Содержание

Введение
1. Электромагнитное реле
2. История развития релейной защиты
3. История расчетов аварийных режимов
Заключение

Введение

Из всех известных сегодня видов энергии электрическая занимает особое положение. Ее исключительные качества, такие как возможность трансформации и легкое преобразование в другие виды энергии: тепловую, механическую, обусловили сегодняшнее широкое развитие электроэнергетических систем (ЭЭС).
Сегодня производство, доставка и распространение электрической энергии осуществляется множеством служб: производства энергии, оперативные службы, диспетчерские службы распределительных сетей, ремонтники электрического оборудования и другие.
Нужно отметить, что доставка и распространение электрической энергии обладает рядом отличительных особенностей, не характерных другим отраслям промышленности. Так например мгновенное распространение электрического тока, а также возможность передачи огромного количества энергии (при высоком напряжении) может привести к чрезвычайным последствиям в случае возникновения аварии.
Вот почему ЭЭС особое место отводится обеспечению защиты. Сегодня разработано множество принципиальных схем защиты линий, аппаратов и участков сетей от возникновения ненормальных режимов, самыми опасными из которых являются Короткие Замыкания (КЗ).
Кроме систем защиты также особое значение имеет контролирование параметров сети на отдельных ее участках, а также оперативное удаленное управление коммутационной аппаратуры. Телемеханика и измерения, наряду с защитой от ненормальных режимов, обычно также является зоной ответственности службы релейной защиты, обычно называют Служба Релейной Защиты, Автоматики и Измерений (РЗАИ).
В данном реферате кратко представлена история возникновения и развития релейной защиты как таковой, история созданию электромагнитного реле, а также история разработки основных принципов проектирования защит, в заключении представлены перспективы для дальнейшего развития релейной защиты.

История релейной защиты и автоматики в отечественной науке

 ГОУ ВПО «Камчатский государственный университет имени Витуса Беринга»
Матвеев И.В.

1. Электромагнитное реле
Свое название релейная защита получила от названия основного элемента схем защиты – реле. Историки утверждают, что реле впервые было разработано и построено русским ученым Павлом Шиллингом в 1830 -1832 гг. Это реле составляло основную часть вызывного устройства в разработанном им телеграфе [1]. Позже этот электрический аппарат получил название реле, от французского relais, что означало смену уставших почтовых лошадей на станциях или передачу эстафеты спортсменом.
Первоначально электромеханическое реле представляло собой металлический сердечник (в виде бруска, стержня или подковообразной формы), на который намотано некоторое число витков провода. Неподалеку от торца металлического сердечника располагался якорь,- подвижный элемент с металлической накладкой (Рис. 1). При подаче в катушку постоянного тока, возникающее магнитное поле притягивает якорь к сердечнику катушки. Если якорь механически связать с контактной группой так, чтобы при притягивании якоря контакты замыкались или размыкались, получится коммутирующие реле. Такое реле называют сегодня реле тока.
В широком смысле реле - это любой аппарат, дискретно изменяющий свое состояние в зависимости от значения какой-то внешней, измеряемой величины. Нередко реле получает свое название в зависимости от контролируемого параметра. Так например тепловое реле, выполненное на основе биметаллической пластины в зависимости от температуры изменяет состояние своих электрических контактов (Рис. 3).
В отрасли релейной защиты термином реле обычно обозначают автоматически действующее устройство, производящее скачкообразное изменение (релейное действие) в управляющей системе при заданном изменении контролируемых параметров. Так, например, реле максимального тока при увеличении тока в контролируемой цепи (куда включена токовая обмотка этого реле) до заданного значения, называемого током срабатывания, замыкает своими контактами управляемую цепь.
В релейной защите применяются реле тока и напряжения, тепловое реле, реле сопротивления, индукционное реле и другие.
Широкое применение реле в начале XX столетия связано с развитием электрических систем. В 1901 г. появляется первое многофункциональное реле типа RI, и именно это время следует связывать с зарождением релейной защиты в России. В эти же годы появляются индукционные токовые реле. Появление в России зарубежного энергетического оборудования потребовало создания специальных служб, связанных с обеспечением надежной работы устройств релейной защиты. До октября 1917 года эти службы в основном возглавлялись представителями фирм-поставщиков основного энергетического оборудования: ASEA, Siemens и др. Впервые в России наиболее солидным предприятием, занявшимся теоретическими и практическими вопросами релейной защиты, стала лаборатория имени А.Л. Смурова в Ленинграде. Эту лабораторию возглавил Виктор Иванович Иванов.
Помимо релейной защиты реле применяется и в других технических областях: автоматике, телемеханике, телеграфии, телефонии и т.д.
В последнее время широкое распространение получают полупроводниковые коммутационные приборы, такие как тиристоры, симисторы, транзисторы. Они позволяют производить бесконтактную коммутацию цепи, возможна работа с большими токами и напряжением. К преимуществам полупроводниковых устройств также следует отнести быстродействие и отсутствие механических частей. Однако следует отметить, что полупроводниковые приборы не смогут окончательно заменить электромеханическое реле. Это связано с тем, что в ряде случаев от коммутирующего аппарата требуется так называемый «видимый разрыв», это определяется требованиями к безопасности персонала. Также при наладке устройств защиты часто требуется механически произвести коммутацию, удерживать реле в замкнутом или разомкнутом состоянии независимо от управляющего воздействия. Перечисленные требования проблематично обеспечить в полупроводниковых устройствах.

Рис. 1 - принцип действия электромеханического реле;

 
Рис. 2 - конструкция геркона (реле магнитного поля);

Рис. 3 - конструкция температурного реле;

2. История развития релейной защиты

В 1888 г. выдающийся русский электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский, которому принадлежит много работ и изобретений в разных областях электротехники, изобрел систему трехфазного тока. Вскоре под его руководством впервые в мире была осуществлена передача электрической энергии токами высокого напряжения (15 кВ) на большое расстояние. Это было важным событием в истории электроэнергетики, и системы трехфазного тока вскоре получили широчайшее применение. Однако их эксплуатация, как и других электрических систем, невозможна без защит от электрических повреждений, наиболее опасным из которых является КЗ.
В электрической системе КЗ обычно сопровождаются резким возрастанием тока. Поэтому первыми появились токовые защиты, действующие в случае, когда ток в защищаемом элементе превышает заранее установленное значение. Первоначально токовые защиты выполнялись с использованием плавких предохранителей, которые и до этого использовались для защиты электрических установок еще с конца 19 века.
Но недостатки плавких предохранителей очевидны: это их одноразовость и также недостаточная точность определения предельного тока. И в скором времени плавкие предохранители в ряде случаев перестали удовлетворять своему назначению, вместо них повсеместно стали использоваться электромагнитные реле. Первые попытки использования реле для защиты от коротких замыканий относятся к началу 1890-х годов, когда появились электроустановки с первичными электромагнитными реле тока прямого действия, установленными непосредственно на выключателях.
Широкое применение для защиты реле получают, однако, только с первых десятилетий 20 столетия в связи с развитием электрических систем.
С 1901 г. появляются индукционные реле тока, построенные на базе индукционных измерительных механизмов, предложенных и разработанных также М.О. Доливо-Добровольским. Тогда шведской фирмой ASEA было разработано индукционное дисковое реле типа RJ которое в практически неизменной форме с успехом используется и сейчас.
В 1905-1908 г.г. разрабатываются дифференциальные токовые защиты, основанные на сравнении токов на разных участках защищаемой линии (Рис. 5). С 1910 начинают применяться токовые направленные защиты; к этому же времени относятся попытки выполнения дистанционных реле (реле сопротивления), завершившиеся выпуском в начале 20-х годов созданием дистанционных защит.
В 1923-1928 г.г. предпринимаются первые шаги по использованию для релейной защиты токов высокой частоты, передаваемых по проводам защищаемых линий.
К 20-тым годам двадцатого века относится также выпуск первых обобщающих публикаций по релейной защите, выполняемой на электромеханической элементной базе. К ним, в частности, относится книга под редакцией немецкого электротехника Р. Рюденберга, перевод которой на русский язык был выпущен в 1930 г. В 30-х годах была опубликована на ту же тему более глубокая по содержанию книга под редакцией М. Шлейхера, написанная с участием Нейгебауера.
К рассматриваемому периоду относится также появление оригинальных обобщающих трудов советских авторов по вопросам защиты, первым из которых является монография В.Л. Иванова "Реле и релейная защита" [2]. Эта весьма ценная работа, не потерявшая значения и по настоящее время.
В 1934 г. были опубликованы результаты разработок на электронных лампах реле различного назначения. В эти же годы в Советском Союзе была разработана на электронных лампах дистанционная защита. Однако на практике она распространения не получила; единственным, вероятно, исключением было многолетние использование ламповых приемопередатчиков в каналах для передачи высокочастотных сигналов по проводам защищаемых линий для осуществления быстродействующих защит.
Более перспективным оказалось применение полупроводников (медно-закисных и селеновых выпрямителей), начатое также еще в 30-е годы для выполнения реле, работающих на выпрямленных токах. Дальнейшее развитие это направление получило в конце 40-х годов, когда стало возможным применение германиевых, кремниевых диодов и транзисторов. В последующие годы в Советском Союзе и за рубежом разрабатывались и выполнялись с использованием полупроводников как отдельные бесконтактные реле и устройства, так и защиты в целом. Опыт выполнения и эксплуатации таких защит несмотря на ряд возникающих трудностей оказался безусловно положительным. Однако надежды, возлагавшиеся на полупроводниковые защиты по потребляемым мощностям и связанным с ними чувствительностям, оправдались не полностью. Выявилась также их относительно невысокая надежность, обусловленная недостаточной стабильностью параметров и наличием весьма большого количества внешних соединений между отдельными функциональными элементами защиты.
Положение с применением для защиты полупроводниковой элементной базы существенно изменилось в 60-е годы после разработки и начавшегося внедрения в разные области интегральной микроэлектроники со все возрастающей степенью интеграции, когда в одном кристалле удается "упаковывать" очень большое число элементов: резисторов, конденсаторов, диодов и т.д.). Поэтому в настоящее время как у нас, так и за рубежом разработаны и начинают широко внедряться защиты, использующие микроэлектронную элементную базу.
В довоенное время основными научно-исследовательскими центрами СССР в области техники релейной защиты были: лаборатория высоких напряжений имени проф. А.А. Смурова (в Ленинграде) и в Москве отдел СРЗ и крупнейшие энергетические системы Союза - Мосэнерго, Ленэнерго, Уралэнерго и др.
Ими был накоплен обширный экспериментальный материал, разработаны новые конструкции и типы защит, достигнуты большие успехи в области методов расчета защитных устройств и электрических величин при повреждениях, накоплен большой опыт проектирования и эксплуатации релейной защиты.
До последнего времени многие устройства релейной защиты, серийно выпускавшиеся отечественной промышленностью, выполнялись с использованием электромеханических реле электромагнитного и индукционного типов. Защиты с такими реле, как показывает опыт, удовлетворяют ряду обычно предъявляемых требований. Однако они обладают двумя практически весьма существенными недостатками - большими габаритами и значительными потреблениями мощности от измерительных трансформаторов. Поэтому рядом отечественных организаций проводились работы по выявлению технических возможностей и эффективности широкого использования других принципов для осуществления отдельных реле и защит в целом. Большое внимание было при этом уделено вопросам расширения использования электроники.
Первые работы по применению электроники относятся к 20-м годам, когда как указывалось выше, были предложены высокочастотные защиты линий. В 1934 г. были опубликованы результаты разработок с использованием электронных ламп непосредственно для осуществления реле различного назначения [3]. В те же 30-е годы в Советском Союзе с электронными лампами была разработана дистанционная защита.

Рис. 4 - блок-схема обобщенного устройства РЗ:
ИЧ - измерительная часть; ЛЧ - логическая часть;
ИО - исполнительный орган; СО - сигнализирующий орган;
ИП - источник питания;

Рис. 5 - обобщенная схема продольной дифференциальной защиты линии;