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

Подождите немного. Документ загружается.

Пусковое сопротивление электродвигателя Д

, ^НОМ1 ^НОМ1 3000 „ „

Д1

= — = — = — = 0,69 Ом.

У31

уск1 УЗкп.д1*ном1 УЗ-5,5-454

Суммарное сопротивление двух электродвигателей Д

Д1 0,69

Д1

= — = ^-=

0,345

Ом.

Номинальный ток электродвигателя Д

ном

875

000

1ном

= -=. = -= 198 А.

УЗ ^ном2

°5 Фномг V3

•

3000

•

0,85

Пусковое сопротивление электродвигателя Д

Цюмз ^номг 3000 , __

Д2

= — = -р = -= =

175

Ом-

УЗ

к2 V

*п.д2

ном2 V 3

•

198

Суммарное сопротивление трех электродвигателей Д

Д2

=^- = ^-=

0,583

0м.

Результирующее пусковое сопротивление всех электродви-

гателей

г;

_ _^- = °-

345

583

- 0,217 Ом.

Р-

Д1

+2Г

Д2

0,345

0,583

Расчетное напряжение, приведенное к стороне низ-

шего напряжения трансформатора:

^оасч = Ц>асч Т^~ = "> 500 -^- = 3300 В.

расч расч

10500 10 500

Ток самозапуска электродвигателей

Цисч 3300

Лт

I - — = " =

5730 А

у/з(Х

+ 2

) уТ(0,116 +

0,217)

Ток самозапуска электродвигателей, приведенный к сто-

роне высшего напряжения трансформатора:

*..«,-

^-5"»^-

1800 А.

721

Остаточное напряжение на зажимах электродви-

гателей

1/„,, = СС„ = 3300 — = 2150 В,

^ост ^расч х

р-д

0,116 + 0,217 '

что составляет:

100 = 72% номинального напряжения.

3000

Вывод. Самозапуск электродвигателей обеспечивается.

В случае, когда, в соответствии с расчетом, условие самоза-

пуска не обеспечивается, т. е.

0СТ

< 0,7(7

НОМ

, необходимо от-

ключить определенную (минимальную) часть неответственных

двигателей. При этом число отключенных двигателей должно

иметь такое значение результирующего сопротивления остав-

шихся в работе двигателей 2р

, при котором выполнялось бы

условие

г"

Ц,ст% =

™~ Ю0 > 70%.

19.9.

ПОЛНЫЕ СХЕМЫ ЗАЩИТЫ

АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ 6,3

кВ

[38]

На рис. 19.15 приведена схема РЗ электродвигателя 6,3 кВ

мощностью до 4000 кВт СН ТЭС и АЭС. В качестве РЗ от между-

фазных КЗ в этой схеме используется двухфазная токовая от-

сечка (реле КА1 и КА2 типа РСТ-13). Для защиты от возгорания

силовых кабелей, питающих электродвигатели, при длительном

прртекании пусковых токов (например, при заклинивании

электродвигателя) установлена РЗ от перегрузки (реле тока

КАЗ типа РСТ-13 и реле времени КТ типа РВ-01) с действием на

отключение. Допускается использование в качестве КА1-КАЗ

токовых реле типа РТ-40. В этом случае цепи питания обмоток

КА оперативным током не предусматриваются.

Защита от перегрузки, аналогичная приведенной на рис. 19.15,

устанавливается на всех электродвигателях СН, кроме электро-

двигателей систем безопасности АЭС.

В качестве РЗ от замыканий на землю в схеме на рис. 19.15

используется токовое реле КА4 типа

РТЗ-51,

подключенное к

722

6,3кй

тАг{

•11-П.

к А г

рения

тлиП

СН

Л*.2

хОх

гуд* г

й*г

а) (ЕУмг)

КН1

На

отключение

Рис. 19.15. Схема защиты асинхронного электродвигателя 6,3 кВ мощностью до

4000 кВт собственных нужд ТЭС и АЭС:

—

токовые цепи; б

—

выходное реле защиты минимального напряжения;

—

цепи оперативного постоянного тока

ТТНП ТАМ и действующее без выдержки времени на отклю-

чение электродвигателя.

Для уменьшения вероятности перехода однофазного замы-

кания на землю в многофазное КЗ, когда нейтраль сети СН

6,3 кВ заземлена через резистор (см. рис. 19.11), выходное реле

КЫ выполняется быстродействующим (типа РП-222 или РП-17).

В схеме на рис. 19.15 предусмотрена цепь отключения элект-

родвигателя от реле КЬ2, которое подключено к шинам пер-

вой (ЕУМ.1) или второй (ЕУМ.2) ступени групповой РЗ мини-

мального напряжения соответствующей секции СН 6,3 кВ.

На рис. 19.16 приведена схема РЗ асинхронного электродви-

гателя 6,3 кВ мощностью 4000 кВт и выше, имеющего встроен-

ные в нулевые выводы ТТ. В связи с этим в качестве РЗ от меж-

дуфазных КЗ в схеме на рис. 19.16 предусмотрена дифферен-

циальная РЗ, выполненная на реле КАТ1-КАТЗ типа РСТ-13.

Допускается использование в этой РЗ реле с торможением

ДЗТ-11.

В этом случае цепи питания КАТ1-КАТЗ оперативным

током не используются.

723

6,3 к 8

КН1

КС

К1

1г

На

отключение

т г

Рис.

19.16. Схема защиты асинхронного электродвигателя 6,3 кВ мощностью

4000 кВт и выше:

а - токовые цепи; б

—

выходное реле защиты минимального напряжения;

—

цепи оперативного постоянного тока

Поскольку для питания электродвигателей большой мощ-

ности используется несколько параллельно соединенных си-

ловых кабелей, то для выполнения защиты от замыканий на

землю ТТНП ТАИ1-ТА1ЯЗ, к которым подключено реле КА4,

соединяются параллельно.

Если электродвигатель используется в качестве главного

циркуляционного насоса (ГЦН) АЭС, РЗ от перегрузки (реле

КАЗ и КТ) не устанавливаются.

Во ВНИИР разработана серия измерительных и логических

органов на микроинтегральной основе для КРУ и КРУН. Эта

серия органов объединена общим названием ЯРЭ 2201. В за-

висимости от характера объекта РЗ различают комплекты

724

ЯРЭ для электродвигателя, трансформатора, воздушной или

кабельной ЛЭП. При этом габариты и масса устройств РЗ в зна-

чительной степени снижаются, упрощаются их обслуживание

и наладка. С помощью комплекта ЯРЭ 2201 может быть обеспе-

чена РЗ электродвигателей напряжением свыше 1 кВ, мощ-

ностью до 5000 кВт и выше от КЗ (токовая отсечка или диффе-

ренциальная РЗ), от замыканий на землю в цепи статора (не-

направленная или направленная МТЗ НП), от перегрузки (то-

ковый орган с зависимой выдержкой времени) и асинхронно-

го хода, совмещенная с РЗ от перегрузки.

19.10.

ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЕМ НИЖЕ 1000 В

Защиту электродвигателей напряжением 500, 380 и 220 В

осуществляют, исходя из тех же требований, что и к электро-

двигателям более высоких напряжений. Для этих электродви-

гателей применяются мгновенная РЗ от междуфазных КЗ,

РЗ от перегрузки, РЗ минимального напряжения. Защита от

КЗ осуществляется с помощью плавких предохранителей, а

также максимальных токовых реле прямого или косвенного

действия. На электродвигателях напряжением до 500 В широко

применяются аппараты, в которых совмещены устройства РЗ

и управления - магнитные пускатели и автоматические вы-

ключатели.

Магнитными пускателями называются трехфазные автома-

тические выключатели низкого напряжения (контакторы),

рассчитанные на разрыв нормального рабочего тока двигателя

и тока его перегрузки. Отключение токов КЗ при применении

магнитного пускателя возлагается на последовательно с ним

включаемые предохранители.

Магнитные пускатели (рис. 19.17) в большинстве случаев не

имеют защелки и во включенном положении удерживаются

действием электромагнита УА, обмотка которого подключена

на напряжение питания. Включение магнитного пускателя

осуществляется нажатием кнопки 5В1. При этом замыкается

цепь обмотки удерживающего электромагнита, якорь кото-

рого притягивается и замыкает механически связанные с ним

силовые контакты. Кнопка 5В1 имеет самовозврат, поэтому

после ее размыкания цепь обмотки электромагнита остается

замкнутой через вспомогательный контакт 5(2, шунтирующий

725

•

т$

Рис.

19.17. Схема защиты электродви-

гателя напряжением до 500

с маг-

нитным пускателем

кнопку 8В1. Для отключения пускателя вручную служит кноп-

ка 8В2, при нажатии которой разрывается цепь удерживания

электромагнита, и якорь его, отпадая, размыкает силовые

контакты УАГ. При понижении напряжения питающей сети

электромагнит отпадает, и электродвигатель отключается,

чем осуществляется защита минимального напряжения. Пос-

ле восстановления напряжения магнитный пускатель сам

включиться не может - включение его должно вновь осуще-

ствляться вручную. Защита электродвигателя от перегрузки

выполняется тепловыми реле КА1 и КА2. Тепловые реле на-

страиваются таким образом, чтобы они не срабатывали от то-

ков,

проходящих при пуске и самозапуске электродвигателя.

Схема включения цепей магнитного пускателя, приведен-

ная на рис. 19.17, применяется для защиты неответственных

электродвигателей, подверженных технологической перегруз-

ке.

В случае, если электродвигатель не подвержен перегруз-

кам, из схемы исключаются контакты тепловых реле. На от-

ветственных электродвигателях, которые не должны отклю-

чаться при снижениях напряжения, вместо кнопок управления

8В1 и 8В2 устанавливается однополюсный рубильник, кото-

рым производится включение и отключение электродвигате-

ля.

После восстановления напряжения магнитный пускатель

вновь включается, так как рубильник 5 остается замкнутым.

На электродвигателях мощностью 40-50 кВт применяются

автоматические воздушные выключатели типов АВМ, А3100,

АП50-ЗМТ, А3700.

Защита от междуфазных КЗ осуществляется электромагнит-

ными расцепителями мгновенного срабатывания - отсечкой

726

автоматического выключателя, которая резервируется расще-

пителем с зависимой характеристикой выдержки времени.

В отдельных случаях, когда встроенные в автоматический вы-

ключатель расцепители не обеспечивают надежной защиты

электродвигателя, применяется выносная защита в виде токо-

вой отсечки с реле тока, подключенным к ТТ двух фаз, дей-

ствующая без выдержки времени на независимый расщепитель.

При выполнении защиты электродвигателей от КЗ необхо-

димо учитывать, что сети напряжением до 500 В работают с

заземленной нейтралью и, следовательно, в этих цепях возмож-

ны все виды КЗ, в том числе и однофазные. Поэтому предохра-

нители устанавливаются во всех фазах, а расцепители и токо-

вые реле, с помощью которых осуществляется РЗ от КЗ, также

должны реагировать на токи, проходящие во всех фазах и ну-

левом проводе.

Поскольку токи однофазного КЗ на землю в сети 380 В обыч-

но меньше токов трехфазного КЗ, не всегда удается обеспе-

чить необходимую чувствительность электромагнитных расце-

пителей автоматических выключателей к однофазным КЗ.

При этом для РЗ от однофазных КЗ используется чувствитель-

ное токовое реле типа РТ-40/0,2, присоединенное к ТТНП,

надеваемому на силовой кабель, питающий электродвигатель.

Так, выносную РЗ от однофазных КЗ на землю рекомендуется

устанавливать на электродвигателях, питающихся от транс-

форматоров собственных нужд со схемой соединения обмоток

д/г

, у которых уставка отсечки автоматического выключа-

теля 4000 А и более. Такая же РЗ рекомендуется для электро-

двигателей с уставкой токовой отсечки автоматического вы-

ключателя 2000 А и более, питающихся от трансформаторов

собственных нужд со схемой соединения обмоток ^А

, у ко-

торых токи однофазных КЗ на землю значительно меньше,

чем у трансформаторов со схемой соединения обмоток

Вследствие значительного загрубления отсечки автомати-

ческого выключателя по условию отстройки от пускового тока

электродвигателя часто не удается обеспечить необходимую

чувствительность защиты от перегрузки с помощью расцепите-

лей, имеющих зависимую характеристику. При этом РЗ от пере-

грузки выполняется с помощью выносных реле тока и времени.

В отдельных случаях на электродвигателях устанавливает-

ся специальная РЗ от работы на двух фазах, действующая на

727

отключение электродвигателя. Применение такой РЗ допуска-

ется на электродвигателях, защищенных от КЗ плавкими предо-

хранителями и не имеющих действующей на отключение РЗ

от перегрузки.

19.11.

ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Некоторые особенности синхронных электродвигателей. При

рассмотрении РЗ синхронных электродвигателей необходимо

учитывать их особенности.

Пуск большинства синхронных электродвигателей произ-

водится при отсутствии возбуждения прямым включением в

сеть.

Для этой цели на роторе синхронного электродвигателя

предусматривается дополнительная короткозамкнутая обмот-

ка, выполняющая во время пуска ту же роль, что и в коротко-

замкнутом роторе асинхронного электродвигателя. Когда сколь-

жение электродвигателя приближается к нулю, включается

возбуждение, и электродвигатель втягивается в синхронизм

под влиянием появляющегося при этом синхронного момента.

Во время пуска синхронный электродвигатель потребляет

из сети повышенный ток, который по мере уменьшения сколь-

жения затухает, так же как и у асинхронного электродвига-

теля.

Для уменьшения понижения напряжения и пусковых токов

мощные синхронные электродвигатели пускаются через реак-

тор,

который затем шунтируется. Защиты синхронных электро-

двигателей, как и РЗ асинхронных электродвигателей, долж-

ны быть отстроены от токов, возникающих при их пуске или

самозапуске, имеющих место при восстановлении напряже-

ния в сети.

Момент синхронного электродвигателя зависит от напря-

жения сети Сд, ЭДС электродвигателя Е

и угла сдвига § меж-

ду С/д и Е

. Без учета потерь в статоре и роторе

М„ = к-^-зшб, (19.11)

гдедг^ - синхронное сопротивление двигателя.

При постоянных значениях {/

и Е

каждой нагрузке электро-

двигателя соответствует определенное значение угла 6.

728

В случае понижения напряжения в

сети,

как следует из вы-

ражения (19.11), момент М

уменьшается. Если при этом он

окажется меньше момента сопротивления М

механизма, то

устойчивая работа синхронного электродвигателя нарушается,

возникают качания и электродвигатель выходит из синхро-

низма. Нарушение устойчивости возможно также при пере-

грузке электродвигателя или снижении возбуждения.

Эффективным средством повышения устойчивости электро-

двигателя является форсировка возбуждения, увеличивающая

его ЭДС. Опыт показывает, что при глубоких понижениях

напряжения (до нуля) синхронные электродвигатели, работаю-

щие с номинальной нагрузкой, выходят из синхронизма, если

перерыв питания превосходит 0,5 с.

При нарушении синхронизма частота вращения электродви-

гателя уменьшается, и он переходит в асинхронный режим.

При этом в пусковой обмотке и цепи ротора появляются то-

ки,

создающие дополнительный асинхронный момент, под

влиянием которого синхронный электродвигатель может

остаться в работе с некоторым скольжением.

Токи, появляющиеся в статоре, роторе и пусковой обмотке

электродвигателя при асинхронном режиме, вызывают повы-

шенный нагрев их, поэтому длительная работа синхронных

электродвигателей в асинхронном режиме с нагрузкой более

0,4-0,5 номинальной недопустима.

В связи с этим появляется необходимость в специальной

РЗ от асинхронного режима, которая должна реализовать

мероприятия, обеспечивающие ресинхронизацию электродви-

гателя, или отключить его. Ресинхронизация состоит в том, что

с электродвигателя снимается возбуждение (при этом его

асинхронный момент повышается и скольжение уменьшает-

ся),

через некоторое время включается возбуждение, и электро-

двигатель вновь втягивается в синхронизм. Признаком нару-

шения синхронизма электродвигателя является появление

колебаний тока в статоре и переменного тока в роторе.

Исследования и опыт эксплуатации показывают, что после

отключения КЗ или включения резервного источника питания

многие синхронные электродвигатели могут самозапускать-

ся,

т. е. вновь (сами) втягиваться в синхронизм. Самозапуск

синхронных электродвигателей возможен, если после восста-

новления напряжения под влиянием возросшего асинхронно-

729

а)

М1

ки.1 кт

Сг

гй КТ1 кт У. К (.2

•-и—о-

ни

На

ресинхронизацию

На отключение *

выключателя и АГП Л

Рис.

19.18. Схема защиты синхронного электродвигателя от асинхронного ре-

жима:

—

цепи тока; б

—

цепи постоянного оперативного тока

го момента скольжение электродвигателя настолько умень-

шится, что он сможет снова втянуться в синхронизм.

Защиты, применяемые на синхронных электродвигателях.

На синхронных электродвигателях устанавливаются следую-

щие РЗ: от междуфазных повреждений в статоре; от замыканий

обмотки статора на землю; от перегрузки; от асинхронного

хода; от понижения напряжения в сети.

Защита от междуфазных повреждений выполняется мгно-

венной в виде токовой отсечки или продольной дифференци-

альной защиты по такой же схеме, как у асинхронных электро-

двигателей. Отличие заключается в том, что РЗ синхронного

электродвигателя одновременно с выключателем отключает

АГП. Ток срабатывания отсечки отстраивается от пусковых

токов и токов самозапуска электродвигателя. Крупные

электродвигатели оборудуются продольной дифференциаль-

ной РЗ в двухфазном исполнении. Защита от замыканий обмот-

ки статора на землю применяется при токах замыкания на

землю более 5-10 А. Защита от перегрузки выполняется совме-

щенной с РЗ от асинхронного хода (рис. 19.18).

730