3. OSNOVNI BARAWA KOI SE POSTAVUVAAT PRED RELEJNATA ZA[TITA

Osnovnata cel na primenata na relejnata za{tita e najbrzo mo`no isklu~uvawe na elementot ili/i delot od elektroenergetskiot sistem so defekt,a pri toa za~uvuvawe na funkcionalnosta na ostanatiot del od sistemot. Za ispolnuvawe na ovaa cel potrebno e relejnata za{tita da zadovoli nekolku osnovni barawa:

1. Selektivnost

Selektivnosta e karakteristika na za{titata avtomatski da go izolira od pogon samo onoj element od sistemot kaj koj se pojavil defekt, dodeka preostanatiot del od sistemot ostanuva vo normalen pogon. Na toj na~in defektot ili voop{to ne predizvikuva posledici po normalnoto snabduvawe na potro{uva~ite ili zaradi nego bez napon ostanuva minimalno potreben del od sistemot. Na sl.1.2 poednostaveno e pretstaven del od EES za proizvodstvo, prenos i distribucija na elektri~na energija.

Pri gre{ka na mestoto K1 treba da dejstvuvaat samo za{titite 1 i 2, a ne i ostanatite za{titi koi ja registriraat strujata na kusa vrska (na pr. za{titata na generatorot ili za{titata na paralelniot dalekuvod). Na toj na~in nieden potro{uva~ ne ostanuva bez napon, zatoa {to napojuvaweto se vr{i preku drugiot vod.

Pri gre{ka na mestoto K2 treba da dejstvuva samo za{titata 3, a ne i ostanatite za{titi niz koi protekuva struja na gre{ka. Na toj na~in site potro{uva~i i ponatamu imaat napojuvawe, osven onie koi se napojuvani od vodot koj e vo defekt. Sli~no na ova pri gre{ka na transformatorot, na mestoto K3, za{titata treba selektivno da gi isklu~i samo prekinuva~ite 4 i 5.

Ostanuva da zaklu~ime deka za{titata dejstvuva selektivno ako gi isklu~i prekinuva~ite koi se najblisku do mestoto na gre{ka.

Selektivno dejsvuvawe na za{titata se postignuva so:– vremensko stepenuvawe na dejstvuvaweto na za{titata od

krajot na sistemot kon izvorot na napojuvawe (na pr. za{titata 3 dejstvuva za odreden vremenski interval pobrzo od za{titata 1, a ovaa pobrzo od za{titata na generatorite)

– so primena na dodatni kriteriumi (na pr. nasoka na mo}nost, fazen agol)

– so primena na specijalni relei so ograni~ena zona na dejstvuvawe samo na {titeniot objekt ili samo na odreden vid na defekti ( na pr. za{tita na transformatori od vnatre{ni defekti).

Sl. 3.1 Primeri na selektivno dejstvuvawe na za{titata

2. Brzina na reagirawe

Brzinata na reagirawe osobeno e va`na vo slu~aj na izdvojuvawe od sistemot na objekti na koi se pojavila kusa vrska. So mnogu brzo isklu~uvawe na kusata vrska se namaluva ili sosema se odbegnuva razoruvaweto na mestoto na gre{ka. Na pr. so brzo isklu~uvawe na dalekuvod na koj do{lo do pojava kusa vrska zaradi preskok na izolacijata predizvikan od atmosfersko praznewe doa|a do gasewe na lakot i po ispa|aweto dalekuvodot povtorno mo`e da se stavi pod napon. Vo slu~aj na podolgo traewe na elektri~niot lak bi mo`elo da dojde do probivawe na izolatorskiot lanec ili negovo kinewe odnosno prekinuvawe na provodnikot, a so toa i dolgotrajno ispa|awe od pogon na dalekuvodot kako i tro{oci za otstranuvawe na defektot.

Zaradi smaluvawe na opsegot na razoruvawe, pred za{titata se postavuva barawe za {to pobrzo reagirawe taka da vkupnoto vreme na eliminirawe na defektot bide pod 0,1-0,2 s.

Kaj kusite vrski, osobeno tropolnite, se javuvaat kratkotrajni, no mnogu izrazeni smaluvawa na naponot na dosta golemo podra~je.

Na opa|aweto na naponot osetlivi se sinhronite motori koi vo period na smaluvawe na naponot mo`at da ispadnat od sinhronizam. I asinhronite motori bi mo`ele vo toj period da vlezat vo podra~je vo koe, po otstranuvawe na kusata vrska, ne bi bil vozmo`en samozalet.

So zemawe vo predvid na ovie barawa, potrebno e eleminirawe na kusite vrski za vreme pomalo od 0,5 s.

Ostrite barawa za brzinata na eliminirawe na kusite vrski se postavuvaat i od aspekt na stabilnata rabota na energetskiot sistem. [to e pobrzo reagiraweto na za{titata, toa i me|usebnoto raziduvawe na rotorite vo elektranite }e bide pomalo, so {to }e bide pomala i opasnosta od ispa|awe na elektranite ili delovi od sistemot od sinhronizam. Stabilnosta na sistemot zavisi od niza faktori, kako {to se: oblikot na mre`ata, dol`inata na vodovite koi gi povrzuvaat elektranite, parametrite na generatorite, vidot i brzinata na reagirawe na avtomatskata regulacija i sl. Od gledi{te na stabilnoto rabotewe na sistemot mo`e da se ka`e deka potrebnoto vreme na isklu~uvawe prose~no iznesuva negde 0,2-0,3 s. Vo specijalni slu~ai ova vreme treba da e i pokuso.

Vremeto na isklu~uvawe na kusata vrska se sostoi od vreme na dejstvuvawe na za{titata i vreme na dejstvuvawe na samiot prekinuva~. Kaj novite tipovi na konstrukcii prekinuva~ite ja isklu~uvaat strujata na kusa vrska za vreme od 0,04 do 0,06 s. Kaj sovremenata elektromehani~ka za{tita postignata e brzina na dejstvuvawe od redot na 0,04 s. Stati~kite relei ovozmo`uvaat zna~itelno reducirawe na vremeto na dejstvuvawe samo na nekolku ms, no tuka postoi opasnost od nepotrebno ili nekorektno dejstvuvawe na za{titata zaradi preodni procesi ili nadvore{ni vlijanija. Zaradi toa, a i zaradi faktot deka seu{te ne e zadovoluva~ki re{en brziot stati~ki prekinuva~, ni stati~kite relei ne gi koristat svoite mo`nosti vo pogled na brzinata na dejstvuvawe.

Kaj poedinite vidovi na gre{ki, a osobeno kaj opasnite pogonski sostojbi ne se postavuva barawe za mnogu brzo isklu~uvawe. Toa vo nekoi slu~ai bi mo`elo da bide i nepo`elno. Vo takvi slu~ai se upotrebuvaat dodatni vremenski relei koi go usporuvaat dejstvuvaweto na brzite za{titi taka da vkupnoto vreme na dejstvuvawe bide od redot na 0,2 do 10 s pa i pove}e.

3. Osetlivost

Za{titnite uredi treba da bidat dovolno osetlivi kako so sigurnost bi reagirale pri pojava na defekt vo osnovnata i rezervnata zona na {titewe, i toa i pri najnepovolni uslovi. So prenosnite dalekuvodi se prenesuvaat na pr. golemi koli~estva na energija na golemi rastojanija. Kaj kusa vrska na krajot na ovaka dolg dalekuvod, osobeno vo moment koga vo pogon se nao|aat minimalen broj na elektrani, strujata na kusa vrska mo`e da bide pomala od maksimalnata pogonska struja. Kaj kusite vrski so golemi preodni otpori istotaka se smaluva strujata na

gre{ka. Poedini vidovi na gre{ki ne se pojavuvaat vedna{ vo svojot poln obem, a sepak mo`at da bidat mnogu opasni za {titeniot objekt. Spored toa, za{titata treba da bide dovolno osetliva i da dejstvuva i kaj najnepovolnite uslovi na rabota. Od druga strana, za{titata ne bi trebalo da bide tolku osetliva da reagira nepotrebno kaj gre{ki za koi ne e predvidena ili zaradi nekoi nadvore{ni vlijanija.

Osetlivosta na za{titata obi~no se izrazuva so koeficientot na osetlivost definiran na pr. za prekustrujni relei, kako:

(1.3.1)

kade e: – minimalna vrednost na kontroliranata golemina vo slu~aj

na gre{ka na krajot na zonata na {titewe (dvopolna ili ednopolna kusa vrska)

– vrednost na prorabotuvawe na za{titata.

Za da se postigne sigurno dejstvuvawe na za{titata i vo najnepovolni slu~ai, koeficientot na osetlivost treba da e pogolem od 1,4-1,8.

Potrebnata osetlivost na za{titata se postignuva so:– soodvetno nagoduvawe na za{titnite uredi kako istite bi

dejstvuvale i pri minimalni vrednosti na kontroliranite golemini

– so primena na specijalna za{tita osetliva samo na odreden vid na gre{ka (za{tita priklu~ena na nultata ili inverznata komponenta na struja ili napon)

– primena na osetliva za{tita so strogo ograni~ena zona na dejstvuvawe na {titeniot objekt (na pr. diferencijalna za{tita)

– primena na merni metodi koi opfa}aat karakteristi~ni parametri koi se razlikuvaat vo normalen pogon i pri pojava na gre{ki (na pr. koristewe na fazna polo`ba na kontroliranata golemina mesto nejzinata amplituda)

4. Sigurnost vo rabotata i doverlivost pri dejstvuvaweto

Zatajuvaweto na za{titata vo slu~aj na gre{ka na {titeniot objekt mo`e da ima katastrofalni posledici za objektot (na pr. negovo celosno uni{tuvawe) i golemi investicioni {teti. Sekundarnite {teti (kako nemo`nost za proizvodstvo na energija ili nemo`nost za snabduvawe na pogolemite poto{uva~ki centri) mo`at da bidat u{te pogolemi.

Zatoa pred za{titata se postavuva potreba od doverlivost, odnosno da dejstvuva ispravno (sekoga{ koga toa se bara).

Nepotrebnoto dejstvuvawe na za{titata e istotaka mnogu nezgodno bidej}i predizvikuva ispad od pogon na elementite na sistemot i mo`e da predizvika delumni ili potpolni raspadi na sistemot i so toa povrzanite posledici za rabotata na potro{uva~ite. Taka da sigurnosta pretstavuva barawe da nema nepotrebno dejstvuvawe na za{titata.

Postignuvawe na sigurna rabota na za{titata go ote`nuva faktot {to taa so meseci i godini nema potreba da dejstvuva i ne se znae dali e vo ispravna sostojba ili ne.

Brojot na otka`uvawa vo rabotata na za{titnite uredi zavisi od kvalitetot na releite i ostanatite elementi na za{titniot sistem, kako i od na~inot (~esto ili retko proveruvawe na za{titata) i kvalitetot na odr`uvawe. Karakteristi~en pokazatel e intenzitetot na ispadi od normalen pogon λ kako sreden broj na otka`uvawa vo edinica vreme (obi~no 1 godina):

(1.3.2)

kade e: – broj na relei koi rabotat vo sli~ni uslovi – vkupen broj na godini na rabota na releite – broj na ispadi.

Srednoto vreme pome|u dve gre{ki Tr go poka`uva kvalitetot na releto, odnosno vremenskiot period koj mo`e da se o~ekuva pome|u dve gre{ki. Mo`eme da go definirame i kako vreme na raspolo`livost na releto:

(godini) ili (~asovi)

Koeficientot na raspolo`livost go poka`uva odnosot pome|u vremeto na raspolo`livost i vkupnoto vreme:

(1.3.3)

kade e:

To – vreme na otka`uvawe na uredot, t.e. vreme za koe uredot ne e vo ispravna sostojba

Vremeto To e ednakvo na vremeto do pronao|awe na defektot na uredot i vremeto potrebno za negovo otstranuvawe.

Koeficientot na raspolo`livost, spored toa, mo`e da se definira kako:

(1.3.4)

a koeficientot na neraspolo`livost (otka`uvawe) kako:

(1.3.5)

Na slikata 1.3 e prika`an dijagramot na karakteristikata f(t), odnosno promenata na intenzitetot na defekti vo tekot na vremeto, i toa, za relejni uredi koi baraat odr`uvawe (~istewe, nagoduvawe na mehanizmite i sl.) so polna linija, a za za{titi koi ne baraat odr`uvawe so isprekinata.

Sl.1.3 Sreden broj na otka`uvawa vo rabota na rele

Karakteristi~en e relativno golem λ na samiot po~etok na eksploatacija (period na detski bolesti) na stati~kite relei zaradi zgolemenata mo`nost od skrieni gre{ki vo elementite na releto. Ovoj period mo`e da se izbegne so otstranuvawe na gre{kite nastanati vo proizvodstvoto ili monta`ata. Periodot na normalna eksploatacija karakteristi~en e po mnogu mala vrednost na λ. Kaj elektromehani~kite relei λ varira zaradi potrebnite periodi~ni revizii na uredite. Na krajot doa|a do zgolemuvawe na λ zaradi starost i istro{enost na uredot.

Za korisnicite na za{titata va`en e koeficientot na raspolo`livost. Toj e poblizok do edinica {to e pomal odnosot To/Tr. Pokraj {to pokvalitetno rele, t.e. {to pogolem Tr, treba da se postigne i {to e mo`no pomalo vreme To za pronao|awe i otstranuvawe na defektot. Zatoa {to za{titnite uredi dolgo vreme miruvaat, eventualen defekt na uredot mo`e da se otkrie koga za{titata }e otka`e ili }e dejstvuva nepotrebno ili kaj periodi~nite ispituvawa. Zaradi toa vo ponovo vreme poslo`enite za{titi se opremuvaat so avtomatski uredi za samokontrola ili avtomatsko periodi~no ispituvawe na za{titniot sistem.

Ako se saka da se zgolemi stepenot na doverlivost (za{titata nema da otka`e vo slu~aj na defekt), mo`at da se primenat dve za{titi postaveni paralelno kako na slika 1.4 (udvojuvawe na za{titata).

Za{titata raboti na princip »eden od dva« relei. Intenzitetot na ispadi na vakov sistem zna~itelno se smaluva:

(1.3.6)

Kaj ovakva vrska sepak se zgolemuva verojatnosta od nepotrebno dejstvuvawe vo odnos na re{enieto so edna za{tita.

Sl. 3.2 Paralelna vrska na za{titni uredi (»eden od dva«)

Dokolku e nepotrebnoto dejstvuvawe na za{titata ponepo`elno od nejzinoto otka`uvawe da dejstvuva (na pr. za{titata na sobirnicite

vo jazolnite postrojki), se primenuvaat dva ili pove}e kriteriumi istovremeno (princip »dva od dva « relei) spored slika 1.5.

Sl. 3.3 Seriska vrska na za{titni uredi (»dva od dva«)

Ako se saka da se postigne visoka sigurnost za da za{titata ne dejstvuva nepotrebno, a da pri toa ne se smali doverlivosta pri pojava na gre{ka, mo`e da se primeni re{enieto spored sl.1.6 na princip »dva od tri« relei (na pr. kaj za{tita na atomskite elektrani).

Sl. 3.4 Za{titen sistem na princip »dva od tri«

Pokraj toa, pri proektiraweto i nagoduvaweto na za{titnite uredi sekoga{ se nastojuva da se postigne princip na postoewe na rezerva vo slu~aj da osnovnata za{tita sepak otka`e.

Pri toa se razlikuva:– dale~inska rezerva (pri otka`uvawe na edna za{tita

dejstvuva za{titata na sledniot {titen objekt ili postrojka, gledano kon izvorot na napojuvawe, vo svojot rezerven stepen)

– lokalna rezerva (vo slu~aj na zatajuvawe na edna za{tita dejstvuva druga za{tita na o{teteniot ili drug element od istata postrojka ili, posebno predvidena za{tita od otka`uvawe na osnovniot sistem na za{tita).

Na sl.1.7 prika`ano e na primer na za{tita na generator, sobirnica i dalekuvod kako mo`e da se postigne selektivna, osetliva, brza i doverliva za{tita. Selektivnosta vo dejstvuvaweto i dovolna brzina se postignuva so primena na brzi i osetlivi za{titi so ograni~ena zona na dejstvuvawe (diferencijalna za{tita na generatorot i blokot i za{tita na sobirnica), kako i vremensko stepenuvawe (prekustrujna i distantna za{tita na generator). Doverlivost vo dejstvuvaweto se postignuva osven so izbor na kvalitetni elementi na za{titniot sistem, i so preklopuvawe na za{titnite zoni na poedine~nite za{titi.

Sl. 3.5 Primer na brza, selktivna, i doverliva za{tita na generator, transformator i dalkuvod

4. RAZVOJ NA TEHNIKATA NA RELEJNATA ZA[TITA

Tehnikata na relejnata za{tita na elektri~nite mre`i i postrojki se razvivala paralelno so op{tiot razvitok na elektroenergetikata, koja pred nea postavuvala, a i denes postavuva, se poslo`eni zada~i. Nagliot razvoj na nisko i visokonaponskite mre`i, izgradbata na golemi elektrani i transformatorski stanici, potoa razvitokot na industrujata osetliva na prekini vo snabduvaweto so elektri~na energija postavija pred tehnikata na relejnata za{tita zada~a da izraboti uredi koi momentno }e go lokaliziraat i isklu~at sekoj defekt, nezavisno kade i vo kakov oblik se pojavil, no i }e signaliziraat i isklu~at poedini elementi na sistemot vo slu~aj na defekt i opasna pogonska sostojba.

Vo op{tite napori za podobruvawe na kvalitetot na elektri~na energija i osiguruvawe na neprekinatost na napojuvaweto na potro{uva~ite, relejnata za{tita dobila centralno mesto vo kompleksot na avtomatizacija na elektroenergetskite postrojki.

Vo po~etniot razvoj na elektroenergetikata, dodeka mre`ite bile mali i nerazvieni, me|usebno nepovrzani, dovolni bile osiguruva~ite na generatorite koi gi napojuvale ovie lokalni mre`i. So porastot na optovaruvaweto i razvojot na mre`ite rastele i mo}nostite na kusa vrska, taka da brzo se do{lo do mo}nosti koi osigura~ite ne bile vo mo`nost da gi prekinat so sigurnost. Pronajden bil prekinuva~, elektromagnet koj pri pojava na struja na kusa vrska ja privlekuval kotvata i mehani~ki dejstvuval na isklu~uvawe na prekinuva~ot. Kako {to mre`ite stanuvale porazvieni se pojavila i potreba od isklu~uvawe samo na onoj del koj e vo defekt, a ne na generatorot koj go napojuval celoto podra~je. Vedna{ na po~etokot na razvojot se pojavila, spored toa, potreba za selektivno dejstvuvawe. Vo po~etokot selektivnosta se postignuvala so razli~na debelina na razdvojnite `ici na osiguruva~ot. Kaj povisokite naponi i pogolemite mo}nosti na kusa vrska izraboteni se prekinuva~i so vremensko zategawe na dejstvuvaweto. Pokasno e izraboteno i prvoto rele, elektromagnet koj elektri~no dejstvuval na isklu~uvaweto na prekinuva~ot. Ponatamo{niot razvoj se dvi`el vo pravec na izrabotka na {to poprecizni, poosetlivi i posigurni relei.

Prv kriterium za dejstvuvawe na releto bila strujata (nadstrujno rele), a pokasno napon (naponsko rele). Pokasno se razraboteni relei koi dejstvuvale vo odnos na me|usebnata zavisnost na strujata i naponot. Toa bile naso~enite relei na mo}nost koi dejstvuvale na nasokata na mo}nosta na kusa vrska. So ponatamo{noto povrzuvawe na generatorite i potro{uva~ite vo edinstven elektroenergeski sistem ni naso~enite prekustrujni relei ne bile vo mo`nost da zadovolat vo pogled na selktivnosta i brzinata na dejstvuvawe taka da se razvieni impedansnite ili distantni relei. Vremeto na dejstvuvawe na ovie relei bilo proporcionalno na oddale~enosta od mestoto na gre{ka. Paralelno so ova se razvivala i usovr{uvala za{titata na generatorite, transformatorite i motorite.

Po~etokot na razvojot na relejnata za{tita e okolu 1900 godina. Periodot od 1930 do 1940 godina karakteristi~en e po isklu~ivo brziot progres. Karakteristi~en e po preodot od spori na pobrzi prekinuva~i i relei, preodot od grubi na osetlivi za{titi i se pogolemoto voveduvawe na avtomatizacija vo postrojkite i nejzino povrzuvawe so relejnata za{tita.

Prvite primarni i sekundarni relei spa|ale vo grupata na elektromagnetni relei. Pokasno se razvieni konstrukcii na elektrodinami~ki relei, a osobeno mnogu konstrukcii se realizirani na indukcioniot meren princip.

Gi sledi i razvoj na razni konstrukcii na termi~ki relei. Na krajot se pojavile i magnetoelektri~ni relei (Siemens) so pomo{ na koi, zaedno so

primena na ispravuva~i i specijalni vrski, se realizirani mnogu osetlivi, kvalitetni strujni, naponski, relei na mo}nost i otporni relei.

Nagliot razvoj na elektroenergetikata vo posledno vreme postavuval se poostri barawa pred tehnikata na relejnata za{tita. Ogromnite strui na kusi vrski vo golemite i povrzani elektroenergetski sistemi, elektranite so ogromni poedine~ni mo}nosti, mre`ite so mnogu visok napon i problemite na stabilnost pri gre{ki i ostrite barawa na potro{uva~ite baraat mnogu precizni, osetlivi i vonredno brzi relei i sistemska avtomatika. Re{avaj}i gi barawata koi se postavuvaat, tehnikata na relejnata za{tita mora da navleguva vo niza podra~ja na elektrotehnikata, kako {to se: problemi na proizvodstvo, prenos i distribucija na elektri~na energija, tehnika na merewe, precizna mehanika, elektronika, visokofrekventna tehnika i sl. Periodot od pred 30 do pred 15 godini karakteristi~en e po prodorot na poluprovodnicite i elektronikata pri realiziraweto na za{titnite uredi so {to se ovozmo`uva ponatamo{no podobruvawe na parametrite na za{titata, osobeno kaj poslo`enite za{titi.

Od pred 15 godini site svetski proizvoditeli na za{titni uredi koi go imaa postignato maksimumot vo kvalitetot na proizvodstvo na elektromehani~kite konstrukcii na za{titnite relei po~naa paralelno da proizveduvaat i stati~ki relei. Ponatamo{niot razvoj bil orientiran vo pravec na preminuvawe na stati~ki relei. Istotaka intenzivno se prou~uvala i ispituvala mo`nosta za koristewe na mikroprocesori i procesni elektronski smeta~i vo za{titni celi.