь требуется раннее выявление и локализация неисправностей , а во-вторых, оперативное удаление из эксплуатации неисправного оборудования, чтобы:

В прошлом предохранители широко использовались для защиты от сверхтоков и перегрузок и до сих пор очень популярны в Северной Америке и некоторых странах они до сих пор используются в установках низкого напряжения, а также в кабелях и трансформаторах среднего напряжения с номинальной мощностью до 630-1250 кВА .

Однако сложность сетей и требования к более надежному передача и распределение электроэнергии призывать к использованию более точных устройств защиты .

Реле защиты используются в настоящее время, будучи более надежными и точными и с возможностью обнаружения других типов неисправностей, кроме перегрузок и перегрузок по току что может произойти в сетях и оборудовании , которые будут обсуждаться в следующих разделах, когда будет анализироваться защита оборудования.

Они настроены на работу и инициируют отключение при обнаружении неисправности.

Каждая схема защиты энергосистемы состоит из следующих компонентов:

Первые модели реле защиты были электромеханические реле которые до сих пор используются в некоторых странах, а также в старых электроустановках, которые не подвергались ремонтным работам .

Это были привлекательные типы арматуры , где приборные трансформаторы вторичного выхода проходит через катушку , тем самым притягивая якорь против натяжения пружины . Движение якоря приводит к замыканию размыкающего контакта реле .

На рис. 1 показан пример реле этого типа.

Рисунок 1 – Электромеханическое реле защиты

В настоящее время электронные (твердотельные) и микропроцессорные реле защиты обычно используются в электроэнергетике.

Электронные реле иметь только одну функцию защиты и разные реле должны использоваться для разных функций .

Микропроцессорные реле иметь множество доступных функций таких как защита, контроль и мониторинг.

Интеллектуальные электронные устройства (IED)

Микропроцессорные реле известны как интеллектуальные электронные устройства (СВУ ), что может обеспечить 5–12 функции защиты , 5-8 функции управления, управляющие отдельными устройствами, функция автоматического повторного включения, функция самоконтроля и функции связи, основные их особенности:

На рисунке 2 показан пример IED. .

Рисунок 2. Устройство IED

Функции и сложность IED должны быть определены в соответствии с защищаемым оборудованием, характеристиками сети и требуемыми дополнительными действиями.

Актуальные устройства IED разработаны с учетом требований IEC. [2] Стандартный 61850 , который протокол связи используется. Этот стандарт был специально разработан для автоматизации подстанций. и обеспечивает совместимость и расширенные возможности связи.

Рост количества точек защиты, контроля и мониторинга приводит к значительному увеличению объема данных о подстанции.

Эти данные обычно примитивны и хранятся в цифровой форме. Его необходимо обработать и проанализировать, прежде чем любой пользователь сможет воспользоваться им.

В обычной системе защиты данные и управляющий сигнал от реле передаются через RTU. (Удаленный терминал ) в SCADA система.

Длинные и дорогие кабели может потребоваться между различными ячейками подстанции и диспетчерской.

В современной системе защиты с использованием IED реле соединительная проводка между датчиками и измерителями больше не требуется.

Данные и управляющие сигналы от IED реле отправляются непосредственно в SCADA системы через высокоскоростную выделенную сеть связи. Объем данных резко возрастает, когда IED используется как элемент управления и источник данных.

Для обеспечения необходимой связи между различными компонентами системы используется сеть передачи данных Локальная операционная сеть LONWORKS. (LON ) используется.

Стандарт IEC 61850 определяет необходимые протоколы для связи , который может работать поверх TCP/IP сети или подстанции Локальная сеть с использованием высокоскоростной коммутируемой сети Ethernet чтобы получить необходимое время отклика менее четырех миллисекунд для релейной защиты.

Реле защиты и коды

На подстанциях среднего и высокого напряжения, оборудовании, распределительных устройствах и электростанциях более обычные реле защиты указаны ниже, а в скобках указан их код в соответствии с IEEE/ANSI [3] /стандарты IEC :

В основном в воздушных линиях высокого напряжения, силовых трансформаторах высокого и среднего напряжения с номинальной мощностью выше 3-4 МВА , чтобы повысить надежность и безопасность системы, обычной практикой является использование двух наборов средств защиты — одного «основного средства защиты. и один "резервная защита .

Защита с помощью предохранителей

предохранитель тип резистора с низким сопротивлением, который действует как «жертвенное устройство» для обеспечения защиты от перегрузки по току который до сих пор используется в некоторых установках LV и MV .

Его основным компонентом является металлическая проволока или полоска который тает, когда течет слишком большой ток , который прерывает цепь, чтобы предотвратить дальнейшее повреждение от перегрева или возгорания.

металлическая полоса или проволока как небольшое поперечное сечение по сравнению с проводниками цепи и заключен в негорючий корпус (обложка) .

Элемент предохранителя изготовлен из цинка, меди, серебра, алюминия или их сплавов для обеспечения стабильных и предсказуемых характеристик.

Регистр может быть из керамики, стекла, пластика, стекловолокна, формованных слюдяных ламинатов или формованных прессованных волокон r в зависимости от производителя, области применения и класса напряжения.

Предохранители устанавливаются на держатели предохранителей. , специально разработанные для каждого типа или семейства предохранителей и номинальных напряжений, таких как предохранитель HRC .

Примеры предохранителей и держателей показаны на рисунках 3 и 4.

Рисунок 3. Предохранитель типа LV NH и держатель

Рисунок 4. Предохранители среднего напряжения и держатель

Основные электрические характеристики предохранителей:

На рис. 5 показан пример кривой время-ток.

Рисунок 5. Времятоковая характеристика предохранителей

Температура окружающей среды изменит рабочие параметры предохранителя, поэтому необходимо снижение номинальных характеристик при изменении температуры.

Например, предохранитель номиналом 1 А. при 25 ºC может проводить до 10% или 20% больше тока при -40 ºC и может открыться на 80% его номинального значения при 100 ºC .

Эксплуатационные параметры зависят от семейства предохранителей и указаны в спецификациях производителя.

Основные факторы выбора предохранителя:

Французский стандарт NF EN 60269 классифицировать предохранители в соответствии с кривыми времени, функциями и применением. Эта классификация, широко используемая во многих странах, выглядит следующим образом:

Если установка защищена предохранителями, выключатели-разъединители перед предохранителями должен использоваться из соображений безопасности , чтобы убедиться изоляция установки перед заменой предохранителя или выполнением некоторых работ по техническому обслуживанию .

С защитой только с предохранителями используется, будут обнаружены только сверхтоки фазы , и необходимо предусмотреть реле защиты от других неисправностей . Затем для тока утечки или тока замыкания на землю используется GFCI (прерыватель цепи замыкания на землю).

В этой ситуации выключатели должны быть оборудованы катушкой отключения , который также будет активирован внутренняя защита оборудования .

Еще одна мера предосторожности заключается в том, что предохранители должен быть снабжен механическим устройством (шпилька ), что приведет к тому, что переключатель откроется , если будет действовать только один предохранитель , чтобы обеспечить полное отключение неисправной установки .

Предохранители также должны быть снабжены цветным диском который выпадает при перегорании элемента, или окно элемента, встроенное в корпус предохранителя для визуальной индикации перегоревшего элемента .

Координация оценивания и защиты

Введение в оценивание и защиту

При определении уставки реле защиты или номинальный ток предохранителей и автоматических выключателей низкого напряжения (например, ACB (воздушный автоматический выключатель)) необходимо убедиться, что выбранные значения подходят для защиты оборудования и что автоматический выключатель сработает или перегорит предохранитель только тот, который связан с неисправной цепью, а не с другими защитными устройствами , что может вызвать серьезные помехи в сети а также качество и непрерывность обслуживания .

Для достижения этой цели необходимо провести исследование координации классификации и защиты. требуется.

Основные принципы

Исследования координации релейной защиты предпринимаются для определения настроек реле защиты .

Уровни ошибок должны быть определены для всех возможных условий работы системы , это используется для определения возможности реле защиты для обнаружения и устранения системных ошибок .

Схемы защиты настроены чтобы максимально изолировать электрическую систему , тем самым сводя к минимуму сбои, вызванные ошибкой .

Время срабатывания реле защиты определены как соответствующие рейтингу краткосрочной эксплуатации основной станции, требованиям стабильности систем и требованиям уполномоченных органов . Мы позаботимся о том, чтобы определить правильный рабочий диапазон реле защиты, как по току, так и по времени , чтобы эффективно устранить искажения.

При настройке дистанционных реле на двухцепных высоковольтных фидерах взаимная связь нулевой последовательности между цепями учитывается, чтобы свести к минимуму возможность превышения или недостижения .

Рабочие характеристики реле и их настройка должна быть тщательно согласована для достижения избирательности .

Основная цель состоит в том, чтобы отключить только неисправный компонент. и оставить остальную часть энергосистемы в работе чтобы свести к минимуму перебои с поставками и обеспечить стабильность .

Избирательность или дискриминация , между защитными устройствами можно определить как координация защитных устройств, чтобы неисправность, возникающая в любой точке сети, могла быть устранена вышестоящим защитным устройством, защитным устройством, которое находится непосредственно перед неисправностью, и только этим защитным устройством .

Давайте рассмотрим пример этого определения на однолинейной диаграмме. на рис. 6, где есть системы защиты SP1 до SP6 :

Рисунок 6. Однолинейная схема электроустановки

Избирательность означает, что если ошибка возникает в точке A , единственная система защиты, которая должна срабатывать это SP5 и что другие системы защиты не должны срабатывать.

Для установления избирательности используются два принципа:

  • Текущая дискриминация .
  • Разбор по времени .

Координация классификации и защиты в сетях низкого, среднего и высокого напряжения

Для проведения координационных исследований по классификации и защите необходимо учитывать конфигурацию и сложность сети .

Распространение LV и сети пользователей обычно имеют радиальную конфигурацию .

Распределительные сети среднего напряжения обычно имеют комбинацию радиальной и двусторонней подачи с БЕЗ точечной конфигурации и важная сложность .

Пользователи сетей MV обычно имеют радиальную конфигурация , хотя на основных заводах используется двусторонний канал без точки. конфигурация используется.

Из-за сложности исследований классификации сетей и координации защиты для сетей передачи высокого напряжения и распределительных сетей среднего напряжения , специализированные инженеры необходимы, и использование особых программных инструментов для сетевого анализа например ETAP, PSS/E, EPSO и PTW .

Исследования по координации выставления оценок и защиты из сети пользователей MV обычно проще и могут следовать основным инструкциям, которые будут обсуждаться позже в этом разделе.

Особое внимание следует соблюдать на границах сети электрораспределительной компании (загрузка ) и сеть пользователя и между двумя объектами должен быть установлен протокол координации защиты .

Для сетей LV , используя автоматические выключатели и/или предохранители избирательность из «автоматического выключателя/автоматического выключателя ", "предохранитель/предохранитель " и "автоматический выключатель/предохранитель ” может быть выполнено путем сравнения “кривых ток-время ” для определенного значения тока замыкания , используя принципы «c текущая дискриминация " и "временная дискриминация ”, упомянутый выше.

Текущая дискриминация используется для защиты от перегрузок и защита выборочная если соотношение пороговых значений настройки выше чем 1,6 .

Разбор по времени используется для защиты от коротких замыканий , с помощью автоматического выключателя или предохранителя на входе с временной задержкой поэтому отключение нижестоящего устройства происходит быстрее; защита выборочная если соотношение между порогами защиты от короткого замыкания не меньше чем 1,5 .

Защита кабельных фидеров

Вы можете подробно прочитать обновленную публикацию под заголовком Защита кабельных фидеров — типы неисправностей, причины и дифференциальная защита.

Неисправности и защита трансформатора

Поскольку это очень важная и описательная тема, которую следует обсудить очень подробно, поэтому мы обновили, а также объединили сообщение здесь, в разделе Защита и неисправности силового трансформатора.

Неисправности и защита воздушных линий

Для лучшей навигации пользователей мы переместили и обновили этот пост сюда под названием «Неисправности и защита воздушных линий»

Проекция двигателя

Мы переместили запись в блоге на новую ссылку для лучшей навигации и понимания. Вы можете увидеть это здесь @ защита двигателя, распространенные типы неисправностей двигателя и устройства, используемые для защиты двигателя высокого и низкого напряжения в этом посте.

Проекция генератора

Мы уже обсуждали защиту генератора, распространенные типы неисправностей генератора и устройства, используемые для защиты генератора. в предыдущем посте.

Другая защита

Защита от напряжения и частоты

Колебания нагрузки, переключение и сбои электростанций может вызвать изменения напряжения и частоты сети, которые могут превышать допустимые пределы работы оборудования и сетей .

Эта ситуация может привести к повреждению оборудования и частичному или полному отключению сети.

Чтобы избежать или свести к минимуму эту ситуацию пониженного и повышенного напряжения (коды 27 и 59 соответственно ) и частота (коды 81U и 81O соответственно ) защита будет использоваться.

Защита шин

На подстанциях высокого напряжения обычно устанавливают реле защиты шин , являясь наиболее часто используемой дифференциальной защитой (87 Б ).

Этот ретранслятор подключен ко всем CT подстанции для оценки суммы входящих и исходящих токов , как показано на рисунке 25.

Рисунок 25 – Схема дифференциальной защиты шин

Принцип работы этой защиты основан на законах Кирхгофа. – действующее законодательство .

Защита шины CT должен располагаться на стороне подачи прерывателей . Если ТТ защиты шины расположены на со стороны шины выключателя , то существует слепая зона защиты .

Используя высокий импеданс реле в дифференциальной защите система может быть спроектирована так, чтобы быть более устойчивой к насыщению КТ .

нелинейный резистор подключен через клеммы реле чтобы ограничить напряжение на дифференциальном реле до безопасного значения во время неисправностей .

Реле с высоким импедансом используются широко в современной дифференциальной защите шин высокого напряжения .

Преимущество использования высокоимпедансных реле в дифференциальной защите шин заключается в том, что они могут быть спроектированы таким образом, чтобы оставаться стабильными (не работает ) для внешних ошибок , когда любой из CT насыщен .

При внешней ошибке , худший случай с одним CT полностью насыщенным, а другим CT не насыщенным . Результирующий дифференциальный ток приведет к возникновению максимального напряжения на дифференциальном реле . настройка релевольтах ) с достаточным запасом , чтобы гарантировать, что дифференциальная защита не сработает при этом условии внешнего отказа .

сопротивление вторичных обмоток и кабелей трансформатора тока должен быть известен , и используется в расчетах настроек реле .

Для внутренних ошибок высокий импеданс дифференциального реле создает большую часть результирующего дифференциального тока через возбуждающие импедансы CT . результирующее напряжение на реле is essentially the open-circuit voltage of the CT , and will be well above the voltage setting of the relay . A non-linear resistor or varistor is connected across the relay terminals to limit the voltage to a safe value during fault conditions.

When a bus fault is detected , all of the circuit breakers on that bus are tripped . Bus faults are almost always permanent , rather than transient faults .

There must therefore be no auto-reclosing of breakers after a bus fault . Bus protections will often cancel the auto-reclose on any breaker which may have been initiated by another protection .

Many substations use bus bar arrangements such as double bus bar , as shown in the Figure 26, where feeders can be switched from one bus to another by means of isolating switches .

Figure 26 – Double bus bar arrangement

This complicates the bus protection somewhat, because the CT secondary circuits must be switched , by means of the isolator auxiliary switches , to correspond with the appropriate bus.

It is usual to have one zone of protection for each section of the bus . These are known as discriminating zones .

There is also another zone of differential protection for the entire substation , which is known as the check zone .

For tripping of a bus to take place with this arrangement it is necessary for both a discriminating zone relay and the check zone relay to operate .

Breaker Failure Protection

In HV substations is common the use of breaker failure protection (50BF ), if a breaker fails to be triggered by a tripping order , as detected by the non-extinction of the fault current , this back-up protection sends a tripping command to the upstream or adjacent breakers .

The breaker failure protection function is activated by a 0/1 binary signal received from the overcurrent protection functions (50/51, 50N/51N, 46, 67N, 67 ). It checks for the disappearance of current during the time interval specified by the time delay Т .

It may also be taken into account the position of the circuit breaker , read on the logic inputs to determine the actual opening of the breaker . Wiring a volt-free closed circuit breaker position contact on the breaker closed equation editor input can ensure that the protection is effective in the following situations:

  • When 50BF is activated by protection function 50N/51N (set point Is0 <0.2 In ), detection of the 50BF current set point can possibly be not operational .
  • When trip circuit supervision (TCS ) is used, the closed circuit breaker contact is short-circuited .

Automatic activation of this protection function requires the use of the program logic circuit breaker control function . A specific input may also be used to activate the protection from the equation editor . That option is useful for adding special cases of activation (e.g. tripping by an external protection unit ).

The time-delayed output of the protection unit should be assigned to a logic output via the control matrix.

The starting and stopping of the time delay Т counte r are conditioned by the presence of a current above the set point (I> Is ).

Weak End Infeed

Weak end infeed protection is a complement to the distance protection that is used if the value of fault current in the overhead line is lower than the set-point regulation of the distance protection .

Capacitor Banks Protection

When it comes to Power factor, Each phase of a capacitor bank is formed by groups of capacitors in series association for power factor improvement . The 3 phases are then connected in star , being the neutral point isolated or grounded , according to the operation of the network , as shown in Figure 27.

Figure 27 – Diagram of a capacitor bank

Common capacitor banks faults are:

  • Capacitors short-circuit or fault in the connection cables.
  • Short-circuit between the units and the metallic structure of racks or switchboards (phase-to-earth fault).
  • Overloads caused by network harmonics.
  • Dielectric breakdown due to network overvoltages or lightning.

When a group of capacitors fail and the neutral is grounded the bank will be imbalanced and a current will circulate in the neutral .

Each capacitor or group of capacitors is usually protected by fuses , which are already installed by the manufacturer.

Fuses must have an I 2 t characteristic that will not cause the fuse to blow with the inrush current resulting from the connection of the capacitor bank .

Common protection devices of capacitor banks are:

  • Instantaneous phase overcurrent (50 )
  • Instantaneous earth overcurrent (50N/50G )
  • Time delay phase overcurrent (51 )
  • Time delay earth overcurrent (51N/51G )
  • Over voltage protection (49 )

[1] HV :High Voltage (V ≥ 60 kV ); MV :Medium Voltage (1 kV ); LV :Low Voltage (V ≤ 1 kV ).

[2] МЭК :International Electrotecnical Comission.

[3] IEEE :Institute of Electrical and Electronics Engineers. ANSI :American National Standards Institute.

[4] Residual capacitive current in the case of phase-to-earth fault (IC ) is calculated by the equation IC =3Xc U , where Xc  is the capacitive reactance of the cable and U the phase-to-phase voltage of the network.

[5] In this article Gas Insulated Transformers (GIT ) are not analasyzed.

[6] rms :root mean square.

[7] Prime mover is the component that is used to drive the generato r and may be combustion engines (the case of diesel generator sets), gas turbines, steam turbines, wind turbines and hydraulic turbines.

[8] The field in an AC generator consists of coils of conductors within the generator that receive a voltage from a source (called excitation ) and produce a magnetic flux .

The magnetic flux in the field cuts the armature to produce a voltage . This voltage is ultimately the output voltage of the generator .

About the Author:Manuel Bolotinha

-Licentiate Degree in Electrical Engineering – Energy and Power Systems (1974 – Instituto Superior Técnico/University of Lisbon)
– Master Degree in Electrical and Computers Engineering (2017 – Faculdade de Ciências e Tecnologia/Nova University of Lisbon)
– Senior Consultant in Substations and Power Systems; Professional Instructor


Промышленные технологии

  1. 3 приложения, которые должны уделять особое внимание решениям защиты и фильтрации
  2. NEMS - наноэлектромеханические системы | Простой обзор
  3. 13 лучших устройств и систем для умного дома 2019 года
  4. SCADA-системы и индустрия 4.0
  5. Усовершенствованные системы контроля и защиты электрических цепей
  6. Все о газокислородном топливе
  7. Что такое защита от перегрузки?
  8. Все об алюминии:его сорта, применение и качество
  9. Обработка твердых и экзотических материалов:что это такое?
  10. Все о маслах для токарных станков и о том, как их использовать