Требования к защите.
Устройства защиты должны реагировать на ненормальные режимы электроустановок и либо отключать их, либо подавать сигнал о неисправности. К ненормальным режимам относятся короткое замыкание (КЗ), перегрузка электромашин или кабеля сети, переход генератора в двигательный режим, чрезмерное снижение напряжения в сети, снижение сопротивления изоляции или замыкание на корпус, обрыв одной фазы трехфазной сети.
Защита должна быть чувствительной, надежной, быстродействующей и селективной. На последнем требовании к защите следует остановиться подробно.
Под селективностью, или избирательностью, защиты понимается такое действие, когда отключается только поврежденный участок электроэнергетической системы. Совершенно недопустимо, если при коротком замыкании, скажем, в патроне электрической лампочки под полубаком сработает защита генератора и отключит его, обесточив все судно. Селективная настройка всей защиты связана с определенными трудностями.
При коротком замыкании, например в точке k1 (рис. 94), ток протекает через плавкий предохранитель В, установочный автомат Б и генераторный селективный автомат А (работает генератор Г1). Это значит, что принципиально любой из указанных элементов защиты может сработать первым и отключить цепь. Совершенно ясно, что срабатывание автоматов Б и особенно А крайне нежелательно. При правильной настройке защиты в данном случае должен сработать плавкий предохранитель В.
Рис. 94. Принципиальная однолинейная схема судовой сети
Для настройки защиты можно было бы использовать то обстоятельство, что ток короткого замыкания зависит, при всех прочих равных условиях, от длины кабеля до точки КЗ. Очевидно, при коротком замыкании в точке k1 ток Ik1 будет меньше,
чем ток Ik2 при коротком замыкании в точке k2, т. е.
Тогда при настройке защиты необходимо, чтобы токи срабатывания плавкого предохранителя В (Iв), автомата Б (Iб) и автомата А (IА)удовлетворяли следующим условиям:
. При такой настройке сохраняется предельно возможное быстродействие всех элементов защиты. Однако в судовых условиях так настроить защиту не удается. Длина кабельной сети относительно мала, и токи при коротких замыканиях в точках k1, k2, k3 отличаются очень мало.
Остается второй путь обеспечения избирательности защиты, при котором устанавливается различное время срабатывания элементов защиты. Так, в нашем примере должно выполняться условие
. В этом случае плавкий предохранитель В выбирают с минимально возможным временем срабатывания. Время же срабатывания автоматов
и тем более
необходимо увеличить настолько, чтобы с учетом разброса параметров по времени у элементов защиты при коротком замыкании в точке k1 сработал предохранитель В и не успел сработать автомат Б, а при коротком замыкании в точке k2 сработал автомат Б и не успел сработать автомат А. Недостаток такой настройки заключается в том, что приходится искусственно снижать быстродействие элементов защиты.
Защита генераторов.
По Правилам Регистра СССР судовые генераторы должны иметь по крайней мере следующие четыре вида защиты: от коротких замыканий, от перегрузки, от перехода генератора в двигательный режим, от минимального напряжения. Для этой цели могут быть использованы универсальный автоматический выключатель со всеми видами встроенной в него защиты либо отдельные реле максимального тока, минимального напряжения, обратной мощности (тока), действующие на катушку независимого расцепления генераторного автомата. На отечественных судах преимущественно используют универсальные выключатели, но для защиты от обратной мощности применяют отдельное реле, которое при срабатывании включает катушку независимого расцепителя универсального автомата.
Отключение генератора при коротком замыкании происходит с минимальной выдержкой времени (обычно не более 0,63 с), необходимой для обеспечения селективности защиты. Защита от КЗ настраивается на ток не менее 200% номинального тока генератора.
Для защиты от перегрузок генератора рекомендуется применять сигнализацию, начинающую действовать после выдержки времени до 15 мин, если перегрузка генератора не превышает 10% номинального тока. Если же ток нагрузки на 10—50% превышает номинальный, тогда защита должна действовать на отключение с выдержкой времени, не превышающей 2 мин для генераторов переменного тока и 15 с — для генераторов постоянного тока. И все же отключение генератора является крайней мерой,
тем более что перегрузку можно снять другим способом.
Регистр СССР требует, чтобы защита в этом случае действовала на отключение второстепенных потребителей (бытовой вентиляции, системы кондиционирования воздуха, электрооборудования камбуза и т.п.). На некоторых судах (теплоходы типа «Новгород», «Михаил Калинин», ледокол «Ленинград» и др.) второстепенные потребители разбиты на 2—3 группы, которые отключаются с различной выдержкой времени (5—40 с), если перегрузка генераторов не исчезает. Если после отключения второстепенных потребителей генератор остается перегруженным, срабатывает максимальный расцепитель генераторного автомата, и генератор отключается.
Реле максимального тока, действующее на отключение второстепенных потребителей, и максимальный расцепитель генераторного автомата можно настраивать на один и тот же ток, установив различные выдержки времени.
По нашему мнению, защита от перегрузки вообще не должна действовать на отключение генератора. Кроме второстепенных потребителей для разгрузки генераторов, могут быть выключены и некоторые потребители второй категории (даже охлаждающие насосы забортной воды) при одновременной информации вахтенной службы.
Генератор переходит в двигательный режим при параллельной работе, если его первичный двигатель не развивает вращающий момент (прекращение подачи топлива или пара). Сам по себе переход в двигательный режим для генератора опасности не представляет (сохраняется синхронное вращение роторов генераторов), однако вся нагрузка в этом случае самопроизвольно переведется на другие (другой) работающие генераторы и еще дополнительную нагрузку на них создает генератор, перешедший в двигательный режим.
При анализе работы защиты от обратной мощности следует иметь в виду еще одно важное обстоятельство. Современные дизели оборудованы устройством, которое автоматически блокирует подачу топлива, когда прекращается подача смазочного масла. Если это произойдет при параллельной работе, а защита от обратной мощности не сработает, то может случиться авария дизеля.
Пределы уставок защиты от обратной мощности и от обратного тока приведены в табл. 6. Эта защита должна действовать и при снижении напряжения на 50% номинального.
На электростанции существует опасность ошибочного включения невозбужденного генератора или генератора, у которого возбуждение недостаточно и напряжение на его зажимах понижено. Минимальный расцепитель генераторного выключателя не позволяет включать генератор, если напряжение его не достигнет хотя бы 80% номинального значения.
Кроме рассмотренных обязательных видов защиты генераторов, существуют менее распространенные, например устройство гашения поля генератора, дифференциальная защита и т. д. Дифференциальная защита генератора реагирует только на неисправности в цепи статора генератора и кабеля, соединяющего генератор с ГРЩ, и отличается высоким быстродействием, поскольку ее избирательность достигается без увеличения выдержки времени.
