Определение геотермальной энергии

Введение
В поисках альтернативных источников энергии люди пришли к возможности использования геотермальных запасов земли. Ученые давно выяснили, что с продвижением в глубь планеты температура увеличивается. Так появилась идея использовать тепло земли в качестве источника энергии.Увеличение температуры происходит за счет радиоактивного распада химических элементов, содержащихся в недрах земли. Разогретые до высоких температур породы нагревают воду, имеющуюся в земной коре.Вода, нагретая выше 20°C, называется геотермальной. Температура геотермальных вод, поступающих на поверхность земли, может достигать 300°C, а температура пара доходить до 600°C.Геотермальные воды с наиболее высокой температурой и пар используют для получения электроэнергии. Энергия, полученная таким способом, дешевле, чем энергия тепловых, атомных и гидроэлектростанций. Наличие больших запасов геотермальной энергии в земной коре дает надежду на то, что у этой отрасли энергетики большое будущее.Таким образом, тема реферата имеет большую актуальность в наши дни, так как дальнейшее развитие этой отрасли энергетики обеспечит экономический рост страны, даст возможность отказаться от использования не возобновляемых источников энергии и улучшить экологическую обстановку.Определение геотермальной энергииОпределение геотермальной энергии содержится в самом ее названии: это тепловая энергия недр земли. Пласт магмы, находящийся под земной корой, представляет собой огненную жидкость, чаще всего сплав силикатов. По расчетам, энергетический потенциал тепла на глубине 10 000 метров в 50 000 раз превышает энергию мировых запасов природного газа и нефти.Магма, которая выходит на поверхность земли, называется лавой. Наибольший «досягаемость» Земли при извержении лавы наблюдается на границах тектонических плит и там, где земная кора достаточно тонкая. Когда лава вступает в контакт с водными ресурсами планеты, вода начинает быстро нагреваться, вызывая извержения гейзеров, образование горячих озер и подземных течений. Словом, возникают природные явления, свойства которых можно использовать как практически неиссякаемый источник энергии.Источники геотермальной энергии практически неисчерпаемы. Правда, распространены они не повсеместно, хотя и встречаются более чем в 60 странах мира. Наибольшее количество действующих наземных вулканов расположено в зоне Тихоокеанского вулканического огненного кольца (328 из 540 известных).Геотермальный градиент в колодце, через который достигается подземная энергия, повышается на 1°C каждые 36 метров. Вырабатываемое таким образом тепло достигает поверхности в виде горячего пара или воды, которые можно использовать непосредственно для обогрева зданий или косвенно для выработки электроэнергии.На практике геотермальные источники в разных регионах планеты существенно отличаются друг от друга, в связи с чем их необходимо классифицировать по десяткам различных характеристик, таких как средняя температура, соленость, газовый состав, кислотность и т.д. на уровне При практическом применении для выработки электроэнергии основной классификацией могут быть геотермальные источники, которые можно рассматривать как подразделяющиеся на три основных типа:Прямой – используется сухой пар;Непрямой – используется водяной пар;Смешанный (бинарный цикл). INCLUDEPICTURE "http://www.3dnews.ru/_imgdata/img/2009/10/17/145484.jpg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.3dnews.ru/_imgdata/img/2009/10/17/145484.jpg" \* MERGEFORMATINET Рисунок 1. Схема ГеоТЭС прямого типаВ простейших геотермальных электростанциях прямого типа для производства электроэнергии используют пар, который поступает из скважины непосредственно в турбину генератора. Самая первая геотермальная электростанция в мире работала именно по такому принципу. Эксплуатация этой станции началась в итальянском городке Лардерелло (недалеко от Флоренции) ещё в 1911 году. Семью годами ранее, 4 июля 1904 года с помощью геотермального пара здесь был приведен в действие генератор, который смог зажечь четыре электрические лампочки, после чего и было принято решение о строительстве электростанции. Что примечательно, станция в Лардерелло функционирует и по сей день.Одна из самых крупных ныне действующих геотермальных электростанций в мире мощностью 1400 МВт расположена в районе «Гейзерс» в Северной Калифорнии (США), и она также использует сухой пар. INCLUDEPICTURE "http://www.3dnews.ru/_imgdata/img/2009/10/17/145481.jpg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.3dnews.ru/_imgdata/img/2009/10/17/145481.jpg" \* MERGEFORMATINET Рисунок 2. Схема ГеоТЭС непрямого типаГеотермальные электростанции с непрямым типом производства электроэнергии сегодня наиболее распространены. Для их работы используются горячие подземные воды, которые закачиваются при высоком давлении в генераторные установки, установленные на поверхности.В геотермальных электростанциях смешанного типа кроме подземной воды используется дополнительная жидкость (или газ), чья точка кипения ниже, чем у воды. Они пропускаются через теплообменник, где геотермальная вода выпаривает вторую жидкость, а получаемые пары приводят в действие турбины. Такая замкнутая система экологически чиста, поскольку вредные выбросы в атмосферу практически отсутствуют. INCLUDEPICTURE "http://www.3dnews.ru/_imgdata/img/2009/10/17/145479.jpg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.3dnews.ru/_imgdata/img/2009/10/17/145479.jpg" \* MERGEFORMATINET Рисунок 3. Схема ГеоТЭС смешанного типаКроме того, бинарные станции функционируют при довольно низких температурах источников, по сравнению с другими типами геотермальных станций (100–190°С). Такая особенность в будущем может сделать этот тип геотермальных электростанций самым популярным, поскольку в большей части геотермальных источников вода имеет температуру ниже 190°С.Использование геотермальных источников в миреНа Камчатке была построена первая в СССР геотермальная электростанция: это Паужетская геотермальная электростанция, начавшая свою работу в 1967 г. Первоначально, мощность станции составляла 5 МВт; позже ее удалось увеличить до 11 МВт. Потенциал гидротермальных месторождений Камчатки огромен. Запасы тепла геотермальных вод оцениваются в 5000 МВт. Полноценное использование геотермального тепла могло бы решить энергетическую проблему Камчатского края, сделав его независимым от привозного топлива.Наиболее изученным и перспективным является Мутновское геотермальное месторождение, расположенное в 90 километрах южнее города Петропавловск-Камчатский. Еще в 1986 г. оценка, проведенная Институтом вулканологии РАН, показала, что проектные ресурсы месторождения составляют 312 МВт по теплоотводу и 450 МВт по объемному методу. Опытно-промышленная Верхне-Мутновская ГеоТЭС мощностью 12 (3х4) МВт находится в эксплуатации с 1999 года. Установленная мощность на 2004 год – 12 МВт.Запасами тепла земли богаты Курильские острова. В частности, на острове Итуруп, на Океанском геотермальном месторождении, уже пробурены скважины и строится ГеоТЭС. На южном острове Кунашир имеются запасы геотермального тепла, и их уже используют для получения электроэнергии и теплоснабжения города Южно Курильск. На острове Парамушир, имеющего запасы геотермальной воды температурой от 70 до 95°С, строится ГеоТС мощностью 20 МВт.Существенные запасы геотермального тепла (на границе с Камчатской областью) имеются на Чукотке. Частично они открыты и используется для обогрева находящихся поблизости населенных пунктов.В России использование геотермальной энергии, кроме Камчатки, Курил, Приморья, Прибайкалья и Западно-Сибирского региона, возможно на Северном Кавказе. Здесь изучены геотермальные месторождения с температурой от 70 до 180°С, находящиеся на глубине от 300 до 5000 метров. В Дагестане только в 2000 году добыли свыше 6 млн м3 геотермальной воды. Всего на Северном Кавказе примерно полмиллиона людей обеспечены геотермальным водоснабжением.На сегодняшний день мировыми лидерами в геотермальной электроэнергетике являются США, Филиппины, Мексика, Индонезия, Италия, Япония, Новая Зеландия и Исландия. Особенно ярким примером использования геотермальной энергии служит последнее государство.Остров Исландия появился на поверхности океана в результате вулканических извержений 17 миллионов лет назад, и теперь его жители пользуются своим привилегированным положением – примерно 90% исландских домов обогревается подземной энергией.Что касается выработки электроэнергии, здесь работают пять ГеоТЭС общей мощностью 420 МВт, использующих горячий пар с глубины от 600 до 1000 метров. Таким образом, с помощью геотермальных источников производится 26,5% всей электроэнергии Исландии.Низкие, средние и высокотемпературные геотермальные источникиГеотермальные источники можно поделить на низко-, средне- и высокотемпературные. Первые (с температурой до 150°С) используются, по большей части, для теплоснабжения горячей водой – ее подводят по трубам к зданиям (жилым и производственным), плавательным бассейнам, теплицам и т.д. Вторые (с температурой свыше 150°С), содержащие сухой либо влажный пар, годятся для приведения в движение турбин геотермальных электростанций (ГеоТЭС).Существенным минусом «горячих» геотермальных источников является их «избирательная» расположенность в местах тектонической нестабильности, о чем говорилось выше. Если брать Россию, то запасами высокопотенциальной геотермальной энергией можно пользоваться только на Камчатке, Курилах да в районе Кавказских минеральных вод.Но земная «котельная» располагает не только высокопотенциальной, но и низкопотенциальной энергией, источником которой выступает грунт поверхностных слоев земли (глубиной до 400 м) или подземные воды с относительно низкой температурой. Использовать низкопотенциальное тепло можно с помощью тепловых насосов.Тепловой режим грунта земляных поверхностных слоев создается под воздействием радиогенного тепла, идущего из недр земли, а также попадающей на поверхность солнечной радиации. Интенсивность падающей солнечной радиации может колебаться в зависимости от конкретных почвенно-климатических условий в пределах от нескольких десятков сантиметров до полутора метров.Низкопотенциальное тепло эффективно использовать для обогрева зданий, водоснабжения горячей водой, подогрева различных сооружений (например, полей открытых стадионов).В последнее десятилетие значительно выросло число систем, использующих подземные недра для снабжения зданий теплом и холодом. Больше всего таковых систем находится в США. Имеются они также в Австрии, Германии, Швеции, Швейцарии, Канаде. В нашей стране подобных систем насчитывается единицы. В европейских странах тепловые насосы, в основном, отапливают помещения. В США, где системы воздушного отопления совмещены с вентиляцией, воздух не только нагревается, но и охлаждается.Если говорить о России, пример использования низкопотенциального источника тепловой энергии находится в Москве, в микрорайоне Никулино-2. Здесь была построена теплонасосная система для горячего водоснабжения многоэтажного жилого дома. Данный проект реализовали в 1998–2002 годах Министерством обороны РФ совместно с правительством Москвы, Минпромнауки России, НП «АВОК» и ОАО «Инсолар-Инвест» в рамках «Долгосрочной программы энергосбережения в г. Москве».Выделяют два вида систем использования низкопотенциальной тепловой энергии земли: открытые системы и замкнутые системы. Первые используют грунтовые воды, подводимые непосредственно к тепловым насосам, вторые – грунтовый массив. Для открытых систем характерны парные скважины, с помощью которых грунтовые воды не только извлекаются, но затем и возвращаются обратно в водоносные слои. Открытые системы позволяют получить большое количество тепловой энергии с относительно низкими затратами. Однако грунт должен быть водопроницаем, а сами грунтовые воды – обладать пригодным для эксплуатации химическим составом, чтобы избежать коррозии и отложений на стенках труб.Самая большая в мире геотермальная теплонасосная система, использующая энергию грунтовых вод, размещается в американском городе Луисвилл. С ее помощью снабжается теплом и холодом гостинично-офисный комплекс. Мощность системы – примерно 10 МВт.Вертикальные грунтовые теплообменники используют низкопотенциальную тепловую энергию грунтового массива ниже так называемой «нейтральной зоны» (10–20 метров от уровня земли). Такие системы не требуют участков большой площади, а также не зависят от интенсивности солнечной радиации, падающей на поверхность. Им подходят почти все виды геологических сред, кроме грунтов с низкой теплопроводностью, например, сухого песка или гравия.В вертикальных грунтовых теплообменниках теплоноситель циркулирует по трубам (чаще всего полипропиленовым или полиэтиленовым), уложенным в вертикальных скважинах глубиной от 50 до 200 метров.Обычно используется два типа вертикальных грунтовых теплообменников: U-образный и коаксиальный. Первый представляет собой две параллельные трубы, соединенные в нижней части. В одной скважине располагаются одна или две пары таких труб. Преимущество U-образного типа – сравнительно низкая стоимость изготовления.Второй тип теплообменника (называемый также концентрическим) представляет собой две трубы разного диаметра, одна из которых размещается внутри другой.Системы с вертикальными грунтовыми теплообменниками пригодны для снабжения зданий как теплом, так и холодом. Небольшому строению хватит одного теплообменника, а вот для больших зданий может понадобиться несколько скважин с вертикальными теплообменниками. Как пример последнему служит система тепло- и холодоснабжения американского колледжа «Richard Stockton College», в которой используется рекордное количество скважин – 400 (глубиной 130 метров). В Европе самое большее число скважин (154 скважины глубиной 70 метров) пробурено для системы тепло- и холодоснабжения центрального офиса Германской службы управления воздушным движением.Горизонтальные грунтовые теплообменники создаются обычно неподалеку от здания, на небольшой глубине, но обязательно ниже уровня промерзания грунта в зимний период. В Европе подобные теплообменники представляют собой плотно соединенные (последовательно или параллельно) трубы. Чтобы сэкономить площадь, созданы специальные типы теплообменников, например, в виде спирали. В качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии перспективно использовать воды из туннелей и шахт, поскольку температура воды в них имеет постоянную температуру круглый год и легко доступна.Использование подземного тепла, как высокопотенциального, так и низкопотенциального, считается крайне перспективным. Особенно это касается обеспечения зданий теплым и охлажденным воздухом с помощью низкопотенциального тепла.По прогнозам Мирового Энергетического комитета (МИРЭК), к 2020 году развитые страны мира станут достаточно активно осуществлять теплоснабжение теплонасосными системами. И здесь подойдут не только «разгоряченные» земные недра, но также воздух и вода морей и океанов. Например, в Швеции, где близ Стокгольма размещена станция на шести баржах мощностью 320 МВт, используют воду Балтийского моря с температурой +4°С.В Российской Федерации огромные запасы природного газа, нефти, угля и леса позволяют (до поры до времени) не слишком задумываться об альтернативных источниках энергии. Однако работы по освоению геотермальных источников ведутся на ее территории не первый десяток лет, что свидетельствует о понимании важности вопроса. Ведь речь идет о неисчерпаемых источниках тепла и электричества, которые, рано или поздно, станут важными, и, возможно, основными поставщиками энергии для всего человечества, а не только для отдельно взятых стран.Минусы геотермальной энергииСовременный спрос на геотермальную энергию как один из видов ВИЭ обусловлен: истощением запасов ископаемого топлива и зависимостью большинства развитых стран от его импорта (в основном нефти и газа), а также значительным негативным влиянием топлива и атомной энергии в среде обитания человека и дикой природе. Однако при использовании геотермальной энергии необходимо полностью учитывать ее преимущества и недостатки.Основным преимуществом геотермальной энергии является возможность ее использования в виде геотермальной воды или смеси воды и пара (в зависимости от температуры) для нужд снабжения горячей водой и теплом, для выработки электроэнергии или одновременно для всех трех целей, его практическая неисчерпаемость, полная независимость от условий внешней среды, времени суток и года. Таким образом, использование геотермальной энергии (наряду с использованием других экологически чистых возобновляемых источников энергии) может внести существенный вклад в решение следующих актуальных задач:•Обеспечение устойчивого тепло- и электроснабжения населения в тех зонах нашей планеты, где централизованное энергоснабжение отсутствует или обходится слишком дорого (например, в России на Камчатке, в районах Крайнего Севера и т.п.).•Обеспечение гарантированного минимума энергоснабжения населения в зонах неустойчивого централизованного энергоснабжения из-за дефицита электроэнергии в энергосистемах, предотвращение ущерба от аварийных и ограничительных отключений и т.п.•Снижение вредных выбросов от энергоустановок в отдельных регионах со сложной экологической обстановкой.При этом в вулканических регионах планеты высокотемпературное тепло, нагревающее геотермальную воду до значений температур, превышающих 140–150°С, экономически наиболее выгодно использовать для выработки электроэнергии.Основным недостатком геотермальной энергии является необходимость повторной закачки сточных вод в подземный водоносный горизонт. Другим недостатком этой энергетики является высокая минерализация термальных вод большинства месторождений и наличие в воде токсичных соединений и металлов, что в большинстве случаев исключает возможность сброса этих вод в природные водные системы, расположенные на поверхности. Отмеченные выше недостатки геотермальной энергетики приводят к тому, что для практического использования тепла геотермальных вод требуются значительные капитальные затраты на бурение скважин, обратную закачку геотермальных сточных вод, а также на создание коррозионностойкого теплотехнического оборудования.Однако в связи с внедрением новых, менее затратных, технологий бурения скважин, применением эффективных способов очистки воды от токсичных соединений и металлов капитальные затраты на отбор тепла от геотермальных вод непрерывно снижаются. К тому же следует иметь ввиду, что геотермальная энергетика в последнее время существенно продвинулась в своем развитии. Так, последние разработки показали возможность выработки электроэнергии при температуре пароводяной смеси ниже 80ºС, что позволяет гораздо шире применять ГеоТЭС для выработки электроэнергии. В связи с этим ожидается, что в странах со значительным геотермальным потенциалом и первую очередь в США мощность ГеоТЭС в самое ближайшее время удвоится.ЗаключениеГеотермальная энергетика, в том числе геотермальные электростанции, является одним из наиболее перспективных видов альтернативных источников энергии. Современный спрос на геотермальную энергию как на один из видов возобновляемой энергетики обусловлен в основном истощением запасов ископаемого топлива и зависимостью большинства развитых стран от его импорта (в основном от нефти и газа), а также значительным негативным влиянием традиционная энергия на окружающую среду.Сегодня ГеоТЭС в мире производят около 54613 ГВт∙ч энергии в год. Суммарная мощность существующих геотермальных систем теплоснабжения оценивается в 75900 ГВт⋅ч. Россия, к сожалению, не входит даже в первую десятку производителей электрической и тепловой энергии из геотермальных источников, в то время как запасы геотермальной энергии по оценкам в 10-15 раз превышают запасы органического топлива.Сейчас, в связи с внедрением новых, менее затратных, технологий бурения скважин, применением эффективных способов очистки воды от токсичных соединений и металлов капитальные затраты на отбор тепла от геотермальных вод непрерывно снижаются. К тому же, следует иметь ввиду, что геотермальная энергетика в последнее время существенно продвинулась в своем развитии. Так, последние разработки показали возможность выработки электроэнергии при температуре пароводяной смеси ниже 80 ºС, что позволяет гораздо шире применять ГеоТЭС для выработки электроэнергии. В связи с этим ожидается, что в странах со значительным геотермальным потенциалом и первую очередь в США мощность ГеоТЭС в самое ближайшее время удвоится.Список литературы1. Попов, М.С. Геотермальная энергетика в России [Текст] / М.С. Попов - М.: "Энергоатомиздат", 1988. - 294 с.2. Максимов, И.Г. Альтернативные источники энергии [Текст] / И.Г. Максимов - М.: "Эко-Тренд", 2005. - 387 с.3. Феофанов, Ю.А. Геотермальные электростанции [Текст] / Ю.А. Феофанов - М.: "Эко-Тренд", 2005. - 217 с.4. Алхасов, А.Б. Геотермальная энергетика: проблемы, ресурсы, технологии [Текст] / А.Б. Алхасов - М.: "Физматлит", 2008. - 376 с.СодержаниеВведение PAGEREF _Toc106308036 \h 181.Требования к релейной защите PAGEREF _Toc106308037 \h 192.Основные комплексы релейной защиты PAGEREF _Toc106308038 \h 233.Виды и назначение автоматических устройств трансформатора294.Техника безопасности при техническом обслуживании элементов релейной защиты и автоматики30Заключение32 HYPERLINK \l "_Toc106308042" Список литературы34ВведениеРелейная защита - комплекс автоматических устройств, предназначенных для быстрого (при повреждениях) выявления и отделения от электроэнергетической системы повреждённых элементов этой электроэнергетической системы в аварийных ситуациях с целью обеспечения нормальной работы всей системы. Действия средств релейной защиты организованы по принципу непрерывной оценки технического состояния отдельных контролируемых элементов электроэнергетических систем. Релейная защита (РЗ) осуществляет непрерывный контроль состояния всех элементов электроэнергетической системы и реагирует на возникновение повреждений и ненормальных режимов. При возникновении повреждений РЗ должна выявить повреждённый участок и отключить его от ЭЭС, воздействуя на специальные силовые выключатели, предназначенные для размыкания токов повреждения (короткого замыкания).Требования к релейной защитеПроизводительность.Быстродействие – свойство релейной защиты, характеризующее быстроту обнаружения и отделения поврежденных элементов электроэнергетической системы. Показателем работоспособности является время срабатывания защиты - это интервал времени между моментом возникновения повреждения и моментом отключения поврежденного элемента от сети.Селективность (избирательность).Селективность – свойство релейной защиты, характеризующее способность обнаруживать поврежденный элемент системы электроснабжения и отключать этот элемент только ближайшими выключателями. Это позволяет локализовать поврежденный участок и не прерывать нормальную работу других участков сети.Чувствительность.Чувствительность – свойство, характеризующее способность релейной защиты обнаруживать повреждения в конце определенной для нее зоны действия в режиме работы системы минимальной мощности. Другими словами, это способность обнаруживать типы повреждений и аномалии, для которых он был разработан, в любом состоянии работы защищаемой электрической системы. Показателем чувствительности является коэффициент чувствительности, который для максимальных защит (отвечающих на увеличение контролируемого значения) определяется как отношение минимально возможного значения сигнала, соответствующего контролируемому повреждению, к рабочему параметру (уставке), регулируемому в защита.Надежность.Надежность - свойство, характеризующее способность релейной защиты правильно и безотказно срабатывать во всех режимах объекта управления при всех видах повреждений и нештатных режимах, для которых эта защита предназначена, а также не срабатывать в нормальных условиях, а также что касается таких повреждений и нарушений нормального режима, где такая защита не предусмотрена. Другими словами, надежность – это свойство релейной защиты, характеризующее ее способность выполнять свои функции в условиях эксплуатации, ремонта, хранения и транспортирования. Основными показателями надежности являются время безотказной работы и интенсивность отказов (количество отказов в единицу времени).В большинстве случаев к релейной защите, действующей при повреждениях на отключение, предъявляется требование быстродействия.Это определяется следующими основными соображениями:1. Ускорение отключения повреждений повышает устойчивость параллельной работы генераторов в системе и дает возможность увеличить пропускную способность ВЛ электропередачи.При применении быстродействующих реле и выключателей нарушение динамической устойчивости параллельно работающих синхронных машин в следствии короткого замывания может быть исключено. Тем самым устраняется одна из основных причин возникновения наиболее тяжелых, с точки зрения бесперебойной работы потребителей, системных аварий.2. Ускорение отключения повреждений уменьшает время работы потребителей при пониженном напряжении.При быстродействующих защитах и выключателях практически все двигатели, установленные как у потребителей, так и на собственных нуждах станций, за исключением тех, которые питаются от отключившегося выключателя, после отключения короткого замыкания могут оставаться в работе. Более того, уменьшение вращающих моментов, например, у синхронных двигателей оказывается столь кратковременным, что потребители не ощущают этого.3. Ускорение отключения повреждений уменьшает размер разрушения поврежденного элемента. Уменьшается время, затрачиваемое на проведение восстановительного ремонта и уменьшается затраты на него.4. Ускорение отключения повреждений повышает эффективность АПВ поврежденных ЛЭП.Допустимое время отключения К.З. по условию сохранения устойчивости зависит от ряда факторов. Важнейшим из них является величина остаточного напряжения на шинах электростанций и узловых подстанций энергосистемы. Чем меньше остаточное напряжение, тем хуже условия устойчивости и, следовательно, тем быстрее нужно отключить К.З. Наиболее тяжелыми по условию устойчивости являются трехфазные К.З. и двухфазные К.З. на землю в сети с глухозаземленной нетралью, так как при этих повреждениях происходит наибольшее снижение всех междуфазных напряжений.В современных энергосистемах для сохранения устойчивости требуется весьма малое время отключения К.З. Так, например, на электропередачах 330-500кВ необходимо отключить повреждения за 0,1-0,2 сек. после его повреждения, а в сетях 110-220кВ - за 0,15-0,3 сек. В распределительных сетях 6-10кВ короткие замыкания, отделенные от источника большими сопротивлениями можно отключить со временем 1,5-3 сек., так как они не влияют на устойчивость системы. Точная оценка допустимого времени отключения производится с помощью специальных расчетов устойчивости, проводимых для этой цели.В качестве приближенного критерия (меры) необходимости применения быстродействующих защит Правила устройства электроустановок (ПУЭ) рекомендуют определить остаточное напряжение на шинах электростанций и узловых подстанций при трехфазном К.З. в интересующей нас точке К.З. Если остаточное напряжение получается меньше 60% номинального, то для сохранения устойчивости следует применять быстрое отключение повреждений, т.е. применять быстродействующую защиту (ПУЭ, п.3.2.108).Полное время отключения повреждения складывается из времени работы защиты и времени действия выключателя, разрывающего ток К.З. Следовательно, для ускорения отключения нужно ускорить действие, как защиты, так и выключателей. Минимальное времена срабатывания защит равны 0,02-0,04 сек., а выключателей 0,05-0,06 сек. Поэтому минимально допустимые времена отключения К.З. составляет 0,07-0,1 сек. Однако необходимо отметить, что получение малых времен по технико-экономическим соображениям в ряде случаев оказывается нецелесообразным, так как требует применения сложных панелей защит и поэтому менее надежных. Поэтому обычно выставляются те выдержки времени, с которыми по совокупности условий еще допустимо отключать наиболее тяжелые, но реальные повреждения.В качестве примера цифр могут быть названы следующие минимальные времена отключения К.З.:1. на электропередачах 400-500кВ – 0,1-0,12 сек.;2. на линиях 110-330кВ отходящих от современных мощных тепловых станций, с мощными турбогенераторами, имеющими форсированное охлаждение обмоток – 0,15-0,2 сек.;3. в сетях 110-330кВ с турбогенераторами старой конструкции – 0,2-0,3 сек.Однако в некоторых случаях простая и экономичная защита не может одновременно удовлетворять требованиям селективности и быстродействия. Тогда необходимо выяснить и сопоставить, не нарушается ли при селективных, но медленных отключеньях повреждений работа потребителей неповрежденной части системы в большей мере, чем при неселективных, но быстрых отключеньях повреждений.Требование к времени быстродействия защит от ненормальных режимов зависит от их последствий. Часто ненормальные режима носят кратковременный характер и ликвидируются сами, так, например, кратковременна перегрузка при пуске асинхронного двигателя, отключение одного трансформатора на двухтрансформаторной подстанции и работа АВР на СВ-10кВ. В наших случаях быстрое отключение не является необходимым, но может причинить ущерб потребителям. Поэтому отключение оборудования при ненормальном режиме должно производиться только тогда, когда наступает действительно опасность для защищаемого оборудования в большинстве случаев выдержкой времени.Основные комплексы релейной защитыСтартовый комплексПусковые органы постоянно контролируют состояние и режим работы защищаемого участка цепи и реагируют на возникновение коротких замыканий и нарушений нормального режима работы. Они обычно осуществляются с помощью реле тока, напряжения, мощности и т. д.Измерительный комплексИзмерительные органы определяют место и характер повреждения и принимают решение о необходимости защиты. Измерительные элементы также выполнены с использованием реле тока, напряжения, силовых реле и т.д. Функции стартера и измерительного элемента могут быть объединены в одном корпусе.Логическая частьЛогическая часть - это схема, которая запускается пусковыми органами и, анализируя действия измерительных органов, производит предусмотренные действия (отключение выключателей, запуск других устройств, подача сигналов и пр.). Логическая часть состоит, в основном, из элементов времени (таймеров), логических элементов, промежуточных и указательных реле, дискретных входов и аналоговых выходов микропроцессорных устройств защиты.Рисунок1. Пример логической части релейной защитыКатушка реле тока K1 (контакты А1 и А2) включена последовательно со вторичной обмоткой трансформатора тока ТА. При коротком замыкании, на участке цепи, в котором установлен трансформатор тока, возрастает сила тока, и пропорционально ей возрастает сила тока во вторичной цепи трансформатора тока. При достижении силой тока значения установки реле K1, оно сработает и замкнёт рабочие контакты (11 и 12). Цепь между шинами +EC и -EC замкнётся, и запитает сигнальную лампу HLW.Данная схема приведена как простой пример. В эксплуатации используются более сложные логические схемы.Основные механизмы релейной защиты.Токовая защита.Токовая защита - это разновидность релейной защиты, которая реагирует на превышение тока на защищаемом участке сети по отношению к току срабатывания, или уставке. В зависимости от того, каким образом обеспечивается селективность действия с последующей (от источника питания) защитой, различают максимальную токовую защиту (МТЗ) и токовую отсечку (ТО). В радиальных (разомкнутых) сетях на ВЛ класса напряжения 6-10 кВ и выше наиболее распространённым вариантом организации защит от трёхфазных и междуфазных коротких замыканий является применение двухступенчатой защиты, включающей МТЗ и ТО. Для реализации МТЗ в ряде случаев применяются реле с зависимой от времени защитной характеристикой, а для ТО - всегда с независимой. При этом защита может выполняться на двух отдельных реле, или на одном реле, совмещающем обе ступени (например, РТ-80 и РТ-90), а также на базе цифровых многоступенчатых реле (SPAC и др.).Максимальная токовая защита (МТЗ) - селективность действия обеспечивается за счёт задержки по времени срабатывания. Выбор тока срабатывания МТЗ осуществляется таким образом, чтобы его значение превышало максимальный рабочий ток в месте установки защиты на величину, которая зависит от коэффициентов надёжности и возврата реле, а также от коэффициента самозапуска (обычно не менее, чем в 1,2 - 2,0 раза). Это исключает возможность ложного действия защиты в нормальном режиме работы сети. При протекании тока КЗ срабатывание реле, как было отмечено ранее, происходит с определённой задержкой. Уставка по времени срабатывания предыдущей (от источника питания) защиты должна быть больше, чем уставка последующей, на величину так называемой ступени селективности Δt (порядка 0,2 - 1,0 с - в зависимости от типа реле, на базе которых выполнены защиты). Таким образом, в радиальных секционированных сетях при коротком замыкании в конце линии первой должна сработать ближайшая к месту возникновения КЗ защита, а в случае её отказа (через промежуток времени, равный ступени селективности) - предыдущая защита. Очевидно, что недостатком МТЗ является "накопление" задержек по времени, т.е. увеличение времени срабатывания защиты при переходе от конца линии к источнику. Следует учитывать, что токи короткого замыкания тем выше, чем ближе место возникновения КЗ к источнику питания. Таким образом, в радиальных секционированных сетях время отключения повреждённой линии посредством сигнала МТЗ при наиболее тяжёлых КЗ вблизи питающих шин может оказаться неприемлемым с точки зрения термической стойкости оборудования. Считается нормальным, если максимальная уставка по времени срабатывания не превышает 2,0 - 2,5 с. Коэффициент чувствительности МТЗ определяется как отношение тока междуфазного КЗ в конце защищаемой зоны к фактическому току срабатывания защиты, и в соответствии с требованиями ПУЭ (см. п.3.2.1. - 4.1.) должен составлять не менее 1,5 (для зоны дальнего резервирования в пределах действия последующей защиты - около 1,2).Токовая отсечка (ТО) - селективность действия обеспечивается за счёт отстройки от максимального тока КЗ в конце защищаемой зоны. ТО представляет собой быстродействующую защиту, которая срабатывает без задержки по времени, и отключает наиболее тяжёлые короткие замыкания вблизи питающих шин. Величина тока срабатывания отсечки должна приблизительно в 1,1 - 1,2 раза превышать расчётный ток трёхфазного КЗ в конце зоны действия ТО (т.е. в месте установки последующей защиты); указанная кратность определяется коэффициентом надёжности применяемых реле. Коэффициент чувствительности ТО, исходя из п.3.2.26. ПУЭ, может быть рассчитан как отношение тока трёхфазного КЗ в месте установки защиты к фактическому току срабатывания отсечки, и должен составлять не менее 1,2. Иначе говоря, зона действия токовой отсечки должна покрывать около 20% от длины линии. Недостатком токовой отсечки является ограниченность зоны действия, поэтому она применяется только совместно с МТЗ в качестве второй ступени; при этом ТО обладает абсолютной селективностью, т.к. величина тока КЗ вне защищаемой зоны всегда меньше тока срабатывания отсечки.Реле токовой защиты с высоковольтной изоляцией - специальные реле тока с высоковольтной изоляцией (от 5 до 100 кВ) между входом (катушкой управления) и выходом (герконом). В некоторых конструкциях катушка отсутствует и источником управляющего сигнала служит высоковольтная токоведущая шина. Эти реле тока, получившие название "геркотронов" или "высоковольтных изолирующих интерфейсов", предназначены для защиты от перегрузок по току мощных высоковольтных источников питания, рентгеновской аппаратуры, мощных лазеров, радаров, радиопередающих устройств, электрофизической аппаратуры. Они выполнены в виде компактных модулей, включаемых напрямую в разрыв токовой цепи, находящейся под высоким потенциалом, а их выходной контакт - напрямую в низковольтную цепь. Впервые эти устройства были разработаны и внедрены В. И. Гуревичем. Они защищены многочисленными авторскими свидетельствами на изобретения и патентами. Их описания можно найти в книгах В. И. Гуревича.Чувствительность.Релейная защита должна быть достаточно чувствительной к повреждениям и ненормальным режимам работы, которые могут возникнуть на защищаемых элементах электрической системы. Удовлетворение требований необходимой чувствительности в современных электрических сетях часто встречает ряд серьезных затруднений.Так, например, при передаче больших мощностей в районы потребления, отстоящие иногда на сотни километров, используются сети высокого напряжения с большой пропускной способностью отдельных ЛЭП. При этом ток К.З. в поврежденных линиях при учете возможных минимальных режимах работы станций и повреждений через большие переходные сопротивления (электрическая дуга) могут быть соизмеримы, или даже меньше максимальных токов К.З.Это приводит к отказу от применения простых токовых защит и заставляет переходить на более сложные и дорогие типы защитных устройств. Поэтому с учетом опыта эксплуатации и уровня техники к защитам предъявляется минимальные требования в отношении чувствительностиЧувствительность защиты должна быть такой, чтобы она действовала при К.З. в конце установленной для нее зоны в минимальном режиме системы и при замыканиях через электрическую дугу.Надежность.Требование надежности состоит в том, что защита должна правильно и безотказно действовать на отключение выключателей оборудования при всех его повреждениях и нарушениях нормального режима работы, на действие при которых она предназначена и не действовать в режимах, при которых ее работа не предусматривается.Основным предпосылками, обеспечивающими как надежность срабатывания, так и надежность несрабатывание является высокое качество используемых реле, характеризуемое их принципом действия, конструкцией и технологией исполнения, высокое качеств вспомогательных устройств и правильное ведение эксплуатации. Однако имеются факторы, противоположно воздействующие на две рассмотренные стороны надежности. Чем больше минимальное число реле и других элементов, которое должно участвовать в срабатывании защиты тем меньше надежность ее срабатывания.При наличии в защите нескольких параллельно работающих независимых устройств, а иногда и отдельных реле или элементов надежность срабатывания повышается. С другой стороны, понижается надежность несрабатывания.Необходимо иметь в виду что устройства РЗА при повреждениях в электрической системе в целом должны по воздействиям соответствующих, обычно электрических величин, значительно чаще не срабатывать, чем срабатывать.Учитывая выше изложенное, в настоящее время максимальное упрощение схем защит следует считать одном из основных требований техники релейной защиты. Требование надежности является весьма важным. Отказ в работе или неправильное действие какой-либо защиты всегда приводит к дополнительным отключениям и т.п.Виды и назначение автоматических устройств трансформатораНа трансформаторах устанавливаются следующие защиты: защита от коротких замыканий, действующая на отключение поврежденного трансформатора и выполняемая без выдержки времени (для ограничения размеров повреждения, а также для предотвращения нарушения бесперебойной работы питающей энергосистемы). Для защиты мощных трансформаторов применяются продольные дифференциальные токовые защиты, а для маломощных трансформаторов — токовые защиты со ступенчатой характеристикой выдержки временя. Кроме того, при всех повреждениях внутри бака и понижениях уровня масла применяется газовая защита, работающая на неэлектрическом принципе; — защита, от токов внешних к. з., основное назначение которой заключается в предотвращении длительного прохождения токов к. з. в случае отказа выключателей или защит смежных элементов путем отключения трансформатора. Кроме того, защита может работать в качестве основной (на трансформаторах малой модности, а также при к. з. на шинах, если отсутствует специаль­ная защита шин). Защиты от внешних к. з. обычно выполняются токовыми или (значительно реже) дистанционными — с выдержками времени;— защита от перегрузок, выполняемая с помощью одного максимального реле тока, поскольку перегрузка обычно является симметричным режимом. Поскольку перегрузка допустима в течение длительного промежутка времени (десятки минут при токе не больше 1,5I т. ном), то защита от перегрузки при наличии дежурного персонала должна выполняться с действием на сигнал, а при отсутствии персонала — на разгрузку или на отключение трансформатора. На трансформаторах предусматриваются следующие устройства автоматики: автоматическое повторное включение, предназначенное для повторного включения трансформатора после его отключения максимальной токовой защитой. Требования к АПВ (автоматическое повторное включение) и способы его осуществления аналогичны рассмотренным ранее устройствам АПВ линий. Основная особенность заключается в запрещении действия АПВ трансформаторов при внутренних повреждениях, которые отключаются дифференциальной или газовой защитой; автоматическое включение резервного трансформатора, предназначенное для автоматического включения секционного выключателя при аварийном отключении одного из работающих трансформаторов или при потере питания одной из секций по другим причинам; автоматическое отключение и включение одного из параллельно работающих трансформаторов, предназначенное для уменьшения суммарных потерь электроэнергии в трансформаторах; — автоматическое регулирование напряжения, предназначенное для обеспечения необходимого качества электроэнергии у потребителей путем изменения коэффициента n трансформации понижающих трансформаторов подстанций, питающих распределительную сеть. Для изменения n под нагрузкой трансформаторы оборудуются устройствами РПН (регулятором переключения отпаек обмотки трансформатора под нагрузкой).Техника безопасности при техническом обслуживании элементов релейной защиты и автоматикиРаботы в устройствах релейной защиты и автоматики должен производить персонал, допущенный к самостоятельной проверке соответствующих устройств. При работах на панелях и в цепях управления релейной защиты и автоматики принимают все меры предосторожности против ошибочного отключения (или включения) оборудования и используют только изолированный инструмент. Выполнение этих работ без проверенных схем, заданных объемов и последовательности работ (типовая или специальная программа или перечень работ) запрещается.Во избежание поражения людей при прикосновении к конструкциям или корпусам оборудования, оказавшимся под напряжением, применяют ряд защитных мер: защитное заземление; выравнивание потенциалов; защитное отключение; разделяющие трансформаторы; защитные средства и т. п.Защитное заземление является основной защитой от поражения электрическим током при повреждении оборудования. Другая защитная мера - выравнивание потенциалов, которую применяют совместно с системой заземления и другими защитными мероприятиями, достигается устройством контуров заземления, внутри которых размещают электроустановки. Внутри такого контура напряжение прикосновения и напряжение шага значительно меньше, чем вне его. В ряде случаев невозможно достигнуть безопасных условий работы без выравнивания потенциалов.В сетях до 1000 В в качестве защитной меры используют разделяющие трансформаторы, что позволяет изолировать питание электроприемников от общей электрической сети. Вторичная обмотка разделяющего трансформатора не заземляется и прикосновение к ней не создает опасности, поскольку вторичная сеть небольшая, т. е. токи утечки малы и не опасны для человека. Разделяющие трансформаторы следует применять при работе с переносными электроприемникам, если они не выполнены на безопасное напряжение.В качестве защитных мер используют также изолирующий инструмент, подставки и другие защитные средства. Каждая из защитных мер обладает преимуществами и недостатками и поэтому имеет свою область применения.

Заключение
Основное назначение релейной защиты - определение поврежденного участка и подача команды на автоматическое отключение его с целью быстрейшего восстановления нормальной работы остальной части электрической системы и прекращения разрушения оборудования на поврежденном участке.Кроме того, релейную защиту используют для обнаружения ненормальных режимов работы оборудования, которые могут привести к аварии, и сигнализацииРелейная защита - один из важнейших элементов автоматизации электрических систем, так как без нее невозможна нормальная работа электрических установок.Различают несколько видов релейной защиты: максимальная токовая защита, направленная токовая, газовая, различные дифференциальные защиты и комплекты релейных защит.Максимальная токовая защита предназначена для отключения электроустановки при превышении максимально допустимого тока в цепи.Проверку и ремонт устройств защиты должен проводить специально обученный и допущенный к самостоятельной проверке персонал.При выполнении работ на панелях и в цепях оперативного тока управления релейной защиты принимают все меры безопасности и предосторожности против ошибочных действий (отключения или включения), ложных отключений оборудования.Для проверки и испытания элементов релейной защиты применяют различные измерительные приборы, нагрузочные и регулировочные устройства.Плановые проверки релейной защиты проводят не реже одного раза в 3 года одновременно с капитальным ремонтом оборудования РУ.При полных проверках цепи защиты испытывают переменном током напряжением 1 кВ.
Список литературы

1.Справочник по наладке электрооборудования электростанций и подстанций / Н.А. Воскресенский, А.Е. Гомберг, Л.Ф. Колесников и др.; Под ред. Э.С. Мусаэляна. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энерготомиздат, 2004. с.2.Атабеков В.Б. Ремонт трансформаторов, электрических машин и аппаратов: Учеб. для ПТУ. - 3-е изд., перераб и доп. - М. Высш. шк., 2003. - 383 с.3.Ю.Д. Сибикин, М.Ю. Сибикин - Техническое обслуживание, ремонт электрооборудования и сетей промышленных предприятий. - М.: ПрофОбрИздат, 2001 - стр. 277-3114.М.П. Костенко, Л.М. Пиотровский - Электрические машины. "Энергия" Ленинград, 2005 - стр. 47-485.В.Я. Беспалов, Н.Ф. Котелец - Электрические машины. - М.: Академия, 2006 - стр. 236 - 2416.Ю.Д. Сибикин, М.Ю. Сибикин - Технология электромонтаж работ. - М.: Академия, 2000 - стр. 278-280