Что такое чувствительность релейной защиты

Релейная защита: чувствительность и её коэффициент.

9 декабря 2013 в 10:00

В отечественной практике термином «чувствительность» принято обозначать свойство релейной защиты, позволяющее выявлять расчётные виды повреждений и ненормальных режимов энергосистемы в зоне действия релейной защиты.

В ПУЭ [1] понятие, обозначаемое термином «чувствительность» [2] используют для характеристики любых защит, независимо от напряжения электроустановки, но определение понятия, обозначаемого этим термином в данном документе нет.

Если чувствительность некоторых изделий можно определить непосредственно [1], то в релейной защите эту характеристику оценивают косвенно, причем способ оценки зависит от напряжения электроустановки [1].

Здесь необходимо отметить, что во многих других странах оценку чувствительности не производят [3].

Согласно ПУЭ для оценки чувствительности защит в электроустановках напряжением свыше 1000 В применяют коэффициент чувствительности [4, 5, 6].

Значение коэффициента чувствительности для защит, реагирующих на возрастание контролируемой величины, находят как отношение их расчетных значений в пределах защищаемой зоны к уставке срабатывания.

Для токовых защит линии коэффициент чувствительности в общем случае находят по формуле:

где — минимальный ток короткого замыкания для защищаемой линии (обычно – в конце защищаемого участка);

— ток срабатывания защиты.

Принято считать, что в общем случае такая защита будет работать правильно, если выполняется соотношение:

Найденное по этой формуле (1) значение коэффициента чувствительности должно быть не меньше нормированного значения, установленного в [1], и которое в зависимости от вида защиты может изменяться от 1,5 до 2,0.

В [3] показано, что при изменении значения коэффициента чувствительности от 1,2 до 1,4 вероятность срабатывания защиты изменяется незначительно, от 0,998 до 1,000.

Рассмотрим теперь, как рекомендуют определять коэффициент чувствительности токовой отсечки в одной из методик расчета уставок (см. [4], пример 2.1).

Для экономии места исходные данные для расчета приведены в экспликациях к формулам.

Расчет начинают с определения пускового тока электродвигателя I пуск эд по формуле :

I пуск эд = k пуск · I ном = 5,7 · 113,2 = 645 А

Где k пуск – каталожное значение пускового тока, равное 5,7 для асинхронного электродвигателя серии А4;

I ном – номинальный ток электродвигателя, определенный по известным значениям номинальной мощности, номинального напряжения, коэффициентв полезного действия и мощности или взятый из каталожных данных.

Пусковой ток может быть определен и по приведенному в каталожных данных номинальному току электродвигателя.

Наименьшее значение тока двухфазного КЗ на выводах электродвигателя находим по формуле:

Ток срабатывания токовой отсечки рассчитывают по формуле:

Коэффициент чувствительности защиты при двухфазном КЗ находим по формуле (1), подставив в неё найденные значения:

На основании выполнений расчетов в методике [4] сделан вывод: «коэффициент чувствительности ТО получился меньше двух».

Можно ли говорить, что уменьшение коэффициента чувствительности всего на 7% (2,00-1,86=0,14; 0,14/2,00=0,07) по сравнению со значением, указанным в ПУЭ, делает данную защиту непригодной?

Отметим, что если в формуле (5) будет использовано расчетное значение = 3031 А, вместо округленного (3000) расчетное значение коэффициента чувствительности будет всего на 6% (3031/1612 = 1,88) меньше значения, рекомендованного ПУЭ.

Приблизительность такого подхода видна и в том, что в формуле (4) условием несрабатывания ТО при пуске электродвигателя служит выбор множителя, равного 2,5, что и приводит к увеличению расчетного тока и, в конечном итоге, уменьшению коэффициента чувствительности.

Если предположить, а потом опытным путем доказать, что токовая отсечка не будет срабатывать при выборе уставки, равной 2,35 пускового тока электродвигателя, то значение коэффициента чувствительности и при пусковом токе 645 А будет удовлетворять требованиям ПУЭ.

В рассматриваемой методике вместо уменьшения множителя в формуле (4) предложено аналогичное по своей сути действие – уменьшение второго сомножителя путем «уточнения» пускового тока электродвигателя [2].

Отметим, что в любом случае реальный пусковой ток электродвигателя останется неизвестным, а все выводы будут основаны на расчетах, выполненных по каталожным данным электродвигателя.

В методике предложено использовать известную формулу (6) для нахождения пускового тока электродвигателя по найденным расчетным путем сопротивления питающей системы = 0,92 Ом и пускового сопротивления электродвигателя = 5,37 Ом :

Ток срабатывания токовой отсечки при таком значении пускового тока составит

В этом случае значение коэффициента чувствительности возрастает до

Если в исходную формулу (5) поставить расчетное значение тока А, то значение коэффициента чувствительности возрастет ещё больше и станет равным 2,18.

После получения искомого результата в методике [4] сделан вывод: «Коэффициент чувствительности ТО получился больше двух, поэтому применять дифференциальную защиту не требуется»

Заключение о таком выводе читатель может сделать самостоятельно.

В электроустановках напряжением до 1000 В для оценки чувствительности токовых защит вместо «коэффициента чувствительности» ПУЭ предусматривает другую характеристику – кратность тока короткого замыкания, задаваемую в процентах по отношению к:

Значения кратности тока согласно [1] в зависимости от типа аппарата защиты может находится в диапазоне

Разделив правую и левую часть неравенства на 100%, можно убедиться, что по своей сути это немного видоизмененный способ задания коэффициента чувствительности.

Сказанное выше позволяет сделать такие выводы:

Литература:

[1] Например, в метрологии чувствительности средства измерения находят как отношение изменения выходного сигнала к изменению измеряемой величины.

[2] Для получения требуемого значения коэффициента чувствительности пусковой ток не должен превышать 600 А.

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Чувствительность релейной защиты необходима для того, чтобы уже при небольших отклонениях от нормальных режимов работы защита реагировала на них. При этом обеспечивается быстрое восстановление нормального режима работы установки и малый объем разрушений поврежденного элемента. [1]

Чувствительностью релейной защиты называют ее способность реагировать на все виды повреждений и ненормальных режимов, которые могут возникать в пределах основной защищаемой зоны и зоны резервирования. [2]

Под чувствительностью релейной защиты понимается ее способность реагировать на возможные повреждения в минимальных режимах работы системы электроснабжения, когда изменения воздействующих величин минимальны. Обычно защиту стремятся сделать наиболее чувствительной, сохраняя, однако, ее селективность. С ростом нагрузок систем электроснабжения и длины линий, особенно сельского электроснабжения, значения токов и напряжений при коротком замыкании приближаются к их значениям в нормальных режимах. В связи с этим удовлетворение требования чувствительности затрудняется. [3]

Под чувствительностью релейной защиты понимается ее способность реагировать на возможные повреждения в минимальных режимах работы системы электроснабжения, когда изменение воздействующей величины минимально. По отношению к каждому комплекту защиты это требование определяется необходимостью обеспечить срабатывание защиты при повреждении в пределах защищаемой зоны. Обычно стремятся сделать защиту возможно более чувствительной, сохраняя, однако, ее селективность, что и ставит практический предел возможной чувствительности защиты. С ростом нагрузок систем электроснабжения и увеличением длины линий электропередачи значения токов и напряжений при КЗ приближаются к их значениям в нормальных режимах. [4]

Под чувствительностью релейной защиты понимается ее способность реагировать на возможные повреждения в системе. [5]

В большинстве случаев для проверки чувствительности релейной Защиты допустимо пользоваться значением тока к. [6]

Как уже отмечалось выше, для выбора уставок и проверки чувствительности релейной защиты используется обычно начальный или сверхпереходный ток. [10]

Чувствительностью называют свойство защиты реагировать на самые незначительные повреждения и нарушения нормального режима работы, которые могут возникнуть на защищаемых элементах. Чувствительность релейной защиты должна обеспечить ее действие при минимальных токах к. [11]

Чувствительность реле характеризуется минимальным значением входного параметра, при котором реле срабатывает. Повышение чувствительности обеспечивает улучшение качества электроустановок. Так, например, увеличение чувствительности релейной защиты от токов короткого замыкания позволяет расширить зону защиты, обеспечивая тем самым большую защищаемую длину линий электропередачи. [14]

Под селективностью понимается способность реле отключать только поврежденный участок энергосистемы. Достаточно высокое быстродействие позволяет резко снизить последствия аварии, сохранить устойчивость системы при аварийных режимах, обеспечить высокое качество электроэнергии. Минимальное значение входного параметра, при котором реле срабатывает, называется чувствительностью. Увеличение чувствительности позволяет улучшить качество электротехнических устройств. Так, например, повышение чувствительности релейной защиты позволяет сократить длину линии электропередачи, которая не может быть защищена от аварийных режимов. [15]

Источник

Релейная защита: чувствительность и её коэффициент

В отечественной практике термином «чувствительность» принято обозначать свойство релейной защиты, позволяющее выявлять расчётные виды повреждений и ненормальных режимов энергосистемы в зоне действия релейной защиты.

В ПУЭ [1] понятие, обозначаемое термином «чувствительность» [2] используют для характеристики любых защит, независимо от напряжения электроустановки, но определение понятия, обозначаемого этим термином в данном документе нет.

Если чувствительность некоторых изделий можно определить непосредственно [1], то в релейной защите эту характеристику оценивают косвенно, причём способ оценки зависит от напряжения электроустановки [1].

Здесь необходимо отметить, что во многих других странах оценку чувствительности не производят [3].

Согласно ПУЭ для оценки чувствительности защит в электроустановках напряжением свыше 1000 В применяют коэффициент чувствительности [4, 5, 6].

Значение коэффициента чувствительности для защит, реагирующих на возрастание контролируемой величины, находят как отношение их расчётных значений в пределах защищаемой зоны к уставке срабатывания.

Для токовых защит линии коэффициент чувствительности в общем случае находят по формуле:

(1)

где — минимальный ток короткого замыкания для защищаемой линии (обычно – в конце защищаемого участка); — ток срабатывания защиты.

Принято считать, что в общем случае такая защита будет работать правильно, если выполняется соотношение:

Найденное по этой формуле (1) значение коэффициента чувствительности должно быть не меньше нормированного значения, установленного в [1], и которое в зависимости от вида защиты может изменяться от 1,5 до 2,0.

В [3] показано, что при изменении значения коэффициента чувствительности от 1,2 до 1,4 вероятность срабатывания защиты изменяется незначительно, от 0,998 до 1,000.

Рассмотрим теперь, как рекомендуют определять коэффициент чувствительности токовой отсечки в одной из методик расчёта уставок (см. [4], пример 2.1).

Для экономии места исходные данные для расчёта приведены в экспликациях к формулам.

Расчёт начинают с определения пускового тока электродвигателя I _{пуск эд} по формуле:

где k _пуск – каталожное значение пускового тока, равное 5,7 для асинхронного электродвигателя серии А4;

I _ном – номинальный ток электродвигателя, определенный по известным значениям номинальной мощности, номинального напряжения, коэффициентв полезного действия и мощности или взятый из каталожных данных.

Пусковой ток может быть определён и по приведенному в каталожных данных номинальному току электродвигателя.

Наименьшее значение тока двухфазного КЗ на выводах электродвигателя находим по формуле:

(3)

Ток срабатывания токовой отсечки рассчитывают по формуле:

(4)

Коэффициент чувствительности защиты при двухфазном КЗ находим по формуле (1), подставив в неё найденные значения:

(5)

На основании выполнений расчётов в методике [4] сделан вывод: «коэффициент чувствительности ТО получился меньше двух».

Можно ли говорить, что уменьшение коэффициента чувствительности всего на 7% (2,00-1,86=0,14; 0,14/2,00=0,07) по сравнению со значением, указанным в ПУЭ, делает данную защиту непригодной?

Отметим, что если в формуле (5) будет использовано расчётное значение = 3031 А, вместо округлённого (3000) расчётное значение коэффициента чувствительности будет всего на 6% (3031/1612 = 1,88) меньше значения, рекомендованного ПУЭ.

Приблизительность такого подхода видна и в том, что в формуле (4) условием несрабатывания ТО при пуске электродвигателя служит выбор множителя, равного 2,5, что и приводит к увеличению расчётного тока и, в конечном итоге, уменьшению коэффициента чувствительности.

Если предположить, а потом опытным путем доказать, что токовая отсечка не будет срабатывать при выборе уставки, равной 2,35 пускового тока электродвигателя, то значение коэффициента чувствительности и при пусковом токе 645 А будет удовлетворять требованиям ПУЭ.

В рассматриваемой методике вместо уменьшения множителя в формуле (4) предложено аналогичное по своей сути действие – уменьшение второго сомножителя путём «уточнения» пускового тока электродвигателя [2].

Отметим, что в любом случае реальный пусковой ток электродвигателя останется неизвестным, а все выводы будут основаны на расчетах, выполненных по каталожным данным электродвигателя.

В методике предложено использовать известную формулу (6) для нахождения пускового тока электродвигателя по найденным расчётным путём сопротивления питающей системы = 0,92 Ом и пускового сопротивления электродвигателя = 5,37 Ом:

(6)

Ток срабатывания токовой отсечки при таком значении пускового тока составит:

(7)

В этом случае значение коэффициента чувствительности возрастает до:

(8)

Если в исходную формулу (5) поставить расчётное значение тока А, то значение коэффициента чувствительности возрастет ещё больше и станет равным 2,18.

После получения искомого результата в методике [4] сделан вывод: «Коэффициент чувствительности ТО получился больше двух, поэтому применять дифференциальную защиту не требуется».

Заключение о таком выводе читатель может сделать самостоятельно.

В электроустановках напряжением до 1000 В для оценки чувствительности токовых защит вместо «коэффициента чувствительности» ПУЭ предусматривает другую характеристику – кратность тока короткого замыкания, задаваемую в процентах по отношению к:

— номинальному току плавкой вставки предохранителя;

— току уставки автоматического выключателя с максимальным расцепителем мгновенного действия;

— номинальному току расцепителя с нерегулируемой обратнозависимой от тока характеристикой;

— току трогания расцепителя с регулируемой обратнозависимой от тока характеристикой.

Значения кратности тока согласно [1] в зависимости от типа аппарата защиты может находится в диапазоне:

Разделив правую и левую часть неравенства на 100%, можно убедиться, что по своей сути это немного видоизменённый способ задания коэффициента чувствительности.

Сказанное выше позволяет сделать такие выводы:

1. Использование термина «чувствительность релейной защиты», прежде всего является данью традиции, а понятие, обозначаемое этим термином, не имеет стандартизированного определения.

2. Оценка чувствительности релейной защиты по-разному, в зависимости от напряжения электроустановки, создаёт ложное впечатление о различии понятий, обозначаемых разными терминами:

— «кратность тока короткого замыкания» (используют в электроустановках напряжением до 1000 В);

— «коэффициент чувствительности» (применяют в электроустановках напряжением свыше 1000 В).

Нормирование «коэффициента чувствительности», а тем более проверка этого коэффициента при расчетах уставок защит, во многом обусловлено свойствами применявшихся ранее реле защиты и перенесено на цифровые устройства без достаточных технических обоснований.

1. Правила устройства электроустановок. М.: Главгосэнергонадзор России, 1998, 608 с.

2. Чувствительность // [Электронный ресурс «Всё о релейной защите], Режим доступа (Материал первоначально был размещён здесь ).

3. Шалин А. И. Надёжность и диагностика релейной защиты энергосистем. Новосибирск, издательство НГТУ, 2002, 384 с.

4. Гондуров С. А., С. В. Михалев, М. Г. Пирогов, А. Л. Соловьёв. Релейная защита электродвигателей напряжением 6-10 кВ терминалами БМРЗ. Методика расчёта. С-Петербург, ПЭИПК, 2013, 60 с.

5. Чернобровов Н. В., Семёнов В. А. Релейная защита энергетических систем. М.: Энергоатомиздат, 1998, 800 м.

[1] Например, в метрологии чувствительности средства измерения находят как отношение изменения выходного сигнала к изменению измеряемой величины.

Источник

Проблема оценки чувствительности релейной защиты

Одним из основных требований к релейной защите является требование чувствительности. Чувствительность защиты должна быть достаточной для её надёжного действия при КЗ в конце установленной для неё зоны в минимальном режиме энергосистемы и при замыканиях через переходное сопротивление (через дугу). В отечественной практике в качестве меры чувствительности используется коэффициент чувствительности, это регламентировано в ПУЭ.

Цитата из п. 3.2.20 ПУЭ:

«Оценка чувствительности основных типов релейных защит должна производиться при помощи коэффициента чувствительности, определяемого:

Итак, по нормативным требованиям чувствительность защит различного типа следует оценивать с помощью коэффициента чувствительности, определяемого при металлическом КЗ. Но насколько объективен этот показатель? Правильно ли сравнивать чувствительность, к примеру, реле тока (РТ) и реле сопротивления (РС) по их коэффициентам чувствительности? Ответ нет, неправильно. Обоснуем это утверждение на простом примере трёхфазного КЗ на стороне ВН трансформатора блока генератор-трансформатор. Параметры защищаемого объекта следующие.

Схема замещения защищаемого объекта при металлическом трёхфазном КЗ на стороне ВН трансформатора (по прямой последовательности) приведена на рис. 1. Место установки защиты обозначено флажком. Координата места повреждения обозначена как x_f.

Рис. 1. Схема замещения трёхфазного КЗ на стороне ВН блока

Рассчитанные параметры схемы замещения:

Рассчитанный по схеме замещения ток металлического трёхфазного КЗ на стороне ВН блока равен I_кз = 1039 А. Рассчитаем уставки РТ и РС исходя из условия равенства их коэффициентов чувствительности K_ч при КЗ в указанной точке (примем для обоих реле K_ч = 1,5). Ток срабатывания РТ при K_ч = 1,5:

Сопротивление срабатывания РС при K_ч = 1,5:

Пусть РС будет ненаправленным с круговой характеристикой срабатывания (рис. 2).

Рис. 2. Характеристика срабатывания РС

Теперь выясним насколько реально чувствительны РТ и РС с одинаковым K_ч = 1,5 к трёхфазным КЗ на стороне ВН защищаемого блока генератор-трансформатор. Очевидно, что и то, и другое реле в случае металлического трёхфазного КЗ в данной точке сработают надёжно. Какое же должно произойти КЗ, чтобы выбранные РТ и РС оказались к нему нечувствительными и отказали в срабатывании? Единственный параметр режима КЗ, который влияет на чувствительность реле в нашем примере – это переходное сопротивление в месте повреждения R_f. По мере увеличения R_f при каком-то его значении защиты перестают срабатывать. Для каждой конкретной точки КЗ это значение R_f будет своё. Если для каждой точки КЗ x_f в пределах защищаемой зоны получить значения R_f, при которых защита перестаёт срабатывать, то полученная зависимость будет представлять собой вполне конкретную меру чувствительности этой защиты, причём с явным физическим смыслом. Назовём такую зависимость характеристикой чувствительности защиты (реле) к переходному сопротивлению. Для рассматриваемых РТ и РС характеристики чувствительности к переходному сопротивлению приведены на рис. 3. Координата x_f = 0 о.е. соответствует стороне НН трансформатора блока, а x_f = 1,0 о.е. – стороне ВН. Какую информацию можно получить из характеристик на рис. 3? Во-первых, оказывается, что РТ и РС с одинаковым коэффициентом чувствительности при металлическом КЗ на стороне ВН трансформатора блока имеют разную чувствительность к переходному сопротивлению, причём не только при КЗ на стороне ВН, но и в пределах всего трансформатора блока. Во вторых, чувствительность РТ к переходному сопротивлению оказывается более чем в 2 раза выше, чем у РС.

Таким образом, выясняется, что показатель коэффициента чувствительности является не вполне объективной мерой чувствительности измерительных органов релейной защиты. Выходит, что если мы хотим получить реальную картину, то сравнивать по чувствительности различные реле (различного типа, с различными формами характеристики срабатывания) с помощью коэффициента чувствительности нельзя.

Рис. 3. Характеристики чувствительности РТ и РС к переходному сопротивлению

Рекомендуемые записи

Программный комплекс Matlab/Simulink позволяет моделировать не только электрические сети, но и многое другое, в том…

Насколько нам известно, вплоть до конца девятнадцатого века не было ни релейщиков, ни релейной защиты…

Программный комплекс Matlab/Simulink позволяет моделировать не только электрические сети, но и многое другое, в том…

Источник