Что такое «релейная защита» простыми словами⁠⁠

Когда меня спрашивают, кем я работаю, обычно говорю «инженер», или «энергетик», потому что достаточно сложно объяснить человеку, что такое «инженер – проектировщик систем релейной защиты и автоматики». В связи с этим я решил попробовать написать об этом простыми словами, возможно кому-то будет интересно узнать об этой области энергетики. Коллег - релейщиков прошу закрыть глаза на некоторые неточности в тексте, так как данная, с позволения сказать, статья адресована людям, далеким от энергетики.

Электричество имеет несколько особенностей, которые определяют основные принципы его использования. Во-первых, электрическая энергия (ЭЭ) не может быть запасена впрок (в промышленных количествах), во-вторых, ЭЭ производится и потребляется одновременно, и заранее невозможно на 100% предугадать, сколько ее будет нужно завтра или через неделю. И, в-третьих (что применимо к нашей теме), ЭЭ легко и быстро может быть преобразована в тепловую, причем зачастую это происходит вопреки желанию потребителя.

Как мы знаем, все неисправности в электрике делятся на 2 вида:

1. Нет электрического контакта там, где он должен быть;

2. Есть электрический контакт там, где его быть не должно.

Второй вариант обычно называют «короткое замыкание» (КЗ), и он гораздо опаснее первого. При КЗ вся мощность, имеющаяся на поврежденном и прилегающих к нему участках сети, практически мгновенно перетекает в место КЗ и преобразуется в тепловую энергию, загорается электрическая дуга.

Наверняка каждый из вас хотя бы раз видел трансформаторную подстанцию (ТП) у себя во дворе.

В нее заходит два кабеля напряжением 6 или 10 киловольт, и с помощью 2-х силовых трансформаторов напряжение преобразуется в привычные нам 380/220 вольт. Эти силовые трансформаторы имеют мощность около 630 кВт (обычно мощность считают в кВА – киловольтамперах, но эти тонкости нам сейчас ни к чему). Если в такой ТП произойдет КЗ, вся мощность трансформаторов будет потрачена на горение электрической дуги в месте КЗ, представьте себе сварочный аппарат на 1260 кВт. Вообще, точную мощность посчитать практически невозможно, и там много разных факторов, и часть этой мощности будет рассеиваться в кабелях, трансформаторах и другом первичном оборудовании, но порядок цифр примерно такой.

При таких мощностях счет идет на доли секунд, если поврежденный участок не отключить, ущерб может быть очень серьезным. Вот тут и вступает в действие релейная защита и автоматика (РЗА).

РЗА - это специальная аппаратура, задача которой определить место повреждения и отключить поврежденный участок от остальной сети максимально быстро. Отключение производится с помощью выключателей (ваш кэп). При отключении выключателя в нем тоже образуется электрическая дуга, но с помощью дугогасительных камер она гасится без вреда для оборудования. Автомат в щитке у вас в квартире – это тоже выключатель, точнее автоматический воздушный выключатель. Воздушный – потому что в качестве среды гашения дуги в нем используется воздух. Также выключатели бывают масляные, вакуумные и элегазовые (SF6, шестифтористая сера, она же электротехнический газ, сокращенно «элегаз»). Используя различные среды для гашения дуги, можно добиться уменьшения габаритов и увеличения надежности и долговечности выключателей.

Как правило, РЗА устанавливается на каждый выключатель в сети. Защита называется «релейной», так как раньше она выполнялась на электромеханических аппаратах – реле. Современная РЗА строится на базе микропроцессорных устройств (терминалов).

Терминал РЗА собирает информацию о состоянии защищаемого участка сети посредством трансформаторов тока и напряжения, которые по сути являются датчиками.

ТТ и ТН непрерывно измеряют ток и напряжение в защищаемой сети и передают информацию в терминал РЗА. При возникновении короткого замыкания сила тока в сети резко возрастает, а напряжение снижается, терминал это видит и при необходимости производит отключение своего и/или соседних выключателей. Параметры настройки РЗА называются «уставки» и рассчитываются таким образом, чтобы максимально быстро отключить повреждение на своем участке и, при отказе соседнего терминала РЗА (если он конечно есть), отключить смежный участок.

При КЗ большой мощности время от возникновения повреждения до отключения выключателя будет составлять примерно 0,05-0,1 с.

Так же в составе РЗА есть множество функций автоматики, призванных упростить работу обслуживающего персонала, такие как:

УРОВ (Устройство Резервирования Отказавшего Выключателя) – если свой выключатель по каким-то причинам не отключился, РЗА отдает команду на отключение следующего выключателя, таким образом отключается бОльший участок сети.

АВР (автоматическое включение резерва) – при исчезновении напряжения на каком-то участке сети на него подается напряжение с соседнего участка, при условии отсутствия на них повреждений.

АПВ (автоматическое повторное включение) – при падении ветки на провода воздушной линии электропередачи, или при перехлесте проводов от ветра, линия будет отключена действием РЗА. При этом ветка скорее всего успеет сгореть или упасть, а перехлест самоустранится. Поэтому допускается однократное включение воздушной линии под напряжение, и если КЗ не пропало, то линия отключается окончательно.

АЧР (автоматическая частотная разгрузка) – в нормальном режиме в нашей электросети частота переменного напряжения составляет 50 Гц. При дефиците мощности частота начинает снижаться, что плохо влияет на генераторы. В таком случае функция АЧР отключит наименее важных потребителей от сети (в основном это жилые дома и мелкие пром. предприятия).

Каждая функция РЗА имеет условное международное обозначение – код ANSI. Если кому-то интересно, по ссылке есть перечень всех этих функций https://rza.by/ansi/

В современных терминалах РЗА имеется встроенный осциллограф, который при возникновении аварии сохраняет в памяти все параметры электрической сети в момент повреждения. По осциллограмме можно определить характер повреждения, оценить правильность и скорость работы РЗА, а в некоторых случаях и расстояние до места повреждения. Когда микропроцессорных терминалов еще не было, осциллографы записывали параметры сети на фотоплёнке, и после срабатывания защит первым делом необходимо было проявить плёнку, поэтому в каждой релейной службе была своя фотолаборатория.

Среди всех видов энергетиков релейщики считаются особой кастой, элитой, так как к ним предъявляются самые высокие требования в части квалификации (нисколько не умаляю важности остальных профессий, но сам себя не похвалишь – никто не похвалит). При любой аварии в электросети на место обязательно выезжают релейщики, чтобы разобраться в причинах и сделать заключение о возможности включения оборудования в работу после срабатывания защиты.

Ну и наконец, именно релейщики говорят знаменитое «это не наше, это КИПовцев».

Надеюсь, моя писанина была кому-нибудь интересной. Если есть какие-то вопросы по данной теме – задавайте в комментариях, постараюсь ответить.

Всем коллегам - релейщикам пламенный привет!