ОМИКРОН ОМИКРОН ОМИКРОН
Система Orphus

Терминалы релейной защиты синхронных и асинхронных элктродвигателей 6-10кВ. Расчет уставок

Терминалы релейной защиты синхронных и асинхронных элктродвигателей 6-10кВ. Расчет уставок

1. Общие сведения
2. Нормативные ссылки
3. Обозначения и сокращения
4. Защиты электродвигателей от междуфазных замыканий
4.1 Требования ПУЭ к защитам от междуфазных замыканий
4.2 Расчет уставок максимальной токовой отсечки
4.3 Дифференциальная защита электродвигателей
4.4 Расчет уставок дифференциальной защиты.
4.5 Расчет уставок защит электродвигателя с плавным пуском
5 Примеры расчета уставок защит от междуфазных замыканий
5.1 ДЗТ с очувствлением для АД
5.2 ДЗТ с уставкой меньше номинального тока АД
5.3 ДЗТ с уставкой меньше номинального тока СД
5.4 ДЗТ с уставкой меньше номинального тока СД с реакторным пуском
5.5 Токовая отсечка для двухскоростного АД
5.6 ДЗТ с током срабатывания больше номинального тока АД с плавным пуском
6 Защиты от однофазных замыканий на землю
6.1 Требования ПУЭ к защитам от ОЗЗ
6.2 Защита от ОЗЗ в терминалах БМРЗ
6.3 Расчет уставок защиты от ОЗЗ
6.4 Защита от двойных замыканий на землю
6.5 Направленная токовая защита от ОЗЗ
6.6 Неселективная защита от замыканий на землю и алгоритм «селектор направления ОЗЗ»
6.7 Примеры расчета защит от ОЗЗ
6.7.1 Токовая защита от замыканий на землю.
6.7.2 Направленная токовая защита от замыканий на землю
7 Защиты минимального напряжения
7.1 Требования ПУЭ к ЗМН
7.2 ЗМН в терминалах БМРЗ
8 Защита от потери питания
8.1 Назначение ЗПП
8.2 Требования ПУЭ к ЗПП
8.3 Характеристика алгоритмов ЗПП
8.4 ЗПП в терминалах БМРЗ
9 Защита электродвигателя от неполнофазных режимов
9.1 Требования ПУЭ к защите от неполнофазных режимов
9.2 Защита от неполнофазных режимов в терминалах БМРЗ
10 Защита электродвигателей от перегрузок.
10.1 Требования ПУЭ к защите от перегрузок.
10.2 Защиты двигателей от перегрузок в терминалах БМРЗ
10.3 Расчет уставок защиты от симметричных перегрузок
10.4 Выбор уставок защиты от затянутого пуска
10.5 Расчет уставок тепловой защиты электродвигателей
10.6 Примеры расчета защит от перегрузок
10.6.1 Защита АД от симметричных перегрузок
10.6.2  Защита АД с помощью тепловой модели
10.7 Определение постоянных времени тепловой модели
11 Защиты СД от асинхронного режима
11.1 Требования ПУЭ к защите СД от асинхронного режима
11.2 Защита СД от асинхронного режима  в терминалах БМРЗ
11.3 Пример расчета защиты СД от асинхронного режима
12 Выбор уставок для алгоритма УРОВ
13 Минимальная токовая защита электродвигателя
14 Алгоритм «функция опережающего отключения»
14.1 Назначение алгоритма ФОО
14.2 Устойчивость узлов нагрузки с СД
14.3 Алгоритм ФОО в терминалах БМРЗ-ДС
14.4 Расчет уставок алгоритма ФОО
15 Защита от колебаний нагрузки
16 Рекомендации по применению защит
Список литературы

4. Защиты электродвигателей от междуфазных замыканий

4.1 Требования ПУЭ к защитам от междуфазных замыканий

 

4.1.1 Согласно ПУЭ [1] для защиты электродвигателей от междуфазных замыканий в случаях, когда не применяют предохранители, могут быть предусмотрены:

а) токовая однорелейная отсечка без выдержки времени, отстроенная от  пусковых токов при выведенных пусковых устройствах, с реле прямого или косвенного действия, включенными на разность токов двух фаз;

Применение микропроцессорного терминала БМРЗ делает выполнение отсечки в виде однорелейной схемы, предусмотренной в ПУЭ, нецелесообразным

б) токовая двухрелейная отсечка без выдержки времени, отстроенная от пусковых токов при выведенных пусковых устройствах, с реле прямого или косвенного действия;

в) продольная дифференциальная токовая защита.

4.1.2 Для электродвигателей мощностью менее 2 МВт защиту по

4.1.1 а) применяют в тех случаях, когда она отвечает требованиям чувствительности. Если защита по 4.1.1 а) не обеспечивает требуемого коэффициента чувствительности, применяют защиту по 4.1.1 б).

4.1.3 Защиту по 4.1.1 б) используют для электродвигателей мощностью более 2 МВт, имеющих действующую на отключение защиту от однофазных замыканий на землю, а также в том случае, когда применение

двухрелейной отсечки оказывается целесообразной по исполнению комплектной защиты или применяемого привода с реле прямого действия.

4.1.4 При отсутствии защиты от однофазных замыканий на землю токовую отсечку электродвигателей мощностью 2 МВт и более следует выполнять трехрелейной, с тремя трансформаторами тока.

В терминалах БМРЗ программно реализовано необходимое количество цифровых реле максимального тока для каждой фазы.

Срабатывание ТО в терминалах БМРЗ происходит по максимальному значению одного из фазных токов электродвигателя.

4.1.5 Продольную дифференциальную защиту следует применять для электродвигателей мощностью 5 МВт и более.

При наличии защиты от замыканий на землю можно использовать двухфазную дифференциальную защиту, а при отсутствии такой защиты следует применять трёхфазную дифференциальную защиту.

При наличии защиты от двойных замыканий на землю, выполненной с помощью токового реле и трансформатора тока нулевой последовательности, допускается использовать двухфазную дифференциальную защиту.

4.1.6 Для защиты электродвигателей мощностью 5 МВт и более, имеющих 3 или 4 вывода обмотки статора, следует предусматривать токовую отсечку.

4.1.7 Для блоков трансформатор (автотрансформатор) – электродвигатель должна быть предусмотрена одна из указанных ниже общих защит от многофазных замыканий:

а) токовая отсечка без выдержки времени, отстроенная от пусковых токов при выведенных пусковых устройствах;

б) дифференциальная отсечка в двухрелейном исполнении, отстроенная от бросков тока намагничивания трансформатора;

в) продольная дифференциальная токовая защита в двухрелейном исполнении с промежуточными насыщающимися трансформаторами тока.

4.1.8 Защиту по 4.1.7 а) применяют для блоков с электродвигателями мощностью до 2 МВт.

При схеме соединения обмоток трансформатора звезда - треугольник отсечку следует выполнять на трех токовых реле - двух включенных на фазные токи и одного включенного на сумму этих токов.

Если установка трех реле (например, при ограниченном числе реле прямого действия) невозможна, допускается применить схему с двумя реле, включенными на соединенные треугольником вторичные обмотки трех трансформаторов тока.

4.1.9 Защиту по 4.1.7 б) применяют для блоков с электродвигателями мощностью более 2 МВт, а также для блоков с электродвигателями менее

2 МВт, если токовая отсечка без выдержки времени не отвечает требованиям чувствительности при междуфазном КЗ на выводах электродвигателя.

4.1.10 Продольную дифференциальную защиту применяют для блоков с электродвигателями мощностью более 5 МВт, а также для блоков с электродвигателями меньшей мощности в тех случаях, если защиты по 4.1.8 а), 4.1.8 б) не удовлетворяет требованиям чувствительности.

4.1.11 Коэффициент чувствительности защит от междуфазных замыканий проверяют при КЗ на вводах питания электродвигателя.

Согласно ПУЭ [1] коэффициент чувствительности дифференциальных защит, определяют как отношение расчетного значения дифферен-циального тока при металлическом КЗ в пределах защищаемой зоны к дифференциальному току, при котором происходит срабатывание защиты.

 

Коэффициент чувствительности для ТО - отношение расчетного значения фазного тока при металлическом КЗ в пределах защищаемой зоны к фазному току, при котором происходит срабатывание защиты.

Значение коэффициента чувствительности защит от междуфазных замыканий должно быть не менее 2,0.

 

4.2 Расчет уставок максимальной токовой отсечки

 

4.2.1 Для защиты электродвигателей от междуфазных замыканий следует применять ТО без выдержки времени. При обоснованной необходимости использования дифференциальной защиты от междуфазных замыканий рекомендуется всегда использовать ТО в качестве резервной защиты.

4.2.2 Отстройку ТО выполняют от:

4.2.3 В случае расчета уставок для синхронного двигателя следует учитывать, что пуск машины происходит в асинхронном режиме. Когда частота вращения приближается к синхронной, обмотки возбуждения переключают на напряжение возбуждения, выводя резистор и двигатель втягивается в синхронизм. Бросок пускового тока определяют аналогично тому, как это делают для асинхронного электродвигателя.

4.2.4 В случае, если номинальный ток двигателя  ,А, не приведен в паспортных данных, его определяют по формуле:

 ,

(1)

где - номинальная мощность электродвигателя, кВт;

- номинальное линейное действующее напряжение двигателя, кВ;

- номинальный коэффициент полезного действия (далее КПД) электродвигателя;

 - номинальный коэффициент мощности электродвигателя.

ТТ, устанавливаемые со стороны питания электродвигателя, должны иметь такой коэффициент трансформации, чтобы вторичный ток не превышал 5 А (рекомендуемый диапазон от 1 до 4 А) при номинальном первичном токе двигателя.

По [4] или по паспортным данным трансформатора тока необходимо определить предельную кратность тока, при которой трансформатор сохраняет погрешность, не превышающую 10 %.

4.2.5 Принято считать, что процесс пуска машины завершен, когда пусковой ток станет ниже значения 1,25∙Iном. дв.  (рисунок 1)

4.2.6 В случае прямого пуска двигателя максимальный бросок пускового тока электродвигателя, А, с учётом апериодической составляющей определяют по формуле:

,

(2)

где - коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую пускового тока машины, принимают равным 1,8;

- кратность пускового тока машины (как правило, от 3 до 8).

Рисунок 1 - Пусковая характеристика электродвигателя

4.2.7 В случае реакторного пуска двигателя максимальный бросок пускового тока электродвигателя ,А, с учётом апериодической составляющей определяют по формуле, аналогичной (2):

,

(3)

где - коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую пускового тока машины, принимают равным 1,8;

- кратность пускового тока машины (как правило, от 3 до 8).

Определяем полное пусковое индуктивное сопротивление двигателя , Ом, [5] *2 по формуле:

.

(4)

Максимальный бросок пускового тока двигателя при реакторном пуске  , А, определяют по формуле:

,

(5)

где  - индуктивное сопротивление сети,

 - индуктивное сопротивление реактора.

4.2.8 При участии двигателя в самозапуске значение тока  необходимо увеличить в 1,4 раза, поскольку напряжение на двигателе после включения резервного питания может превышать номинальное в

1,3 - 1,4 раза.

4.2.9 Выбираем уставку срабатывания ТО, превышающую  ,А

.

(6)

 

4.2.10 При токе двигателя  трансформаторы тока должны обеспечивать погрешность, не превышающую 10 % (см. [1] *3 ).

Если погрешность выбранных трансформаторов тока превышает это значение, необходимо выбрать другой трансформатор тока или уменьшить сопротивление токовых цепей.

4.2.11 Значение тока двухфазного КЗ на вводах питания электродвигателя , А, и коэффициента чувствительности защиты при двухфазном КЗ  определяют по формулам:



,

(7)

,

(8)

где  - ток трехфазного короткого замыкания на вводах питания электродвигателя.

Защита от междуфазных КЗ работает без выдержки времени.

4.2.12 Расчет уставок ТО для многоскоростных двигателей осуществляют отдельно для каждой частоты вращения, аналогично расчетам уставок для односкоростных двигателей.

4.3 Дифференциальная защита электродвигателей

 

4.3.1 На практике нашли применение два варианта выполнения дифференциальной защиты электродвигателей:

- с током срабатывания меньше номинального тока защищаемого электродвигателя. Такой вариант выполнения защиты применяют для минимизации объема повреждений в электродвигателях при внутренних междуфазных коротких замыканиях в статорной обмотке машины. Этот вариант допускает неправильное действие защиты при обрыве и неисправности токовых цепей, или при неисправности одного из трансформаторов тока дифференциальной защиты электродвигателя. Вариант рекомендован к применению на объектах, где есть обслуживающий персонал;

- с током срабатывания больше номинального тока защищаемого электродвигателя. Такой вариант выполнения защиты рекомендован к применению на ответственных объектах и обеспечивает правильную работу защиты при обрыве и неисправности токовых цепей, или при неисправности одного из трансформаторов тока дифференциальной защиты электродвигателя.

4.3.2 Оба варианта дифференциальной защиты работают без выдержки времени.

4.3.3 Основной элемент дифференциальной защиты – дифференци-альная защита с торможением ДЗТ.

Дифференциальная токовая отсечка ДТО должна всегда применяться с ДЗТ в качестве вспомогательного элемента.

4.4 Расчет уставок дифференциальной защиты

 

4.4.1 Характеристики дифференциальных защит ДТО и ДЗТ приведены на рисунке 2.

Рисунок 2 - Характеристики дифференциальной защиты

4.4.2 Если номинальный ток двигателя , А, не приведен в паспортных данных, определяем его по формуле, аналогичной (1):

,

(9)

где - номинальная мощность электродвигателя, кВт;

- номинальное линейное действующее напряжение двигателя, кВ;

- номинальный к.п.д. электродвигателя;

 - номинальный коэффициент мощности электродвигателя.

По номинальному току электродвигателя выбирают трансформаторы тока с таким коэффициентом трансформации, чтобы вторичный ток не превышал 5 А. Желательно, чтобы при номинальном первичном токе двигателя вторичный ток ТТ находился в диапазоне от 1 до 4 А.

Для повышения чувствительности защиты и снижения дифференциального тока небаланса рекомендуется выбирать ТТ одинакового типа , как со стороны питания, так и со стороны нейтрали.

По данным, приведенным в [4] либо по паспортным данным ТТ определяем предельную кратность тока, при которой ТТ сохраняет погрешность не более 10 %.

4.4.3 Максимальный бросок пускового тока электродвигателя , А, в случае прямого пуска двигателя определяют с учётом апериодической составляющей по формуле, аналогичной (2):

(10)

где - коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую пускового тока машины, принимается 1,8;

- кратность пускового тока машины (как правило, от 3 до 8).

4.4.4 В случае реакторного пуска двигателя сначала определяют максимальный бросок пускового тока для прямого пуска , А, электродвигателя с учётом апериодической составляющей по формуле, аналогичной (3):

,

(11)

где - коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую пускового тока машины, принимают равным 1,8;

- кратность пускового тока машины (как правило, от 3 до 8).

Полное пусковое индуктивное сопротивление двигателя , Ом, [5] *4 определяют по формуле, аналогичной (4):

.

(12)

Максимальный бросок пускового тока двигателя , А, при реакторном пуске определяют по формуле, аналогичной (5):

.

(13)

4.4.5 Значение тока , рассчитанное по формулам (10) и (13), необходимо увеличить в 1,4 раза, если электродвигатель участвует в процессе самозапуска.

4.4.6 Определяем следующие полные относительные погрешности трансформаторов тока ТТ, установленных со стороны нейтрали электродвигателя:

 - в режиме, соответствующем максимальному значению броска пускового тока электродвигателя с учётом апериодической составляющей;

- при номинальном токе электродвигателя.

Значения этих погрешностей могут быть найдены известными методами, например, по типовой кривой намагничивания для электротехнической стали (рисунок 3).

Рисунок 3 - Типовая кривая намагничивания по [6] *5

На рисунке приняты такие обозначения:

- максимальная кратность измеряемого тока по отношению к номинальному току трансформатора тока;

- допустимая кратность измеряемого тока для .

4.4.7 Расчетное значение максимального тока небаланса Iнб.пуск, А, соответствующее максимальному броску пускового тока электродвигателя Iбр.пуск , определяют по формуле:

,

(14)

где - основная относительная погрешность измерения терминалом диф-ференциального тока, определяемая суммой погрешностей двух токовых каналов (погрешность каждого канала - 2,5 %);

 - технологический запас, обусловленный наличием дополнительной погрешности измерения терминала. Принимают равным половине основной погрешности измерения дифференциального тока  (2,5%).

4.4.8 Максимальный ток небаланса в цепях дифференциальной защиты , А, зависит от значения максимального броска пускового тока электродвигателя при коэффициенте отстройки  =1,2.

Для его вычисления используют формулу:

.

(15)

4.4.9 Расчет коэффициента торможения защиты  выполняют по формуле:

.

(16)

Полученный по формуле (16) результат округляют в большую сторону до сотых долей.

4.4.10 Уставку срабатывания дифференциальной токовой отсечки , А, определяют по формуле (17), учитывающей необходимость отстройки от максимального тока небаланса  при максимальном броске пускового тока электродвигателя:

.

(17)

4.4.11 Максимальное значение тока небаланса , А, при номинальном токе двигателя находят по формуле:

.

(18)

4.4.12 Уставку , А, вычисляют по формуле, в которой = 1,2:

.

(19)

Значение уставки выбирают из диапазона от 0,3Iном до 1,2∙Iном в зависимости от рекомендаций, изложенных в 4.3.1.

При выборе уставки , превышающей номинальный ток двигателя, следует применять сигнализацию небаланса (для сигнализации о неисправности измерительных цепей) с уставкой КНБ от 0,4 до 0,6.

Срабатывание сигнализации происходит при превышении дифференциальным током уставки .

4.4.13 В терминале БМРЗ-УЗД предусмотрен алгоритм ДЗТ с очувствлением *6 (рисунок 4). При использовании этого алгоритма необходимо ввести две уставки – и . Значение уставки  выбирают больше номинального тока двигателя, а уставки  - меньше номинального тока двигателя.

Рисунок 4 - Характеристики ДЗТ с очувствлением

Данный алгоритм постоянно работает по грубым уставкам. При превышении аварийной составляющей любого из фазных токов стороны питания значения  данный алгоритм переходит на работу по чувствительным уставкам.

Если функцию очувствления не используют, то в качестве уставки  принимают .

4.4.13.1 Использование алгоритма ДЗТ с очувствлением позволяет избежать отключений электродвигателя при:

- обрывах (одного, двух или нескольких проводов в измерительных

цепях;

- различных видах замыканий в измерительных цепях;

- повреждении одного или нескольких измерительных трансформаторов тока.

4.4.14 Для построения характеристики ДЗТ, значение тока торможения Iторм1, А, которому соответствует точка излома характеристики дифференциальной защиты, находим по формуле:

.

(20)

4.4.15 Выдержки времени для алгоритмов ДЗТ и ДТО принимают равными нулю.

4.4.16 Коэффициент чувствительности защиты при двухфазном КЗ на вводах питания электродвигателя , определяют по формуле:

(21)

  1. 4.4.17 Для многоскоростных двигателей расчет уставок токовой отсечки осуществляют для каждой частоты вращения отдельно, аналогично расчету уставок для односкоростных двигателей.

 

4.5 Расчет уставок защит электродвигателя с плавным пуском

4.5.1 В настоящее время не существует отечественных стандартов и правил, регламентирующих построение защит двигателя с плавным пуском.

Предлагаемый ниже вариант исполнения защит базируется на практическом опыте авторов и оценке ими различных вариантов исполнения указанных защит. Окончательное решение о применении того или иного исполнения защит принимает организация, осуществляющая проектирование защиты и расчет уставок.

ВНИМАНИЕ! ПРИ ВЫБОРЕ ВАРИАНТА ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАЩИТЫ ДВИГАТЕЛЯ С ПЛАВНЫМ ПУСКОМ СЛЕДУЕТ В ПЕРВУЮ ОЧЕРЕДЬ УЧИТЫВАТЬ РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДИТЕЛЯ УСТРОЙСТВА ПЛАВНОГО ПУСКА.

4.5.2 При использовании для запуска двигателя устройства плавного пуска УПП (рисунок 5), рекомендуется применение в качестве защит от междуфазных замыканий:

- в ячейке питания двигателя от сети -  ТО, ДЗТ, ДТО;

- в ячейке питания УПП - ТО, ДТО.

4.5.3 Расчет уставок ТО, ДЗТ и ДТО, установленных в ячейке питания двигателя от сети, выполняют аналогично расчету уставок защит для прямого пуска, при необходимости защита должна быть отстроена от тока самозапуска (см.4.4.3, 4.4.5).

4.5.4 Дифференциальная защита в ячейке питания от сети, во избежание ложного срабатывания, должна быть выведена на время пуска электродвигателя, например, блокироваться при снижении максимального из трёх фазных токов со стороны питания электродвигателя ниже значения, равного 75 % холостого хода электродвигателя.

4.5.5 После выполнения пуска электродвигателя от УПП и завершения перевода питания электродвигателя на ячейку питания от сети, рекомендуется дифференциальную защиту ячейки УПП выводить из работы.

4.5.6 При организации защит и цепей автоматики ячейки питания УПП должны быть учтены рекомендации производителя УПП.

  1. В ячейке питания УПП рекомендуется применять токовую отсечку и, при необходимости, дифференциальную токовую отсечку.
  2. 4.5.6.2 Уставку срабатывания ДТО ячейки УПП , А, при исполь-зовании УПП определяют по формуле:

,

(22)

где  - предельная кратность пускового тока, задаваемая при настройке УПП (как правило, от 3 до 4).

Рисунок 5 – Схема защиты двигателя с плавным

пуском от междуфазных КЗ

4.5.6.3 Применение ДЗТ в ячейке питания УПП нецелесообразно.

 

*2 См. с. 22

*3 См. п.3.2.29

*4 См. с. 22

*5 См. с. 23, рис. 12,б

*6 Авторы алгоритма Пирогов М.Г, Михалев С.В.

 

НТЦ "Механотроника"

31 Январь, 2013              73879              ]]>Печать]]>
6 / 30 ( Отлично )

Добавить комментарий

Ваше имя

Текст

Контрольный вопрос

Dвa pлюs тpi ? (цифрой)


Вверх страницы