Основы электроснабжения : Раздел "Релейная защита электроустановок"

M i l 
У 

московский 

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 
ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 

РЕДАКЦИОННЫЙ 
С
О
В
Е
Т 

ИЗДАТЕЛЬСТВО 
МОСКОВСКОГО 
ГОСУДАРСТВ Е Н НОГО 
ГОРНОГО 
УНИВЕРСИТЕТА 

Председател ъ 

Л.А. 
ПУЧКОВ 
президент МГГУ, 
чл. -корр. 
РАН 

Зам. председателя 

Л.Х. 
ГИТИС 
директор 
Издательства 
\ТГГЪ* 

Члены 
редсовета 

КВ. ДЕМЕНТЬЕВ 
академик 
РАЕН 

АЛ. ДМИТРИЕВ 
академик 
РАЕН 

Б.А. КАРТОЗИЯ 
академик 
РАЕН 

А.В. КОРЧАК 
академик 
МАИ 
ВШ 

М.В. КУРЛЕНЯ 
академик 
РАН 

В. И. ОСИПОВ 
акадел/ик 
РАН 

В.Л. ПЕТРОВ 
академик 
MAPI 
ВШ 

э.м. 
СОКОЛОВ 
академик 
М4Н 
ВШ 

КН. ТРУБЕЦКОЙ 
академик 
РАН 

ВА. ЧАНТУРИЯ 
акаделшк 
РАН 

Е.И. ШЕМЯКИН 
академик 
РАН 

ВЫСШЕЕ ГОРНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ 

Л.А. 
ПЛАЩАНСКИЙ 
ОСНОВЫ 
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 

Р А З Д Е Л 
«РЕЛЕЙНАЯ 
ЗАЩИТА 
ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК» 

4-е 
издание, 
стерео т ипное 

Допущено 
Учебно-методическим 
объединением 
вузов Российской 
Федерации 
по образованию 
в 
области горного 
дела в качестве учебного 
пособия для студентов 
вузов, обучающихся 
по специальности 
«Электропривод 
и 
автоматика 
промышленных 
установок 
и 
технологических 
комплексов» 
(квалификация 
— горный 
инженер) 
направления 
подготовки 
дипломированных 
специалистов 
«Электротехника, 
электромеханика 
и 
электротехнологии» 

МОСКВА 

ИЗДАТЕЛЬСТВО 
МОСКОВСКОГО 
ГОСУДАРСТВЕННОГО 
ГОРНОГО 
УНИВЕРСИТЕТА 

2 0 0 8 

УДК 621.31:622.3.012 
ББК 32.211 
П 3 7 

Книга соответствует 
«Гигиеническим требованиям к изданиям 
книжным для взрослых. СанПиН 1.2.1253-03», утвержденным Главным государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 г. 
(ОСТ 29.124—94). Санитарно-эпидемиологическое 
заключение Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей 
№ 
77.99.60.953.Д.008501.07.07 

Рецензенты: 
• 
кафедра Теоретической электротехники и электрификации нефтяной и газовой промышленности РГУНиГ (проф., канд. техн. наук 
А.Д. Призов) 

• 
проф., д-р техн. наук А. Т. Ерыгин (ИПКОН РАН) 

Плащанский Л.А. 

П 37 
Основы электроснабжения. Раздел «Релейная защита электроустановок»: Учебное пособие. — 4-е изд., стер. — М.: Издательство 
Московского государственного горного университета, 2008. — 143 с. 

FSBN 978-5-7418-0363-6 

Изложены вопросы, связанные с зашитой электроустановок и линий 
Представлены требования, предъявляемые к релейной защите, элементам зашиты, источникам оперативного тока. Рассмотрены зашиты от внешних коротких замыканий в 

электроустановках напряжением выше I кВ, зашиты силовых трансформаторов, 

синхронных и асинхронных электродвигателей, КРУ, ТПА, шинных конструкций, 

воздушных и кабельных линий. Приведены методики расчетов зашит и проверки 

правильности выбора установок зашиты 

Для студентов горных вузов и факультетов, обучающихся по специальности 

«Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов» (квалификация — горный инженер) направления подготовки дипломированных специалистов 
«Электротехника, 
электромеханика и электротехнологии». 

Может быть полезна магистрам, аспирантам и специалистам, занимающимся вопросами релейной зашиты. 

ISBN 978-5-7418-0363-6 

УДК 621.31:622.3.012 
ББК 32.211 

© Л.А. Плащанский, 2005, 2008 
© Издательство М Т У , 2005,2008 
© Дизайн книги. Издательство 
МГГУ, 2005, 2008 

Глава 
1 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РЕЛЕЙНОЙ 
ЗАЩИТЕ 

В процессе эксплуатации электрических сетей и электроустановок возникают повреждения и анормальные режимы 
работы, приводящие к резкому увеличению тока и понижению напряжения в элементах системы электроснабжения. 
Особенно опасны короткие замыкания (КЗ). 

В большинстве случаев при КЗ возникает электрическая 
дуга с высокой температурой, приводящей к разрушению 
электрических аппаратов, изоляторов и токоведущих частей. 
Так как при КЗ к месту повреждения притекают большие токи, то возможен перегрев неповрежденных токоведущих частей, что вызывает развитие аварии. 

Для обеспечения надежного электроснабжения, предотвращения разрушения оборудования электроустановок и сохранения устойчивой работы элементов системы необходимы возможно быстрое отключение поврежденного участка 
или элемента, а также ликвидация опасного анормального 
режима. В основном для этих целей используют специальные 
автоматические устройства в виде релейной защиты, отключающей выключатели. 

При отключении выключателей электрическая дуга в 
месте повреждения гаснет, прохождение тока КЗ прекращается и восстанавливается напряжение на неповрежденной 
части сети. 

При нарушении нормального режима работы иногда нет 
необходимости в отключении электрооборудования, а достаточно дать предупредительный сигнал обслуживающему 
персоналу на подстанции; при его отсутствии — оборудование автоматически отключается, но обязательно с выдержкой времени. 

Одним из основных видов анормальных режимов являются перегрузки, представляющие серьезную опасность для 
изоляции электродвигателей, трансформаторов и генераторов. Защита от перегрузок осуществляется с выдержкой времени большей, чем у защит от КЗ. Защита от перегрузок в 

сетях не предусматривается, так как в правильно спроектированной сети перегрузки маловероятны. Для некоторых 
видов электрооборудования характерны специфические повреждения и анормальные режимы, а именно недопустимое 
снижение напряжения при самозапуске электродвигателей; 
витковые замыкания у трансформаторов и понижение уровня масла в кожухе; витковые замыкания и повышение напряжения в обмотке статора, замыкания в цепи возбуждения 
генераторов; однофазные замыкания. 

Таким образом, релейной защитой (РЗ) называют защиту электрических установок от возможных повреждений и 
анормальных режимов работы, осуществляемую посредством автоматических устройств (контактных, 
бесконтактных). Основным назначением РЗ являются выявление места 
повреждения и быстрое автоматическое отключение выключателем поврежденного участка или оборудования, а также 
обнаружение нарушения нормального режима работы с последующей подачей предупредительного сигнала обслуживающему персоналу или отключением оборудования с выдержкой времени. 

Для предупреждения каждого из перечисленных повреждений необходим свой вид релейной защиты, в соответствии 
с чем, для отдельных элементов электроустановок рекомендуются следующие наборы защит: 

1) для генераторов — от внешних КЗ, перегрузок, многофазных замыканий, однофазных замыканий на землю, замыканий между витками одной фазы в обмотке 
статора, замыканий на корпус в цепи возбуждения и 
повышения напряжения в обмотке статора; 

2) для силовых трансформаторов — от внешних КЗ, перегрузок, многофазных замыканий, однофазных замыканий на землю, витковых замыканий в обмотках, 
понижения уровня масла в кожухе трансформатора; 

3) для воздушных и кабельных линий — от многофазных 
замыканий, однофазных замыканий на землю и внешних КЗ; 

4) для синхронных и асинхронных электродвигателей — 
от многофазных замыканий, однофазных замыканий 

6 

на землю, перегрузок, снижения напряжения и асинхронного режима для СД; 
5) для конденсаторных установок — от КЗ, повышения 
напряжения и перегрузок токами высших гармоник 
при наличии в сети вентильных преобразовательных и 
выпрямительных установок. 
Для защиты ряда электроустановок вместо автоматических выключателей и РЗ следует применять предохранители 
или открытые плавкие вставки. Если они выбраны с требуемыми параметрами, то обеспечивают селективность и чувствительность и не препятствуют применению автоматики. 

Для изображения на чертежах схем РЗ применяются специальные 
условные 
обозначения 
электрических 
машин, 
трансформаторов, электрических аппаратов, приборов, реле, 
контактов и т. д. в соответствии с Государственными стандартами, входящими в седьмую классификационную 
группу 
ЕСКД[2]. 

Предохранители и устройства РЗ от многофазных замыканий являются основными средствами защиты, однако, в 
случае выхода их из строя в качестве резервной для сетей, 
трансформаторов и генераторов предусматривается защита 
от внешних коротких замыканий. Такая защита осуществляет отключение только с определенной выдержкой времени, 
так как предназначена для работы только при отказе основной защиты. 

В устройствах РЗ рекомендуется, по соображениям снижения стоимости электроустановок, применять реле прямого 
действия в отличие от схем, где используются реле косвенного действия. 

Наиболее распространены следующие виды схем релейной защиты: принципиальные совмещенные, принципиальные развернутые, монтажные и структурные. 

Принципиальные совмещенные схемы наиболее наглядно 
показывают связь между реле и другими аппаратами и последовательность их действия, однако для сложных схем РЗ и автоматики удобнее принципиальные развернутые схемы, выполненные по отдельным цепям: тока, напряжения, оперативного тока, сигнализации и т. д. В этих схемах реле могут 
изображаться в одной части схемы, а их контакты — в другой. 

7 

Монтажные схемы представляют собой рабочие чертежи, по которым производится монтаж панелей РЗ, автоматики, сигнализации. Схемы, отражающие все фактические 
соединения, выполненные при монтаже и наладке, называются исполнительными. 

Для изображения общей структуры устройств РЗ без выделения отдельных реле и других аппаратов используются 
структурные схемы, на которых надписями указываются назначения отдельных блоков, узлов, органов. 

При проектировании РЗ и автоматики должны учитываться: схемы первичных соединений сетей и подстанций, 
необходимый уровень надежности электроснабжения электроприемников; их режимы работы, включая переходные; 
технические требования, предъявляемые к защите электрооборудования, технические требования энергосистемы; возможные виды повреждений и анормальных режимов работы. Как правило используются устройства, выполненные с 
электромеханическими 
или полупроводниковыми 
реле, а 
также комплектные устройства РЗ и автоматики с измерительными и функциональными органами на интегральных 
микросхемах. 

8 

Глава 
2 

ТРЕБОВАНИЯ, 
ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ 
К РЕЛЕЙНОЙ 
ЗАЩИТЕ 

К релейной защите от повреждений и аномальных режимов работы предъявляют следующие основные требования: 
1) селективность; 2) быстродействие; 3) надежность; 4) чувствительность. 

Селективностью или избирательностью защиты называется способность ее отключать при коротких замыканиях 
только поврежденный участок ближайшими к нему выключателями. Так, при КЗ в т. К1 (рис. 2.1) должна сработать 
защита только на выключателе QF1 и отключить этот выключатель. При этом остальная неповрежденная часть электроустановки остается в работе. Если же неправильно сработает защита и отключится выключатель QF5, то следствием такого неселективного срабатывания будет отключение 
неповрежденных электродвигателей. 

Таким образом, требование селективности является основным условием для обеспечения надежного питания потребителей. 

Быстрое отключение поврежденного оборудования или 
участка сети предотвращает возможное развитие аварии, повышает эффективность автоматического повторного включения линий и сборных шин, снижает продолжительность снижения напряжения у потребителей. Устройства РЗ должны 
обеспечивать возможно меньшее время отключения повреждения с целью сохранения бесперебойной защиты неповрежденной части системы. 

Если быстродействующая 
РЗ установлена на 
линиях 
электропередачи с трубчатыми разрядниками, то ее необходимо отстроить от работы разрядников. При этом наименьшее время срабатывания РЗ до момента подачи сигнала на 
отключение должно быть больше времени 
однократного 
срабатывания самих разрядников (0,06—0,08 с). 

/Для исключения отказов срабатывания защиты в каждом 
конкретном случае следует рассматривать целесообразность ее 
действия от начального значения тока или сопротивления при КЗ. 

9 

_^ w 4Zr-(D 
О 

г—I 
{ £ \ 

Q.F1 
7 

Рис. 2.1. Схема, поясняющая принцип селективности релейной защиты 

Полное время отключения повреждения t0Tjai определяется временем срабатывания защиты г р з и выключателя гв, т. е. 
fonui = tp3 + fB. Время срабатывания наиболее распространенных типов выключателей 0,06—0,15 с. Защиты, действующие 
с временем срабатывания до 0,1—0,2 с, называются быстродействующими. Современные быстродействующие защиты 
обладают временем срабатывания 0,02—0,04 с. 

В ряде случаев одновременное выполнение требований 
селективности и быстродействия вызывает серьезные трудности из-за усложнения защиты. Тогда в первую очередь выполняется то требование, которое в данном конкретном случае является определяющим. 

В целях упрощения допускается применение быстродействующих неселективных защит, однако при этом применяется автоматическое повторное включение (АПВ), быстро 
вводящее в работу неселективно отключившийся элемент. 

Требование к времени действия защиты от анормальных 
режимов зависит от их последствий, так как такие режимы 
часто носят кратковременный характер и ликвидируются 
сами, например, перегрузка при пуске асинхронного двигателя. Поэтому отключение оборудования в таких режимах 
должно производиться только тогда, когда появляется опасность его повреждения, но обязательно с выдержкой времени. 

Надежность защиты заключается в безотказной работе 
ее элементов в пределах установленной для нее зоны. Надежность 
ее функционирования 
должна 
обеспечиваться 
ю