Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем

,КАП

К Л 1.2

Г/» Г

ЧЬ

КА22

-Сигнал

Рис. 19.10. Схема защит электродвигателей от перегрузки:

а, в

—

цепи переменного тока; б, г

—

цепи оперативного постоянного тока для

защит

независимой и

зависимой выдержками времени соответственно

зованием реле с ограниченно зависимыми характеристиками

типа РТ-80 или МТЗ с независимыми токовыми реле и реле вре-

мени (рис. 19.10).

Преимуществами МТЗ по сравнению с тепловыми являются

более простая эксплуатация их и более легкий подбор и регу-

лировка характеристик РЗ. Однако МТЗ не позволяют исполь-

зовать перегрузочные возможности электродвигателей из-за

недостаточного времени действия их при малых кратностях

тока.

Максимальная токовая РЗ с независимой выдержкой време-

ни в однорелейном исполнении (рис. 19.10, а, б) применяется на

всех асинхронных электродвигателях собственных нужд теп-

ловых и атомных электростанций, а на промышленных пред-

приятиях - для всех синхронных (когда она совмещена с РЗ

от асинхронного режима) и асинхронных электродвигателей,

являющихся приводами ответственных механизмов, а также

для неответственных асинхронных электродвигателей с вре-

менем пуска более 12-13 с.

В случае выполнения РЗ от междуфазных КЗ при помощи

токовых реле типа РТ-80 эти же реле используются и для защи-

ты от перегрузки. Если при этом РЗ от сверхтоков должна дей-

ствовать не на отключение, а на сигнал, то применяются реле

типа РТ-84, имеющие раздельные контакты отсечки и индук-

ционного элемента (рис. 19.10, в, г).

Ток срабатывания МТЗ от перегрузки устанавливается из

условия отстройки от 7

Н0М

электродвигателя:

= /г Т /к

•*с.з

отс •'ном'

в-

(19.9)

711

Время действия МТЗ от перегрузки *

.п должно быть таким,

чтобы оно было больше времени пуска электродвигателя *

уск>

а у электродвигателей, участвующих в самозапуске, больше

времени самозапуска.

Время пуска асинхронных электродвигателей обычно состав-

ляет 10-15 с. Поэтому характеристика реле типа РТ-80 должна

иметь в независимой части время, не меньшее 12-15 с. На РЗ

от перегрузки с независимой характеристикой выдержка вре-

мени принимается 12-20 с.

19.6.

ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ОТ ЗАМЫКАНИЙ

НА ЗЕМЛЮ

В соответствии с ПУЭ РЗ от замыканий на землю в обмотке

статора с действием на отключение устанавливается на элект-

родвигателях мощностью 2000 кВт и более при токах замыка-

ния на землю более 5 А, а на электродвигателях меньшей мощ-

ности - при токах замыкания на землю более 10 А. В эксплуата-

ции, однако, при токах замыкания на землю более 5 А РЗ от

замыканий на землю часто устанавливают на электродвигате-

лях любой мощности, что способствует ограничению их повреж-

дений при замыканиях на землю.

Защита от замыканий на землю реагирует на емкостный

ток сети и выполняется с помощью одного токового реле типа

РТЗ-51 (РТЗ-50, применявшихся раньше), которое подключает-

ся к ТТ нулевой последовательности (ТТНП), установленному

на кабеле, питающем двигатель. Применяются ТТНП типов

ТЗ,

ТЗЛ, ТЗЛМ и

др.

(рис.

19.11,

а). Защита действует так же, как

аналогичная РЗ генераторов.

В случае, когда питание электродвигателя осуществляется

по нескольким параллельным кабелям (двум-четырем), вто-

ричные обмотки ТТНП, надетые на каждый из них, соединяют-

ся последовательно или параллельно (см. рис. 19.20).

На электродвигателях большой мощности, для питания

которых прокладывается больше четырех кабелей, РЗ от замы-

каний на землю выполняется с одним общим ТТНП типа

ТНПШ с подмагничиванием аналогично защите генераторов.

Ток срабатывания РЗ выбирается на основании тех же сообра-

жений, что и для аналогичной РЗ кабельных линий, реагирую-

712

ТАН\

(ТЗЛМ)\

Э1

*35*№)1

2*РШ-2

(200Ом)

Рис.

19.11.

Структурная схема защиты от замыканий на землю в сети собственных

нужд 6,3 кВ:

—

защита двигателя от замыканий на землю; б

—

схема подключения до-

полнительного трансформатора

заземляющими резисторами

щих на емкостный ток (50 Гц) (см. гл. 9):

•*с.з ^ ^отс

^б

^с

(19.10)

где 1

- собственный емкостный ток электродвигателя;

отс

коэффициент отстройки, принимаемый равным 1,2-1,3; к

коэффициент, учитывающий бросок емкостного тока электро-

двигателя при внешних перемежающихся замыканиях на

землю. Для РЗ, действующей без выдержки времени, значе-

ние этого коэффициента принимается равным 3-4. Для повы-

шения чувствительности РЗ допускается принимать умень-

шенное значение к

= 1,5 -*- 2. Защита при этом выполняется

с выдержкой времени 1-2 с.

Поскольку мощность ТТНП (типов ТЗ, ТЗР и др.) невелика,

для обеспечения максимальной чувствительности РЗ от замы-

каний на землю к каждому типу ТТНП необходимо подбирать

токовое реле на определенный ток срабатывания, имеющее

соответствующее сопротивление обмотки (реле

РТЗ-51,

РТЗ-50,

РТ-40/0,2).

713

В целях уменьшения перенапряжений при замыканиях на

землю в сети собственных нужд (СН) энергоблоков ТЭС и АЭС

большой мощности, а также повышения чувствительности и

селективности действия РЗ электродвигателей 6 кВ и транс-

форматоров СН 6,3/0,1 кВ, эти сети работают с нейтралью, за-

земленной через резистор [38]. Для этого на каждой секции

блочных СН 6,3 кВ устанавливается дополнительный заземляю-

щий трансформатор (ДТ), например типа ТСЗК-63, со схемой со-

единения обмоток звезда с заземленной нейтралью - треуголь-

ник. В нейтраль ДТ включаются параллельно два высоковольт-

ных заземляющих резистора, по 200 Ом каждый, изготовлен-

ные из специального электротехнического бетона (бетела)

(рис.

19.11,

б). При этом в случае однофазного замыкания на

землю в двигателе по его цепи будет протекать активный ток

= 35 -г- 40 А (достаточный для надежного действия защиты

и допустимый по условию ограничения повреждения в двига-

теле от тока замыкания на землю). Одновременно по цепям

неповрежденных элементов, присоединенных к тем же ши-

нам, будут протекать только емкостные токи нулевой последо-

вательности, от которых защиты рассматриваемых присоедине-

ний должны быть отстроены. Наличие заземляющих резисто-

ров резко снижает вероятность перехода однофазных замыка-

ний на землю в двухфазные и двойные КЗ, так как перенапря-

жения на неповрежденных фазах не будут превышать при этом

значения 1У

пер

1,8{/

ном

Защита электродвигателя от замыканий на землю, как отме-

чено выше, выполняется с помощью реле РТЗ-51 (РТЗ-50),

подключенного к ТТНП и действующего на отключение электро-

двигателя без выдержки времени (см. рис.

19.11,

19.15, 19.16).

При отказе защиты от замыканий на землю или выключателя

на поврежденном присоединении или при замыкании

на

шинах секции имеется опасность повреждения заземляющих

сопротивлений К в нейтрали дополнительного трансформато-

ра ДТ

(рис.

19.11,

б). Для исключения этого на ДТ предусматри-

вается защита нулевой последовательности (КА, КТ), дей-

ствующая с выдержкой времени 0,6 с на отключение трансфор-

матора (линии), питающего секцию 6 кВ.

Запрет АВР при этом не производится.

Для электродвигателей механизмов карьеров, рудников,

торфоразработок и других предприятий, где требуется по усло-

виям безопасности незамедлительное отключение замыкания

714

на землю даже при очень малых значениях тока в месте по-

вреждения (0,2-0,5 А) рекомендуется применять более чувст-

вительную направленную РЗ от замыканий на землю типа

ЗЗП-1.

Для РЗ от двойных замыканий на землю на электродвигате-

лях, оснащенных продольной дифференциальной РЗ в двух-

фазном исполнении, ко вторичной обмотке ТТНП подключа-

ется действующее на отключение второе токовое реле, имею-

щее /

сз

= 100

-ь

200 А.

19.7.

ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ОТ ПОНИЖЕНИЯ

НАПРЯЖЕНИЯ

Защита минимального напряжения устанавливается на

электродвигателях, которые необходимо отключать при пони-

жении напряжения для обеспечения самозапуска ответствен-

ных электродвигателей, а также электродвигателей, самоза-

пуск которых при восстановлении напряжения недопустим

по условиям техники безопасности или особенностям техно-

логического процесса.

На электростанциях к ответственным относятся такие

электродвигатели, отключение которых вызывает снижение

нагрузки или останов электростанции: питательных, конден-

сатных и циркуляционных насосов, дутьевых вентиляторов и

питателей пыли. Неответственными считаются электродвига-

тели, отключение которых не отражается на нагрузке электро-

станции: мельниц при наличии промежуточных бункеров, ба-

герных насосов и т. п.

Если мощность всех ответственных электродвигателей пре-

вышает допустимую мощность по условию самозапуска, то

при понижении напряжения необходимо отключать и некото-

рые ответственные электродвигатели. По истечении време-

ни,

достаточного для развертывания неотключаемых электро-

двигателей, отключенные ответственные электродвигатели

можно включать обратно при помощи АПВ.

Отключение электродвигателей при исчезновении напря-

жения обеспечивается установкой одного реле минимально-

го напряжения, включенного на линейное напряжение. Су-

щественным недостатком такой РЗ минимального напряже-

ния является возможность ее неправильной работы в случае

715

М1 КУ1 М1 №

ОтТН

о.)

КУП КУ1.1 КШ

КТ1

Рис.

19.12. Схема защиты минимального напряжения на постоянном оператив-

ном токе:

а - цепи переменного напряжения; б - оперативные цепи: / - на отключение

неответственных электродвигателей; II

—

на отключение ответственных электро-

двигателей

обрыва цепей напряжения. Поэтому РЗ с одним реле напряже-

ния применима лишь для неответственных электродвигателей.

В установках с постоянным оперативным током РЗ минималь-

ного напряжения выполняется для каждой секции сборных

шин собственных нужд по схеме, приведенной на рис. 19.12.

В цепи реле времени КТ1, действующего на отключение неот-

ветственных электродвигателей, включены последовательно

контакты трех минимальных реле напряжения КУ1. Благодаря

такому включению контактов реле предотвращается ложное

срабатывание РЗ при перегорании любого предохранителя в

цепях ТН. Напряжение срабатывания реле КУ1 принимается

порядка 70% *У

Н0М

. Выдержки времени на отключение: 0,5-

1,5 с - для неответственных электродвигателей, 10-15 с - для

ответственных.

Как показывает опыт эксплуатации, в ряде случаев самоза-

пуск электродвигателей продолжается 20-25 с при снижении

напряжения на шинах собственных нужд до 60-70%

Н0М

При этом, если не принять дополнительных мер, защита мини-

мального напряжения (реле КУ1), имеющая уставку срабаты-

вания (0,6 - 0,7)[/

ном

, могла бы доработать и отключить ответ-

ственные электродвигатели. Для предотвращения этого в цепи

обмотки реле времени КТ2, действующего на отключение от-

ветственных электродвигателей, включается контакт КУ2.1

четвертого реле напряжения КУ2. Это минимальное реле на-

пряжения имеет уставку срабатывания порядка (0,4 - 0,5)(7

НОМ

и надежно возвращается во время самозапуска. Реле КУ2 бу-

дет длительно держать замкнутым свой контакт КУ2.1 толь-

ко при полном снятии напряжения с шин собственных нужд.

716

К\11

"I КУ2 Ш

гСМгШл

гчг

•

*•

С'

От

тн

НТ2

/(1/1.1 КУ2.1 КУЗ-1 Г~|

Ъ,КТ1.1

рКТ21

КН1

{}

«ЯП

КН2

ШМИ1

К VI.2

О-

ШМН2

Сигнал

!(2

Рис. 19.13. Схема защиты минимального напряжения

фильтр-реле напряже-

ния обратной последовательности:

—

цепи напряжения;

—

оперативные цепи

На электростанциях применяется и другая схема РЗ мини-

мального напряжения, показанная на рис.

19.13.

В этой схеме

используются три пусковых реле: фильтр-реле напряжения

обратной последовательности КУ1 типа РНФ-1М и реле мини-

мального напряжения КУ2 и КУЗ типа РН-54/160. В нормаль-

ном режиме, когда напряжения симметричны, размыкающий

контакт КУШ в цепи обмоток реле времени КТ1 и КТ2 замк-

нут, а замыкающий КУ1.2 в цепи сигнализации разомкнут.

Размыкающие контакты КУ2.1 и КУ3.1 в нормальном режиме

разомкнуты.

При снижении (или исчезновении) напряжения на всех фа-

зах контакт КУ1.1 останется замкнутым и поочередно подей-

ствуют: первая ступень РЗ, которая осуществляется с помощью

реле КУ2 (уставка срабатывания 0,7[/

ном

) и КТ1 (выдержка вре-

мени 0,5-1,5 с); вторая - с помощью реле КУЗ (уставка срабаты-

вания 0,5{/

ном

) и КТ2 (выдержка времени 10-15 с). При наруше-

нии одной или двух фаз цепей напряжения сработает реле

напряжения ОП и контактом КУ1.1 выведет РЗ из действия,

а контактом КУ1.2 подаст сигнал о неисправности цепей на-

пряжения. При срабатывании каждой ступени РЗ подается

плюс на шинки минимального напряжения -

ШМН1

и ШМН2

соответственно, откуда он поступает на цепи отключения

электродвигателей. Действие РЗ сигнализируется шунтовыми

реле КН1 и КН2.

т.

-«а**

•»»*'•

19.8.

РАСЧЕТ ТОКОВ САМОЗАПУСКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

И ОСТАТОЧНОГО НАПРЯЖЕНИЯ НА ИХ ЗАЖИМАХ

Расчет самозапуска необходим для выбора уставок защит

источников питания, а также для определения предельной

мощности самозапускающихся электродвигателей. Задача

расчета сводится к определению суммарного тока самозапуска

электродвигателей /

п!;

и остаточного напряжения на их зажи-

мах

0СТ

Расчет самозапуска выполняется для наиболее тяжелого

режима при остановленных электродвигателях (5=1).

Расчет самозапуска электродвигателей. Ниже рассмотрен

расчет самозапуска остановленных электродвигателей при пи-

тании их от шин источника "бесконечной мощности" через

трансформатор или реактор.

Расчет самозапуска от генератора, мощность которого со-

измерима с мощностью самозапускающихся электродвигате-

лей, более сложен.

Целью расчета является определение суммарного тока

двигателей и остаточного напряжения на их зажимах при само-

запуске.

Как было указано выше, ток в момент пуска или самозапус-

ка отдельного электродвигателя равен току трехполюсного КЗ

за сопротивлением остановленного двигателя.

При самозапуске группы электродвигателей (рис. 19.14) их

результирующее сопротивление г

находится путем парал-

лельного сложения сопротивлений электродвигателей, участ-

вующих в самозапуске:

1111

*Д2

Сопротивления отдельных заторможенных электродвигате-

лей определяются по выражению

^ном

А/З/

пуск

где

С7

Н0М

- номинальное напряжение двигателя; /

пуск

- на-

чальное значение периодической составляющей пускового

тока двигателя при

{^ном-

Значение периодической составляющей пускового тока

718

Рис.

19.14. Расчетные схемы для определения токов и напряжений при само-

запуске электродвигателей:

а - схема питания электродвигателей; б

—

расчетная схема замещения; в

—

преобразованная схема замещения

•Гп.пуск определяется или по паспортным данным, или практи-

чески, путем осциллографирования тока при пуске двигателя.

При питании шин двигателя от трансформатора все сопро-

тивления и расчетное напряжение приводятся к одной ступе-

ни напряжения по формулам

^расч

^расч.^-т

где 2 - действительное значение сопротивления; 2'- приве-

денное значение сопротивления; К

- коэффициент трансфор-

мации трансформатора; (/

- номинальное напряжение с уче-

том действительной отпайки трансформатора со стороны, к

которой осуществляется приведение; 11

- то же на стороне,

с которой осуществляется приведение; С/

расч

- расчетное на-

пряжение (линейное); Щ^ч ~ приведенное значение расчет-

ного напряжения.

Ток самозапуска электродвигателей, питающихся через

трансформатор или реактор:

г _ ^расч

\/3(Х + 2'

.д)

719

где /

х - ток самоэапуска группы двигателей; X - сопротив-

ление трансформатора или реактора; 2р.

- результирующее

пусковое сопротивление группы электродвигателей, приве-

денное к расчетной ступени напряжения.

Для упрощения расчета полное сопротивление заторможен-

ных электродвигателей и реактивное сопротивление транс-

форматора или реактора складываются арифметически.

Падение напряжения на сопротивлениях схемы замещения

пропорционально значениям соответствующих сопротивлений.

Отсюда может быть определено остаточное напряже-

ние на зажимах двигателей при самозапуске

, , _.

рл._

ост ^расч V ,

' '

+ П>.д

где (7д

СТ

- остаточное напряжение на зажимах двигателя,

приведенное к расчетной ступени напряжения.

Пример расчета самозапуска электродвигателей. 1. Расчет-

ные условия. Рассчитать начальные условия самозапуска

группы электродвигателей от шин бесконечной мощности

10 500 В через трансформатор (рис. 19.14). Для упрощения расче-

та в примере принято пять двигателей.

Параметры электродвигателей Д

: Р

ном1

= 2000 кВт; со5<р

ном1

= 0,85; 1/

таш

=3000

В; /с

д1

= 5,5.

Параметры электродвигателей Д

: Р

Н0и2

875 кВт;

созф

ном2

= 0,85; С/

ном2

= 3000 В;

п-аз

= 5 (7е

п-д1

/с

д2

- кратности пуско-

вых токов электродвигателей Д

и Д

соответственно).

Параметры трансформатора: 5

= 7500 кВ -А; и

= 8%; К^ =

500

~ 3300 '

Определяются расчетные сопротивления, при-

веденные к напряжению 3300 В.

Сопротивление трансформатора

«к ^ном(кВ) 8

•

3,3

П11С

= = = 0,116 Ом.

100

тр(МВ

.А)

ЮО-7,5

Номинальный ток электродвигателя Д

ном1 2 000 000 .... .

ном1

= — = — = 454 А.

У31/

ном1

со5ф

ном1

\/3 - 3000

0,85

720

Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем

Подождите немного. Документ загружается.