Алгоритмы действия защит
Основные модули программы выполняют следующие функции:
- инициализация таймеров,
- установка начальных параметров работы последовательного интерфейса,
- задание начальных значений глобальных переменных,
- измерение мгновенных значений токов фаз и тока нулевой последовательности с интервалом времени, равным 1/12 части периода э.д.с. сети, сохранение в оперативной памяти данных,
- расчет мгновенных значений тока обратной последовательности и сохранение данных в оперативной памяти,
- расчет действующих значений токов фаз, токов нулевой и обратной последовательностей,
- выбор тока с максимальным действующим значением из токов трех фаз А, В, С,
- защита от междуфазных коротких замыканий,
- защита от витковых коротких замыканий и несимметричных режимов,
- защита от симметричных перегрузок,
- защита от замыканий на землю.
Защита от междуфазных к.з. контролирует ток, протекающий к месту повреждения со стороны питающей сети, и действует без выдержки времени на отключение электродвигателя от сети.
Контроль токов фаз осуществляется путем предварительного выбора фазы с максимальным действующим значением тока и дальнейшего сравнения этого тока с уставкой. Это позволяет не только выявить короткие замыкания, но и определить вид замыкания (однофазное, двухфазное, трехфазное) и поврежденные фазы.
Условие срабатывания защиты:
где IД и IУ - действующие значения токов короткого замыкания и уставки.
Если контролируемые токи превышают допустимые уровни, то формируются сигналы управления коммутационными аппаратами и сигнализацией.
Для обеспечения селективного действия отсечки ее ток срабатывания (ток уставки) должен быть больше максимального тока рабочего режима, т.е. режима пуска:
где kот коэффициент отстройки, обеспечивающий некоторое загрубление защиты с целью предотвращения ложных срабатываний; Iп - пусковой ток защищаемого двигателя.
Защита от витковых коротких замыканий, междуфазных замыканий и несимметричных режимов основана на контроле интегральных значений тока обратной последовательности, возникающего при внутренних несимметричных к.з., а также при неполнофазных режимах (обрыв фазного провода сети, обрыв в обмотке статора).
При возникновении значительных уровней несимметрии алгоритм защиты обеспечивает отключение электродвигателя без выдержки времени, точнее, с собственной выдержкой времени срабатывания защиты, которая
определяется временем усреднения тока и сравнения его с уставкой по току обратной последовательности. Условие ее срабатывания:
где Т - период э.д.с. сети.
С целью отстройки от апериодической составляющей тока, существование которой приводит к завышенной оценке тока обратной последовательности, определение действующего значения I2 осуществляется за интервал времени 2-3 периода, в течение которого апериодическая составляющая практически затухнет.
При уровнях токов обратной последовательности меньших значений токов срабатывания отсечки контроль допустимости режима электродвигателя и время срабатывания защиты оценивается с помощью критерия термической стойкости ротора.
Алгоритм защиты содержит следующие операции:
- формирование нормированных мгновенных значений токов обратной последовательности;
- формирование их действующих значений и возведение их в квадрат;
- определение допустимого времени работы электродвигателя в данном режиме
При внешних к.з., например, на зажимах другого двигателя, через защиту неповрежденного двигателя протекает значительный ток обратной последовательности тока. В случае отказа защиты поврежденного двигателя, неповрежденный двигатель отключается:
Один из таймеров процессора используется для постоянного отсчета системного времени. В случае возникновения перегрузки считывается текущее значение системных часов, к нему прибавляется допустимое время работы электродвигателя в режиме данной перегрузки. Таким образом, определяется момент времени, в который необходимо отключить двигатель, если перегрузка не будет устранена. Программа начинает следить за системными часами, постоянно сравнивая их значение с расчетным моментом отключения двигателя. При устранении перегрузки такой контроль прекращается.
Допустимое время работы двигателя рассчитывается по формуле:
При исчезновении перегрузки предполагается мгновенное охлаждение двигателя и, соответственно, обнуление
.
Защиты от симметричной перегрузки электродвигателя осуществляется путем решения уравнения нагрева относительно допустимого времени работы электродвигателя при данном токе и действует по алгоритму, аналогичному рассмотренному выше.
Защита электродвигателя от замыканий на землю контролирует интегральное значение тока нулевой последовательности. Для фильтрации тока нулевой последовательности используются трансформаторы тока нулевой последовательности типа ТЗЛМ. В защите от замыканий на землю предусмотрен входной фильтр нижних частот, улучшающий отстройку от помех.
Условие срабатывания защиты:
где 10 и 10У - действующие значения тока нулевой последовательности и уставки.
Вычисление интегральных значений сигналов
В большинстве алгоритмов релейной защиты контролируемыми сигналами являются интегральные (действующие, средневыпрямленные) значения токов и напряжений. В связи с этим необходимы анализ и выбор численных методов обработки входных сигналов, обеспечивающих расчет с достаточной для целей релейной защиты точностью и учитывающих особенности программной реализации в микропроцессорной системе защиты.
Действующее значение сигнала при строгом подходе должно вычисляться по известной канонической формуле (в соответствии с определением):
При интегрировании синусоидальных сигналов может быть вычислено средневыпрямленное значение
Используя приближенную формулу интегрирования по методу трапеций, будем иметь:
Требуемые вычислительные ресурсы (объем занимаемой памяти, количество операций при вычислениях) практически одинаковы для всех рассмотренных методов. Относительная методическая погрешность минимальна при расчете средневыпрямленного значения методом парабол. Исходя из этого, следует признать, что расчет действующего значения синусоидального сигнала целесообразно производить через коэффициент формы, предварительно вычислив средневыпрямленное значение методом парабол.
