Основным назначением релейной защиты является выявление места возникновения к.з. и быстрое автоматическое отключение выключателей повреждённого участка сети.

Вторым назначением релейной защиты является выявление ненормальных режимов работы оборудования и выполнение необходимых операций по восстановлению нормального режима или подача сигнала дежурному персоналу для принятия мер по восстановлению нормального режима.

Повреждения и ненормальные режимы в электроустановках.

Большинство повреждений в электроустановках приводит к коротким замыканиям (к.з.) фаз между собой или на землю. В обмотках электрических машин (генераторов, трансформаторов и электродвигателей), кроме того, бывают замыкания между витками одной фазы (витковые замыкания).

Причинами повреждений являются:

− нарушения изоляции токоведущих частей, вызванные её старением, неудовлетворительным состоянием, перенапряжениями, механическими повреждениями;

− повреждения проводов и опор линий электропередач из‑за их неудовлетворительного состояния, гололёда, ветра и др. причин;

− ошибки персонала при операциях с электрооборудованием (отключение разъединителя под нагрузкой, включение разъединителя на ошибочно оставленное заземление, включение заземляющих ножей под напряжение и т.п.).

Основные виды повреждений в электроустановках приведены в таблице 1-1.

Таблица 1-1

Виды повреждений в электроустановках

Трёхфазные замыкания: замыкания между тремя фазами К(3)
трёхфазные замыкания на землю К(1, 1, 1)
Двухфазные замыкания: замыкания между двумя фазами К(2)
двухфазные замыкания на землю К(1. 1)
двойные замыкания на землю
Однофазные замыкания на землю
Разрыв фазы

Короткие замыкания (к.з.) являются наиболее опасными и тяжелыми видами повреждений.

При коротком замыкании э.д.с Е источника питания (генератора) замыкается "накоротко" через относительно малое сопротивление генератора, трансформатора и линий. В контуре замкнутой накоротко э.д.с. возникает большой ток Iк, называемый током к.з.

В зависимости от числа замкнувшихся фаз и наличия связи с землёй к.з. подразделяются на: трёхфазные, двухфазные, однофазные, двухфазные на землю.

На рис.1-1 приведены векторные диаграммы токов и напряжений при различных видах повреждений.

Трёхфазное к.з.

3-х фазное к.з. (К⁽³⁾) является симметричным режимом, при котором токи и напряжения во всех фазах равны по величине как в месте к.з., так и в другой точке сети:

Векторная диаграмма токов и напряжений при К⁽³⁾ приведена на рис. 1-1, а.

Ток к.з., проходящий в каждой фазе отстаёт от создающей его э.д.с. на одинаковый угол , определяемый соотношением активного и реактивного сопротивлений цепи короткого замыканий

Все фазные и междуфазные напряжения в месте 3-х фазного к.з. равны нулю:

В точках, удалённых от места к.з. на небольшое расстояние фазные и междуфазные напряжения незначительны по величине, поэтому 3-х фазное к.з. представляет наибольшую опасность и является расчётным режимом при определении максимального тока к.з.

Двухфазное к.з.

При 2-х фазном к.з. (К⁽²⁾) токи и напряжения разных фаз не одинаковы.

В повреждённых фазах в месте 2-х фазного к.з. проходят одинаковые по величине, но противоположные по направлению токи, а в повреждённой фазе ток к.з. отсутствует. Например, для случая 2-х фазного к.з. между фазами В и С фазные токи:

Междуфазное напряжение между замкнувшимися фазами:

а фазные напряжения замкнувшихся фаз:

Так же как и при 3-х фазном к.з., фазные токи в повреждённых

фазах отстают от создающей их э.д.с. (при замыкании фаз В и С ) на угол , определяемый соотношением активных и реактивных сопротивлений цепи.

Векторная диаграмма токов и напряжений при  приведена на рис. 1-1,б. По мере удаления от места 2-х фазного к.з. фазные напряжения и  и междуфазное напряжение  будет увеличиваться.

С точки зрения влияния на устойчивость параллельной работы генераторов и на работу электродвигателей 2-х фазное к.з. представляет меньшую опасность, чем 3-х фазное к.з.

Однофазное к.з.

Однофазное к.з. может возникнуть только в сетях с заземлённой нейтралью (сети 110 кВ и выше).

Векторная диаграмма токов и напряжений в месте 1-фазного к.з. фазы С приведена на рис. 1-1,г.

В месте 1-фазного к.з. фазы С фазное напряжение повреждённой фазы и фазные токи к.з. неповреждённых фаз будут равным нулю:

;

Ток к.з. протекает только в замкнувшейся на землю фазе С

Напряжения неповреждённых фаз (А и В) будут превышать э.д.с. соответствующих фаз (  и ) из-за того, что в неповреждённых фазах наводится э.д.с. взаимоиндукции под действием тока к.з. протекающего в повреждённой фазе.

В некоторых случаях ток 1 ф. к.з. может быть больше тока 3ф. к.з., однако этот режим представляет меньшую опасность для нормальной работы энергосистемы чем 3-х и 2-х фазные к.з. так как в месте повреждения снижается до нуля только фазное напряжение поврежденной фазы. (В нашем случае .