Come funzionano la protezione dei relè e l'automazione

I primi esperimenti umani sull'elettricità e la creazione di circuiti per il passaggio della corrente sono stati accompagnati da cortocircuiti e malfunzionamenti, durante i quali sono state acquisite esperienza e conoscenza, sono state rivelate regolarità dei processi procedurali e sono state sviluppate regole operative.

Sulla base dell'analisi degli errori commessi, sono stati creati dispositivi che proteggono le apparecchiature e le persone dagli effetti elettrici. I primi dispositivi di questo tipo sono stati i fusibili, che si sono bruciati quando sono stati creati carichi critici, interrompendo il circuito di corrente elettrica.

Strutture di protezione più complesse iniziarono ad essere introdotte in modo massiccio dopo il 1891, quando in Russia, secondo il progetto di Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky, 220 kW di energia elettrica per 175 km venivano trasportati con successo con un'efficienza del 77% basata su un sistema di tensione trifase sviluppato dallo stesso scienziato.

Il principio di protezione si basava sul principio dei relè - dispositivi che monitorano costantemente qualsiasi parametro elettrico della rete e, quando raggiungono valori critici, si attivano: cambiano bruscamente il loro stato iniziale commutando il circuito elettrico.

I primi dispositivi di protezione sono stati realizzati sulla base di progetti di relè elettromeccanici e gli specialisti coinvolti nel loro funzionamento hanno iniziato a essere chiamati "relè", che è valido fino ad oggi.

Il servizio di protezione e automazione dei relè (RPA) creato nel sistema di alimentazione sulla base dell'esperienza costantemente acquisita è contemporaneamente coinvolto in altri processi complessi:

• sistemi di controllo, compresi metodi locali, remoti e remoti;

• blocchi del dispositivo;

• circuiti di segnalazione, che consente di analizzare gli eventi che si verificano nella rete;

• misure di varie quantità elettriche in circuiti esistenti;

• analisi della qualità delle misurazioni basate su standard metrologici;

• alcune altre funzionalità.

Principi per la costruzione di un circuito di dispositivi di protezione

Una base iniziale piuttosto ingombrante e complessa basata su strutture elettromeccaniche viene costantemente migliorata e modificata. Per il lavoro di protezione, vengono introdotti nuovi sviluppi tecnici. Nei moderni complessi energetici, i dispositivi elettromagnetici, a induzione, a semiconduttore statico e a microprocessore vengono combinati con successo.

Sono uniti da un algoritmo di base praticamente invariato dei processi, che viene modernizzato per ogni caso specifico. Le principali funzioni di protezione sono dimostrate dal diagramma strutturale.

Le principali funzioni dei dispositivi di protezione

Unità di osservazione

La sua funzione principale è monitorare i processi elettrici in corso nel sistema in base alle misurazioni dei trasformatori di misurazione della corrente e / o della tensione.

I segnali di uscita presi dall'unità possono essere trasmessi direttamente al circuito logico per il confronto con le deviazioni definite dall'utente dai valori nominali, chiamati impostazioni, o inizialmente convertiti in forma digitale.

Blocco logico

Qui, i segnali di ingresso vengono confrontati con le caratteristiche al contorno delle impostazioni. La minima corrispondenza tra loro porta all'emissione di un comando per far funzionare le difese.

Unità esecutiva

Viene costantemente mantenuto pronto per la risposta ai comandi di unità logiche. In questo caso, la commutazione avviene nello schema elettrico secondo un algoritmo predeterminato che esclude danni alle apparecchiature e lesioni personali.

Unità di allarme

I processi che si verificano nel sistema vengono eseguiti così rapidamente che una persona non è in grado di percepirli con i loro organi.Per correggere gli eventi perfetti, vengono installati dispositivi di allarme che utilizzano metodi di esposizione visivi e sonori con il salvataggio delle modifiche avvenute in memoria.

In tutte le costruzioni di allarmi, il trasferimento del suo stato dopo l'operazione alla sua posizione iniziale viene eseguito una volta manualmente dall'operatore, il che elimina la perdita di informazioni sull'operazione di protezione da parte dell'automazione.

Principi di protezione

Un atteggiamento molto serio nei confronti dell'affidabilità e della sicurezza dell'uso dell'elettricità ha determinato i requisiti di base che i sistemi di protezione a relè devono soddisfare. Tuttavia, sono anche dispositivi tecnici, il che significa: hanno la capacità di interrompere le prestazioni adeguate.

Il guasto dei sistemi di protezione relè è possibile con:

• guasti all'interno delle protezioni;

• risposte eccessive quando non è richiesta l'azione dell'organo esecutivo;

• falso lavoro in assenza di danni al sistema elettrico.

Per escludere guasti durante il funzionamento, viene sviluppato, installato, commissionato un progetto con messa in servizio e manutenzione dei dispositivi di protezione dei relè tenendo conto dei requisiti sviluppati per i dispositivi di protezione e automazione dei relè per:

• selettività basata sulla gerarchia dello schema;

• velocità determinata dal tempo di risposta;

• sensibilità ai fattori di partenza;

• affidabilità del lavoro.

Principio di selettività

Un altro nome comune per questo è selettività. Questa caratteristica consente di identificare e localizzare con precisione il luogo del malfunzionamento manifestato in una rete strutturata con qualsiasi gerarchia.

Ad esempio, un generatore trasmette energia elettrica a molti consumatori situati nelle aree n. 1, 2 e 3, dotati rispettivamente delle proprie protezioni 1-2, 3-4 e 5. In caso di cortocircuito all'interno dell'utente finale nel sito n. 3, le correnti di danno passeranno attraverso tutti i circuiti di protezione dalla sorgente.

Tuttavia, in questa situazione, ha senso scollegare la sezione finale con un motore elettrico danneggiato, lasciando tutti i dispositivi operativi in ​​funzione. A tale scopo, vengono introdotte diverse impostazioni di protezione del relè per ciascun circuito nella fase di progettazione del circuito.

I dispositivi di protezione della sezione 5 devono rilevare in anticipo le correnti di guasto e garantire una loro disconnessione di emergenza dal generatore più rapidamente. Pertanto, nello schema dato, i valori delle impostazioni di tempo e corrente in ciascuna sezione sono ridotti dal generatore al consumatore, osservando il principio: più vicino al luogo del danno, maggiore è la sensibilità.

Allo stesso tempo, viene rispettato il principio di ridondanza, tenendo conto della possibilità di guasto di qualsiasi dispositivo tecnico, compresi i sistemi di protezione di livello inferiore. Ciò significa: se la protezione della sezione 5 della sezione 3 non funziona correttamente, un cortocircuito deve scollegare i dispositivi di protezione del relè n. 4 o 5 della linea n. 2, che a loro volta sono assicurati dalla protezione della sezione n. 1.

Principio di prestazione

Il tempo di spegnimento dei danni è costituito da almeno due fattori:

1. protezione attivata;

2. funzionamento dell'azionamento dell'interruttore.

Il primo parametro può essere regolato dal valore minimo a causa della progettazione della protezione e del numero di elementi utilizzati. Tali metodi creano un tempo di ritardo per l'inclusione di speciali relè regolabili nel circuito. È usato per ulteriore protezione.

I dispositivi vicini al luogo del danno devono essere configurati per funzionare con gli intervalli di tempo più brevi possibili per il funzionamento.

Principio di sensibilità

Questa caratteristica consente di determinare i tipi di danni calcolati e le situazioni anomale del sistema di alimentazione all'interno dell'attuale zona di protezione.

Sensibilità dei dispositivi di protezione e automazione dei relè

Per determinare la sua espressione numerica, viene introdotto il coefficiente Кч, calcolato dal rapporto tra il valore minimo della corrente di cortocircuito per la sezione e il valore della corrente di intervento.

Allo stesso tempo, i dispositivi di protezione e automazione dei relè funzionano correttamente con Icz

Il valore ottimale del coefficiente di sensibilità si trova nell'intervallo 1,5-2.

Principio di affidabilità

Per definirlo, vengono introdotti i termini:

• uptime;

• manutenibilità;

• durata nel tempo;

• persistenza.

Ognuno di essi ha i propri criteri di valutazione.

Affidabilità dei dispositivi di protezione e automazione dei relè

Il funzionamento e la manutenzione dei dispositivi di protezione dei relè considerano tre opzioni per l'affidabilità nelle funzioni di risposta:

1. con cortocircuiti interni nella zona protetta;

2. durante il passaggio del cortocircuito esterno all'esterno dell'area di lavoro;

3. in modalità senza danni.

Allo stesso tempo, l'affidabilità si divide in:

• operativa;

• sala hardware.

Controllo di emergenza

Qualsiasi blocco di protezione relè non è solo un circuito indipendente, ma è combinato in complessi di livello superiore, che alla fine costituiscono il sistema di controllo di emergenza del sistema di alimentazione. Ha tutti gli elementi interconnessi con altri componenti e svolge in modo completo i suoi compiti.

Un elenco abbreviato di funzioni di protezione e automazione è dimostrato da uno schema a blocchi semplificato.

Grid Emergency Management

Un breve riassunto delle caratteristiche del funzionamento della protezione e dell'automazione dei relè ci consente di concludere che la professione di operatore di un relè richiede uno studio costante delle attrezzature che entrano in funzione, migliorando le conoscenze e sviluppando forti abilità pratiche.

Maggiori informazioni sulla professione di operatore di relè: Professione Protezione e automazione dei relè per elettricisti

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