Релейная защита отдельных установок систем электроснабжения

Защита синхронных и асинхронных электродвигателей напряжением выше 1000 В

На синхронных и асинхронных электродвигателях напряжением выше 1000В устанавливают релейную защиту от следующих видов повреждений и ненормальных режимов (ПУЭ): многофазных КЗ в обмотке статора и на ее выводах; замыканий на землю в обмотке статора; токов перегрузки; асинхронного режима для синхронных электродвигателей; потери питания. Защиту от многофазных замыканий устанавливают на всех синхронных и асинхронных электродвигателях, она действует на отключение электродвигателя, а у синхронных электродвигателей и на устройство автоматического гашения поля (АГП), если оно предусмотрено. Типы защиты электродвигателей от многофазных замыканий в обмотке статора и на ее выводах, а также выбор параметров и чувствительность защиты приведены в табл. 1. Наименьший коэффициент чувствительности токовой отсечки и дифференциальной защиты должен быть порядка 2. Чувствительность этих защит должна также проверяться при КЗ на выводах реактора, если электродвигатель имеет реакторный пуск. При этом минимальный коэффициент чувствительности должен быть не менее 1,5.
Защита электродвигателей мощностью до 2000 кВт от однофазных замыканий на землю должна предусматриваться при значениях тока однофазного замыкания или остаточного тока замыкания на землю (при наличии компенсации) 10А и более, а для электродвигателей более 2000 кВт — при токах 5А и более. Защиту от однофазных замыканий на землю выполняют, как правило, без выдержки времени, она действует на отключение электродвигателя, а у синхронных электродвигателей также на устройство АГП, если оно предусмотрено.
Ток срабатывания защиты от замыкания на землю, выполненной с трансформаторами тока"нулевой последовательности кабельного Типа без подмагничивания, определяют по выражению /с 3 >* kBk6Ic, где ки— = 1,2 .. . 1,3 — коэффициент надежности; к6 — коэффициент, учитывающий бросок емкостного тока электродвигателя при внешних перемежающихся замыканиях на землю (йб=3...4— для защиты без выдержки времени и k6 = 1,5...2 — для защиты с выдержкой времени 1—2 с); / — сумма собственного емкостного тока электродвигателя и питающих его кабелей, А,

где / — частота тока, Гц; С — емкость фазы электродвигателя, Ф (по данным завода-изготовителя); U — номинальное напряжение двигателя, В; /с к — емкостной ток кабельной линии, А/км (см. табл. 20); I— длина кабеля, входящего в зону защиты, км; т — число кабелей в линии.
При отсутствии данных завода-изготовителя значение С, мкФ, можно определить по приближенной формуле: для турбокомпрессоров
где Sном — номинальная мощность двигателя, кВ • А; п — частота вращения, мин-1.
Ток срабатывания защиты электродвигателей от замыканий на землю должен быть не более 10А для двигателей до 2000 кВт и не более 5 А для двигателей более 2000 кВт. Значения минимальных первичных токов срабатывания защиты электродвигателя от однофазных замыканий на землю, выполненной с трансформаторами тока нулевой последовательности без подмагничивания, приведены в табл. 52. Если расчетное значение /с 8 превысит указанные в таблице значения (что может иметь место для крупных двигателей), то защиты выполняют с выдержкой времени 0,5—2 с.
Защиту электродвигателей от однофазных замыканий на землю при использовании трансформаторов тока нулевой последовательности кабельного типа с подмагничиванием выполняют с выдержкой времени 0,5—2 с, а первичный ток срабатывания определяют по условию отстройки от внешнего однофазного замыкания, сопровождающегося внешним двухфазным КЗ,

для остальных двигателей


где kB — коэффициент возврата, принимаемый для реле РТЗ-50 равным 0,9—0,93; /г'тс и — коэффициенты отстройки, принимаемые равными соответственно 2 и 1,5; /нб п — первичное значение установившегося тока небаланса трансформатора тока при максимальном расчетном токе внешнего двухфазного КЗ, обусловленное наличием подмагничивания и несимметричным расположением фаз первичной обмотки относительно вторичной.
где wB — число витков вторичной обмотки трансформаторов тока нулевой последовательности; гр — сопротивление реле и проводов от трансформатора тока до реле; гэ нв— приведенное ко вторичной цепи эквивалентное сопротивление намагничивания;

Значение /Нб-П можно определить по выражению

2. Область применения и расчет уставок защит электродвигателей от многофазных замыканий в обмотке статора и на его выводах

** При отсутствии защиты от однофазных замыканий на землю для двигателей 2000 кВт и более допускается защита в исполнении с дополнением защиты от двойных замыканий на землю, выполненной с помощью трансформатора тока нулевой последовательности и токового реле*

* * * Для электродвигателя’, оборудованного динамическим торможением при отсутствии в цепи торможения трансформаторов тока для определения 1С вводят дополнительное расчетное условие отстройки от режима динамического торможения

2. Минимальные токи срабатывания защиты электродвигателя от однофазных замыкаиий на землю, выполненной с трансформаторами тока без подмагничивания

/нб в — вторичный ток небаланса, определяемый по выражению

где Eнб.подм — ЭДС небаланса, обусловленная неидентичностью магнитопроводов трансформаторов тока; Eиб.нес — ЭДС небаланса, наводимая во вторичной обмотке трансформатора тока в номинальном режиме; к — кратность расчетного тока внешнего двухфазного КЗ для момента времени, соответствующего выдержке времени защиты.

Значения  величин

Если защита от однофазных замыкании на землю по условию отстройки от переходных процессов должна иметь выдержку времени, то для обеспечения быстродействующего отключения двойных замыканий на землю в различных точках должно устанавливаться дополнительное токовое реле с первичным током срабатывания около 50—100 А.
Защиту электродвигателей от перегрузки следует устанавливать в случаях, когда перегрузка возможна по технологическим причинам. Эта защита должна также устанавливаться на двигателях с особо тяжелыми условиями пуска и самозапуска (время прямого пуска 20 с и более), когда необходимо предотвратить чрезмерное увеличение длительности пускового периода в случае понижения напряжения сети. На электродвигателях, подверженных перегрузке по технологическим причинам, защита от перегрузок, как правило, должна выполняться с действием на сигнал и автоматическую разгрузку механизма. На электродвигателях механизмов с тяжелыми условиями пуска или самозапуска, или при отсутствии возможности своевременной разгрузки без останова, а также на электродвигателях, работающих без постоянного дежурного персонала, допускается действие защиты на отключение.

Ток срабатывания защиты от асинхронного режима определяют по выражению 1С З = 1,4/в . Ток срабатывания защиты от потери возбуждения определяют по выражению /с з п п = (1,3...1,5) /в к, где /в х— ток возбуждения при холостом ходе, номинальном напряжении и минимальном токе статора двигателя.
Защиту от асинхронного режима рекомендуется выполнять совмещенной защитой от перегрузки, если она предусматривается. Допускается применение других способов защиты, например с помощью (устройства, реагирующего на наличие переменного тока в цепи обмотки ротора или на сдвиг фаз между током статора и напряжением при асинхронном режиме.
Защита от асинхронного режима должна действовать на одну из схем, предусматривающих: 1) ресинхронизацию; 2) ресинхронизацию с автоматической кратковременной разгрузкой механизма до такой нагрузки, при которой обеспечивается втягивание электродвигателя в синхронизм (при допустимости кратковременной разгрузки по условиям технологического процесса); 3) отключение электродвигателя и повторный автоматический пуск; 4) отключение электродвигателя. Действие защиты по п. 4 предусматривается при невозможности разгрузки или ресинхронизации электродвигателя или при отсутствии необходимости автоматического повторного пуска и ресинхронизации.
Для защиты электродвигателей от потери питания используют: защиту минимального напряжения, выполняемую одно- или двухступенчатой; защиту минимальной частоты с блокировкой по направлению активной мощности. Защиту от потери питания применяют: для облегчения восстановления напряжения после отключения КЗ и обеспечения самозапуска электродвигателей ответственных механизмов (защита действует на отключение электродвигателей неответственных Механизмов суммарной мощностью, определяемой возможностями питающей сети по обеспечению самозапуска); для отключения части ответственных механизмов с автоматическим повторным пуском по окончании самозапуска неотключаемой группы электродвигателей; для отключения электродвигателей ответственных механизмов, когда их самозапуск после останова недопустим по технологическим условиям или по условиям безопасности; для обеспечения надежности пуска АВР электродвигателей взаиморезервируемых механизмов; в целях ускорения действия АВР и АПВ; для предупреждения несинхронного включения отключенных двигателей, если токи включения превышают допустимые значения; для ограничения или ликвидации подпитки места КЗ в питающей сети.
Выдержку времени защиты минимального напряжения, предназначенной для облегчения условий самозапуска электродвигателей ответственных механизмов и предотвращения несинхронного включения синхронных электродвигателей на сеть (при выполнении защиты двухступенчатой — первая ступень), выбирают на ступень больше времени действия быстродействующих защит от многофазных КЗ, т. е. 0,5—1 с, а установка по напряжению должна быть, как правило, не выше 70 % номинального напряжения. Выдержку времени защиты, предназначенной для отключения электродвигателей по условиям технологического процесса или по условиям техники безопасности (при выполнении защиты двухступенчатой — вторая ступень), выбирают равной 5—10 с, а уставка по напряжению должна быть, как правило, не выше 50 % номинального напряжения. Кроме того, защита с такими уставками по времени и напряжению должна устанавливаться, когда не может быть обеспечен самозапуск всех электродвигателей ответствен них механизмов, а также для обеспечения надежности пуска АВР электродвигателей взаиморезервирующих механизмов. Выдержку времени защиты минимальной частоты принимают 0,3—0,5 с, а уставку по частоте примерно 48,5 Гц (отстраивают от наименьшего возможного значения частоты в сети).

Защита конденсаторных установок напряжением 6—10 кВ

Для конденсаторных установок напряжением 6—10 кВ предусматриваются следующие виды защит (ПУЭ): максимальная токовая мгновенного действия — от многофазных КЗ; от сверхтоков перегрузки; от повышения напряжения.
Ток срабатывания максимальной токовой защиты от многофазных КЗ определяют по выражению

где /ном— номинальный ток конденсаторной установки; Аотс= 2...2,5— коэффициент отстройки от бросков токов при ее включении и при перенапряжениях. Ток срабатывания реле и чувствительность защиты определяют соответственно. Минимальный коэффициент чувствительности максимальной токовой защиты должен быть около 2.
Защиту от сверхтоков перегрузки устанавливают в тех случаях, когда возможна перегрузка конденсаторов токами высших гармоник. Защита от перегрузки должна действовать с выдержкой времени (порядка 9 с) и отключать конденсаторную установку при действующем значении полного тока, превышающем 130 %, т. е. /с 3 пер » 1,3 /ном.
Защиту от повышения напряжения устанавливают в случаях, когда к единичному конденсатору может быть длительно приложено напряжение, превышающее 110% номинального. Выдержка времени защиты от повышения напряжения принимается 3—5 мин. Повторное включение конденсаторной установки допускается после снижения напряжения в сети до номинального значения, но не ранее чем через 5 мин после ее отключения.

Защита электропечных установок

Для защиты электропечных трансформаторов и линий, их питающих, используют следующие виды защиты: максимальную токовую мгновенного действия — от многофазных КЗ; газовую —от повреждений внутри кожуха трансформатора; от сверхтоков перегрузки.
Ток срабатывания максимальной токовой защиты от многофазных КЗ определяют по выражению

где /ном т—номинальный ток электропечного трансформатора; koтc  = 3...4.5.
В защите от сверхтоков перегрузки используют реле с зависимыми характеристиками срабатывания (РТ-80), ток срабатывания которых выбирают таким образом, чтобы защита при перегрузке 1,5/ном-т сработала примерно через 10 с.