Краткая история релейной защиты

Список литературы

1. Федосеев А.М., Федосеев М.А. Релейная защита электроэнергетических систем: учеб. для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М: Энергоатомиздат, 1992. – 528 с.

2. Кривенков В.В. Релейная защита и автоматика энергосистем: учебное пособие /В.В. Кривенков; под ред. А.Ф. Дьякова. – М.: Издательство МЭИ, 2012. – 164 с.

3. Басс Э.И., Дорогунцев В.Г. Релейная защита электроэнергетических систем: Учебное пособие/ под ред. А.Ф. Дьякова. – М.: Издательство МЭИ, 2002. – 296 с.

4. Дьяков А.Ф., Платонов В.В. Основы проектирования релейной защиты электроэнергетических систем: учебное пособие. – М.: Издательство МЭИ, 2000. – 248 с.

5. Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем – М.: Энергоатомиздат, 1998.

6. Правила устройств электроустановок. 7-е издание. М.: изд-во НЦ ЭНАС, 2003. – 640с.

7. СТО 59012820.29.020.002-2012. Релейная защита и автоматика. Взаимодействие субъектов электроэнергетики, потребителей электрической энергии при создании (модернизации) и организации эксплуатации.

8. Упражнения по релейной защите. Часть I, II: учебное пособие /О.П. Алексеев, Р.В. Темкина, Б.А. Сафронов; под ред. Р.В. Темкиной. – М.: Издательство МЭИ, 2016.

9. Сборник упражнений. Часть III / Р.В. Темкина, О.О., Николаева,
Б.А. Сафронов; под ред. Р.В. Темкиной.

Лекция 1. Введение в курс «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем»

Краткая история релейной защиты

В 1888 г. выдающийся русский электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский изобрел систему трехфазного тока. Вскоре под его руководством впервые в мире была осуществлена передача электрической энергии токами высокого напряжения (15 кВ) на большое расстояние и системы трехфазного тока получили широчайшее применение. Однако их эксплуатация невозможна без защит от электрических повреждений, наиболее опасным из которых является короткое замыкание (КЗ).

В электрической системе КЗ обычно сопровождаются резким возрастанием тока. Поэтому первыми появились токовые защиты, действующие в случае, когда ток в защищаемом элементе превышает заранее установленное значение. Первоначально токовые защиты выполнялись с использованием плавких предохранителей, которые и до этого использовались для защиты электрических установок еще с конца 19 века.
Но недостатки плавких предохранителей очевидны: это их одноразовость и также недостаточная точность определения предельного тока. И в скором времени вместо них повсеместно стали использоваться электромагнитные реле. Первые попытки использования реле для защиты от коротких замыканий относятся к началу 1890-х годов, когда появились электроустановки с первичными электромагнитными реле тока прямого действия, установленными непосредственно на выключателях.
Широкое применение для защиты реле получают, однако, только с первых десятилетий 20 столетия в связи с развитием электрических систем.

С 1901 г. появляются индукционные реле тока, построенные на базе индукционных измерительных механизмов, предложенных и разработанных также М.О. Доливо-Добровольским.

В 1905-1908 г.г. разрабатываются дифференциальные токовые защиты, основанные на сравнении токов на разных участках защищаемой линии. С 1910 начинают применяться токовые направленные защиты; к этому же времени относятся попытки выполнения дистанционных реле (реле сопротивления), завершившиеся выпуском в начале 20-х годов дистанционных защит.

В 1923-1928 г.г. предпринимаются первые шаги по использованию для релейной защиты токов высокой частоты, передаваемых по проводам защищаемых линий.

К 20-тым годам двадцатого века относится также выпуск первых обобщающих публикаций по релейной защите, выполняемой на электромеханической элементной базе. К ним, в частности, относится книга под редакцией немецкого электротехника Р. Рюденберга, перевод которой на русский язык был выпущен в 1930 г.

По мере развития трехфазных систем электроснабжения в XX веке стала развиваться и техника релейной защиты. Почти сразу встал вопрос о том, как отличить токи, определяемые нагрузкой, от токов, которые определяются повреждением элементов электроснабжения. Другими словами, возникла необходимость рассчитать ток короткого замыкания. Развитие техники релейной защиты и теории расчета токов короткого замыкания шли параллельно. Действительно, оказалось, что все параметры устройств релейной защиты базируются на расчетах токов короткого замыкания.

Первые попытки расчета сразу же показали, что это задача непростая, что требуется глубокое изучение всех электромагнитных процессов, связанных с началом и протеканием процесса короткого замыкания, включая процессы в электрических генераторах, двигателях, трансформаторах, линиях электропередачи. Интересно отметить, что еще в 1900 году, когда во многих странах (в том числе и в России) уже существовали многочисленные трехфазные системы электроснабжения, фактически не существовала теория расчета токов короткого замыкания.

Теоретическая база расчетов в тот период была готова только частично. Принципиальные законы расчета электрических цепей были уже известны, Г.Р. Кирхгоф еще в 1845 году сформулировал два основных закона расчета сложных электрических схем, он же положил начало расчета переходных процессов.

Однако до 1900 года все переходные процессы рассматривались на основе дифференциальных уравнений, и переменный ток также рассматривался как непрерывный переходный процесс. При этом известный ученый Г. Ми, изучая процессы распространения гармонического колебания вдоль проводов круглого сечения, обнаружил, что понятия емкости и индуктивности не имеют самостоятельного значения, а входят в некоторые функции, в которые входит также частота гармонического колебания. Говоря современным языком, он ввел понятие реактивного индуктивного и реактивного емкостного сопротивлений.

К 1909 году была разработана теория протекания тока в земле, что оказалось важным для анализа несимметричных коротких замыканий. Однако до 1930 года все расчеты переходных процессов велись, выражаясь современным языком, в фазных координатах.

Перелом произошел к 1930 г оду, когда американский ученый Фортескью предложил несимметричную и некомпенсированную систему векторов представлять в виде геометрической суммы двух симметричных и скомпенсированных векторов и одной не скомпенсированной системы одинаково направленных векторов. Впоследствии эта система расчетов получила название метод симметричных составляющих. Преимущества такого метода расчета несимметрии оказались неоспоримыми, и он вошел в практику расчетов практически мгновенно.

Следующий этап - это появление вычислительной техники, которая позволила создать такие программы, которые могли рассчитать токи (а заодно и другие электрические величины), возникающие при коротких замыканиях. Первые опыты далеко не все были удачными, отчасти из-за недостаточной мощности ЭВМ первых поколений, а отчасти и от сложности решения таких задач.

Сейчас физические модели постоянного и переменного тока ушли в историю. Их место прочно заняли цифровые методы расчета на базе программ и соответствующих ЭВМ, мощность которых постоянно растет, что открывает безграничные возможности по совершенствованию программ расчета электрических режимов и в частности расчета токов КЗ.

С конца 1960 г. Начались разработки первых вариантов программных защит.

В настоящее время в разных областях получает широкое применение микропроцессорная техника, в основе которой находятся микропроцессоры. Это перспективное направление начинает применяться и для осуществления релейной защиты, которая реализуется уже не с помощью реле, а в виде программ, закладываемых в память микропроцессорных систем.

Стандарт организации ОАО «СО ЕЭС» СТО 59012820.29.020.002-2012. Релейная защита и автоматика. Взаимодействие субъектов электроэнергетики, потребителей электрической энергии при создании (модернизации) и организации эксплуатации.

Вопросы к лекции №1

1. Что представляет собой ЭЭС?

2. Каково назначение системы автоматического управления САУ?

3. Перечислить и охарактеризовать основные режимы ЭЭС.

4. По каким причинам ограничивается длительность существования ненормальных режимов ЭЭС?

5. Каково назначение противоаварийной автоматики?

6. Каково назначение релейной защиты?

7. Какие функции должна выполнять РЗ от КЗ?

8. Что понимается под отказом функционирования РЗ?

9. Какое влияние оказывает быстродействие РЗ на работу ЭЭС?

10. Какими видами селективности могут обладать устройства РЗ?

11. Какие требования предъявляются к РЗ от КЗ?

12. Что понимается под «чувствительностью» РЗ?

13. Чем отличаются защиты с абсолютной и относительной селективностью?

14. Что понимается под «основной» и «резервной» защитой?