Никитин К.И. Релейная защита систем электроснабжения. Конспект лекций

Подождите немного. Документ загружается.

З,C

MIN,1К

≥= , (7.7)

где

К1,МIN

– минимальный ток КЗ в точке К1 (рис. 7.2).

7.4 Защита от перегрузки

Устанавливается обычно в одной фазе. Аналогично защите трансформатора

от перегрузки данная защита может срабатывать через определенное время на

разгрузку (если это возможно), а затем на отключение или сразу на отключение.

Ток срабатывания защиты определяется по формуле

ДВ,Н

ОТС

З,С

I ⋅≥

, (7.8)

где

ОТС

― коэффициент отстройки, k

ОТС

= 1,05, k

― коэффициент возврата, для

реле максимального действия

< 1.

Время срабатывания защиты выбирается больше времени пуска двигателя:

ttt

ПЗ,С

. (7.9)

Коэффициент чувствительности защиты не рассчитывается.

Рисунок 7.4. Защита электродвигателя от перегрузки

7.5 Защита от понижения напряжения

При групповом запуске или самозапуске понижается напряжение на шинах,

у двигателей повышается потребляемый ток, дополнительно снижается напряже-

ние, что приводит к увеличению времени самозапуска. Для предотвращения рабо-

ты двигателя при глубоком снижении напряжения предусматривается защита от

понижения напряжения (рис. 7.5). В

качестве измерительного органа защиты ис-

пользуется реле напряжения.

Напряжение срабатывания защиты электродвигателей неответственных ме-

ханизмов

ВОТС

Р,MIN

З,С

⋅

≤

, (7.10)

где

ОТС

– коэффициент отстройки, k

ОТС

=1,2…1,3, k

– коэффициент возврата, для

реле минимального действия

>1, (для РН-54 k

=1,25); U

МIN,Р

– минимально воз-

можное напряжение в рабочем режиме, принимается

МIN,Р

=0,9

⋅

НОМ

Рисунок 7.5. Защита от понижения напряжения

Для электродвигателей ответственных механизмов принимается

С,З

=0,5

⋅

НОМ

Время срабатывания защиты [25]

15...10t

З,С

; (7.11)

7.6 Защита от замыкания обмотки статора на корпус

Защита отстраивается от броска соб-

ственного емкостного тока

при внешнем

замыкании на землю:

СБОТСЗ,С

IkkI ⋅

⋅

≥ , (7.12)

где

― коэффициент, учитывающий бро-

сок емкостного тока присоединения в на-

чальный момент внешнего замыкания на

землю, связанный с перезарядом распреде-

ленных емкостей сети,

= 2 – 3 для реле

РТЗ-51,

=3 – 4 для реле РТЗ-50 и РТ-40.

Реле защиты от замыканий на корпус

обмотки статора подключаются к транс-

форматору тока нулевой последовательно-

сти (ТТНП), через который (рис. 7.6) про-

девается питающий кабель ЭД. Необходи-

мо отметить, что заземление оболочки кабеля обязательно должно проходить че-

рез ТТНП во избежание неправильных срабатываний защиты от наведенных

блу-

ждающих токов на оболочку кабеля.

Собственный емкостный ток

присоединения складывается из собственно-

го емкостного тока кабельной линии

С,КЛЭП

и собственного емкостного тока элек-

тродвигателя

С,ДВ

ДВ,СКЛЭП,СС

III

= , (7.13)

lII

УД,СКЛЭП,С

⋅

, (7.14)

Рисунок 7.6 Защита от замыка-

ний на корпус обмотки статора

ФДВДВ,С

UC3f2I

⋅

, (7.15)

где

С, УД

― утроенная величина собственного емкостного тока одного километра

КЛЭП,

l ― длина КЛЭП, U

― фазное напряжение, f ― промышленная часто-

та,

⋅

ДВ

―⋅емкость двигателя, которая для неявнополюсных синхронных и асин-

хронных ЭД с короткозамкнутым ротором может быть рассчитана по формуле

)U08,01(U2,1

10S0187,0

НОМНОМ

ДВ,НОМ

ДВ

⋅+⋅

⋅⋅

−

, (7.16)

для остальных ЭД:

НОМНОМ

ДВ,НОМ

ДВ

n)6,3U(3

10S40

⋅+⋅

⋅⋅

−

, (7.17)

где

НОМ,ДВ

― номинальная мощность ЭД, МВА; U

НОМ

― номинальное линейное

напряжение ЭД, кВ;

НОМ

― номинальная частота вращения ЭД, об/мин.

Принципиальная схема защиты от замыкания обмотки статора на корпус

приведена на рис. 7.7. Здесь ТА2 ― ТТНП.

Рисунок 7.7. Защита от замыкания обмотки статора на корпус

Защита срабатывает на отключение без выдержки времени (если это необ-

ходимо по условиям технологии ― взрыво- и пожароопасные помещения) или с

выдержкой времени:

2...1t

З,С

; (7.18)

так как на промышленных предприятиях на механизмах может присутствовать

опасно высокий потенциал прикосновения.

Коэффициент чувствительности защиты в сетях с изолированной нейтралью

рассчитывается по выражению

З,C

≥

−

′

. (7.19)

7.7 Защита от эксцентриситета ротора электрической машины

Защита от эксцентриситета ротора актуальна, но в настоящее время нет опре-

деленного универсального устройства, которое надежно защитило бы ЭД. Дан-

ную защиту некоторые предприятия выпускают в виде экспериментальных уст-

ройств. Принципы их работы разные, но в основном используются следующие:

― измерение уровня

механической вибрации;

― измерение электрической емкости между статором и ротором (при воз-

никновении эксцентриситета появляется пульсирующая составляющая емкости);

― диагностика эксцентриситета путем просвечивания зазора между статором

и ротором световым лучом;

― выявление определенных гармоник в сигналах тока и напряжения, появ-

ляющихся при эксцентриситете.

7.8 Защита от разрыва стержня «беличьей клетки» ротора

Данная защита не предусматривается и не выпускается, хотя исследования в

этом направлении

проводятся в связи с имеющимися повреждениями.

7.9 Схема защиты ЭД с продольной дифференциальной защитой

Защита (рис. 7.8, 7.9) выполнена на постоянном оперативном токе.

Рисунок 7.8. Первичная схема и вторичные цепи защиты ЭД

переменном оперативном токе

Рисунок 7.9. Цепи постоянного оперативного тока защиты ЭД

7.10 Защиты ЭД напряжением ниже 1000 В

Особенности ненормальных режимов и повреждений у двигателей с

<1000 В связаны с различием в работе нейтралей сети по отношению с напря-

жением

>1000 В.

Для двигателей с

<1000 В основными защитами являются: отсечка, защита

от перегрузки, защита от обрыва фазы.

Эти защиты могут выполняться с использованием предохранителей, автома-

тических выключателей (с электромагнитными, тепловыми и полупроводниковы-

ми расцепителями), тепловых реле, температурной защитой, специальных реле от

обрыва фазы.

Предохранители для защиты ЭД не рекомендуется устанавливать, так как при

перегорании одного из них двигатель остается подключенным к сети в неполно-

фазном режиме. В этом

случае должно использоваться реле от обрыва фазы или

обмотка пускателя должна запитываться после предохранителя.

В последнее время наиболее предпочтительным защитным устройством явля-

ется автоматический выключатель.

Вопросы для самопроверки

1. Каковы повреждения и ненормальные режимы работы электродвигателей?

2. Принцип действия токовой отсечки электродвигателя. Расчет тока сраба-

тывания, проверка чувствительности.

3. Каково назначение

продольной дифференциальной отсечки электродвига-

теля? Расчет тока срабатывания, проверка чувствительности.

4. Принцип действия защиты от перегрузки. Расчет тока и времени срабаты-

вания.

5. Для чего необходима защита от понижения напряжения? Расчет тока и

времени срабатывания.

6. Каков принцип действия защиты от замыкания обмотки статора на корпус?

7. Для чего необходима защита от эксцентриситета

ротора электрической

машины?

8. Объясните работу схемы продольной дифференциальной защиты ЭД.

9. Каковы особенности выполнения защит ЭД напряжением ниже 1000 В?

ЛЕКЦИЯ 8

8.1 Токовая отсечка шин без выдержки времени

На отходящих присоединениях Q2―Q6 (рис. 8.1) одной системы сборных

шин (одной секционированной

системы сборных шин) традици-

онно используется токовая отсечка

без выдержки времени (I ступень

ТЗ).

На выключателе ввода Q1 то-

ковая отсечка без выдержки вре-

мени используется редко, так как

трудно обеспечить чувствитель-

ность при

ее отстройке от КЗ в

точке К2 [26]:

)IkI(kI

НАГРНАГР2KОТС

1Q,I

З,С

+≥ ,(8.1)

где

НАГР

― суммарный ток на-

грузки питаемой секции;

НАГР

―

коэффициент нагрузки, учиты-

вающий увеличение тока нагрузки

неповрежденных присоединений

при КЗ за реактором первого при-

соединения, отключаемого с вы-

держкой времени,

НАГР

=1,2…1,3;

ОТС

― коэффициент отстройки,

равный

ОТС

=1,2.

Чувствительность защиты на-

ходится по формуле

1Q,I

З,C

MIN,1К

≥= . (8.2)

8.2 Дифференциальная защита шин

На ответственных электрических станциях и подстанциях используется диф-

ференциальная защита шин. В целях упрощения схем в сетях с напряжением

6 ― 35 кВ (устанавливается в фазах А и С) используется неполная дифференци-

альная защита (рис. 8.2) ― защита охватывает только питающие вводы, секцион-

ный выключатель, присоединение трансформатора собственных

нужд, присоеди-

нение трансформаторов связи и т.д.

При внешнем КЗ в точке К2 токи вычитаются и по реле защиты протекает ток

небаланса, от которого защита должна быть отстроена. При КЗ в зоне действия в

точке К1 через реле защиты протекает ток КЗ и она должна надежно срабатывать.

Рисунок 8.1. Одна система сборных шин

Рисунок 8.2. Дифференциальная защита шин

Ток срабатывания защиты выбирается:

1) по условию отстройки от максимального рабочего тока защищаемой секции

шин

)II(

ДОП,НАГРНАГР

ОТС

1Q,I

З,С

+≥

, (8.3)

где

ОТС

― коэффициент отстройки, равный k

ОТС

=1,2; k

― коэффициент возвра-

та, равный

=0,75…0,8 для реле РНТ-565; I

НАГР

― суммарный ток нагрузки сек-

ции;

НАГР,ДОП

― суммарный дополнительный ток нагрузки присоединений смеж-

ной секции, подключаемых АВР при отключении этой смежной секции;

2) по условию отстройки от небаланса и подпитки от асинхронных и синхрон-

ных электродвигателей при внешнем КЗ

Д,СД,С,ОТСД,АД,А,ОТСНБОТС

1Q,I

З,С

IkIkIkI

′′

′

+≥ , (8.4)

где

ОТС

― коэффициент отстройки, учитывающий погрешность реле, принимает-

ся равным

ОТС

=1,5;

НБ

I ― ток небаланса при переходном режиме внешнего КЗ в

максимальном режиме работы;

Д,А,ОТС

′

― коэффициент, учитывающий ток под-

питки от асинхронных двигателей,

Д,А,ОТС

′

=0,6;

Д,А

′

― ток подпитки асинхронных

двигателей в начальный момент при внешнем КЗ;

Д,C,ОТС

′

― коэффициент, учиты-

вающий ток подпитки от синхронных двигателей,

Д,А,ОТС

′

=1,2;

Д,C

′′

― ток подпит-

ки синхронных двигателей в начальный момент при внешнем КЗ.

Ток небаланса выражения (8.7) находится по формуле

ВНЕШ,MAX,КОДНАНБ

IkkI

= , (8.5)

где

― коэффициент, учитывающий увеличение тока КЗ за счет наличия апе-

риодической составляющей тока КЗ, при использовании реле РНТ-565

=1; k

ОДН

― коэффициент однотипности трансформаторов тока,

ОДН

=0,5, если ТТ одина-

ковые,

ОДН

=1, если ТТ различные;

― погрешность ТТ, принимаемая в РЗ

= 0,1; I

К,МАХ,ВНЕШ

― ток внешнего КЗ в максимальном режиме работы системы.

Чувствительность дифференциальной защиты находится по формуле

1Q,I

З,C

MIN,1К

≥= . (8.6)

В сетях с U = 110 кВ и выше устанавливаются ТТ в каждой фазе.

Схема полной дифференциальной защиты шин приведена на рис. 8.3.

Рисунок 8.3. Дифференциальная защита шин

8.3 Токовая отсечка шин с выдержкой времени

Если чувствительность I ступени ТЗ не удовлетворяет требованиям [5], то

вместо нее применяется токовая отсечка [1] с выдержкой времени (II ступень ТЗ):

2Q,I

З,СОТС

1Q,II

З,С

IkI ≥ . (8.7)

Время срабатывания защиты принимается равным:

5,0t

1Q,II

З,С

≥ с. (8.8)

Чувствительность II ступени ТЗ находится по формуле

5,1

1Q,II

З,C

MIN,1К

≥= . (8.9)

Наряду с традиционной токовой отсечкой с выдержкой времени используется

отсечка с блокировкой от токовых защит присоединений [27]. Схема такой защи-

ты изображена на рис. 8.4.

TA1

TA3

TA4

TA2

KA1

KA3KA2

KA4

KL1

KA2.2 KA3.2

KA4.2

KA2.1 KA3.1 KA4.1

KA1.1

KL1.1

++ +

Рисунок 8.4. Токовая отсечка с выдержкой времени с блокировкой

от токовых защит присоединений

Принцип действия такой защиты шин основан на том, что токовые реле имеют

два контакта: замыкающийся и размыкающийся. Замыкающиеся контакты тради-

ционно используются для защиты отходящих присоединений. Размыкающиеся

контакты всех отходящих присоединений соединены последовательно, а также в

эту же

цепь включены замыкающийся контакт токовой отсечки ввода и промежу-

точное реле. При КЗ в точке К2 срабатывают токовые реле КА1 (защита присое-

динения выключателя Q2) и КА2 (защита ввода Q1), замыкается контакт КА2.1,

подавая сигнал на отключение выключателя Q2, а контакт КА2.2 размыкается,

размыкая цепь и блокируя действие защиты ввода. При КЗ в

точке К1 срабатывает

реле КА1 (защита ввода Q1), замыкая контакт КА1.1 и подавая питание на сраба-

тывание промежуточного реле KL1. Контакт КL1.1 замыкается через выдержку

времени, достаточную чтобы исключить неправильное действие защиты ввода

Q1.