Максимальная токовая защита 5 страница

Перегрузки обычно не сопровождаются значительным понижением напряжения в сети. Поэтому требование ко времени действия защиты от перегрузки определяется только нагревом изоляции обмоток. Масляные трансформаторы допускают длительную перегрузку на 5%. В аварийных режимах допускается кратковременная перегрузка в следующих пределах:

Кратность перегрузки Iнаг / Iном	1,3	1,6
Допустимое время, tдоп, мин				1,5

 

Длительные перегрузки, вызванные, например, автоматическим подключением нагрузки от АВР, параллельно работающего трансформатора должны быть отключены со временем действия на ступень больше времени МТЗ.

Ток срабатывания реле определяется

I _с.з = , А,

где k_н = 1,05 – коэффициент надежности.

По току срабатывания выбирается тип и уставка реле и проверяется коэффициент чувствительности

k _ч = ³ 1,5

11.1.4 Защита от однофазных коротких замыканий на землю

Защита от однофазных коротких замыканий на землю в основном выполняется уставкой автоматических выключателей или предохранителей на выводах низшего напряжения.

 

11.1.5 Газовая защита

Газовая защита получила широкое распространение в качестве весьма чувствительной защиты от внутренних повреждений в трансформаторе. Эта защита выполняется при помощи газовых реле, реагирующих на появление газа и движение масла. Наша промышленность выпускает реле типа РГЧЗ – 66.

11.2 Расчет релейной защиты электродвигателей

Наиболее частыми повреждениями в электродвигателях являются междуфазные короткие замыкания в обмотках статора. Междуфазные короткие замыкания вызывают значительные разрушения и сопровождаются понижением напряжения в питающей сети с нарушением нормальной работы остальных потребителей. Поэтому защита электродвигателей от междуфазных повреждений является обязательной.

Однофазные замыкания обмотки статора на землю менее опасны, так как сети, от которых питаются электродвигатели, как правило, работают с изолированными нейтралями. Защита электродвигателей от замыкания на землю устанавливается в тех случаях, когда ток замыкания на землю достигает 5 – 10 А.

Специальные защиты от витковых замыканий в одной фазе статора не применяются, так как простых способов ее выполнения на сегодняшний день не существует.

Наиболее частым ненормальным режимом для электродвигателей является перегрузка током.

Прохождение повышенных токов сверх определенного времени опасно для электродвигателей. Поэтому на электродвигателях, подверженных перегрузкам, устанавливается защита от перегрузки, которая в зависимости от условий работы и обслуживания электродвигателей выполняется действующей на сигнал, разгрузку приводного механизма или отключение электродвигателя.

В некоторых случаях является недопустимым или нежелательным самозапуск электродвигателей при восстановлении напряжения после кратковременного его исчезновения. Такое положение может иметь место по условиям технологии производства или безопасности персонала, а также бывает необходимо для ограничения токов самозапуска путем отключения части малоответственных электродвигателей. На таких электродвигателях устанавливается защита минимального напряжения, действующая на их отключение.

Для высоковольтных электродвигателей предусматриваются следующие защиты:

 

11.2.1 Максимально – токовая защита

 

Для двигателей мощностью до 5000 кВт применяется токовая отсечка, которая выполняется по однорелейной схеме для двигателей до 2000 кВт, или двухрелейная схема для двигателей выше 2000 кВт.

В первом случае применяются два трансформатора тока по схеме неполного треугольника и, следовательно, коэффициент схемы равен .

Во втором случае трансформаторы тока собираются по схеме неполной звезды и, следовательно, коэффициент схемы равен 1.

Для электродвигателей выше 5000 кВт предусматривается продольная дифференциальная защита. При этом двигатель имеет 6 выводов.

Дифференциальная защита может применяться для двигателей до 5000 кВт, если токовая отсечка не обеспечивает необходимой чувствительности (наличие 6 выводов обязательно).

Защита от короткого замыкания между фазами является основной защитой электродвигателей, и установка ее обязательна во всех случаях.

В качестве защиты электродвигателей от короткого замыкания применяется максимальная токовая защита мгновенного действия (токовая отсечка), отстроенная от пусковых токов и токов самозапуска электродвигателей.

Расчет токовой отсечки ведется по формуле:

, А,

где К_н – коэффициент надежности – 1,2,

К_п – кратность пускового тока электродвигателя (из каталога),

I_н – номинальный ток двигателя, А,

К_сх – коэффициент схемы,

К_в – коэффициент возврата – принимают равным 0,85 для реле типа РТ-40 (ЭТ),

0,8 для реле типа РТ-80 (ИТ).

При расчете тока срабатывания реле для двигателей мощностью выше 2000 кВт учитывается апериодическая составляющая пускового тока путем умножения результата на коэффициент 1,8.

По результатам расчета выбирается реле с соответствующим током срабатывания, после чего проверяется чувствительность защиты к двухфазным токам короткого замыкания.

Для проверки чувствительности берется ток короткого замыкания на зажимах двигателя. При длине кабеля от нескольких десятков метров до двух-трех сотен, можно принять значение тока короткого замыкания на шинах распределительного устройства.

11.2.2 Защита от перегрузки.

 

Перегрузка электродвигателя возникает в следующих случаях:

- при затянувшемся пуске или самозапуске;

- по технологическим причинам и перегрузке механизмов;

- в результате обрыва одной фазы;

- при повреждении механической части электродвигателя или механизма, вызывающем увеличение момента и торможение электродвигателя.

Перегрузки бывают устойчивыми и кратковременными. Для электродвигателя опасны только устойчивые перегрузки.

При решении вопроса об установке защиты от перегрузки на электродвигателе и характере ее действия руководствуются условиями его работы.

На электродвигателях механизмов, не подверженных технологическим перегрузкам (например, электродвигателях циркуляционных, питательных насосов и т.п.) и не имеющих тяжелых условий пуска или самозапуска, защита от перегрузки не устанавливается.

На электродвигателях, подверженных технологическим перегрузкам (например, электродвигателях мельниц, дробилок, багерных насосов и т.п.), а также на электродвигателях, самозапуск которых не обеспечивается, защита от перегрузки должна устанавливаться.

Защита от перегрузки выполняется с действием на отключение в случае, если не обеспечивается самозапуск электродвигателей или с механизма не может быть снята технологическая перегрузка без остановки электродвигателя.

Защита от перегрузки электродвигателя выполняется с действием на разгрузку механизма или сигнал, если технологическая перегрузка может быть снята с механизма автоматически или вручную персоналом без остановки механизма и электродвигатели находятся под наблюдением персонала.

На электродвигателях механизмов, могущих иметь как перегрузку, устраняемую при работе механизма, так и перегрузку, устранение которой невозможно без остановки механизма, целесообразно предусматривать действие защиты от сверхтоков с меньшей выдержкой времени на разгрузку механизма (если это возможно) и большей выдержкой времени на отключение электродвигателя. Ответственные электродвигатели собственных нужд электрических станций находятся под постоянным наблюдением дежурного персонала, поэтому защита их от перегрузки выполняется преимущественно с действием на сигнал.

Защиту электродвигателей, подверженных технологической перегрузке, желательно иметь такой, чтобы она, с одной стороны, защищала от недопустимых перегрузок, а с другой – давала возможность наиболее плотно использовать перегрузочную характеристику электродвигателя с учетом предшествовавшей нагрузки и температуры окружающей среды.

Для защиты электродвигателей от перегрузки обычно применяются максимальные токовые защиты с использованием токовых реле с ограниченно зависимыми характеристиками выдержки времени типа РТ – 80 или максимальные токовые защиты, выполненные комбинацией мгновенных токовых реле и реле времени.

Расчет ведется по формуле:

, А

где К_н – коэффициент надежности -1,2,

К_в – коэффициент возврата – 0,85 для реле типа РТ-40 (ЭТ),

0,8 для реле типа РТ-80 (ИТ).

Время действия защиты от перегрузки должно быть таким, чтобы оно было больше времени пуска электродвигателя при эксплуатационно возможном понижении напряжения, а у электродвигателей, для которых предусмотрен самозапуск, - больше времени самозапуска. С другой стороны, это время не должно превышать допустимой для двигателя длительности прохождения сверхтока.

Обычно эти условия удовлетворяются, так как первая величина значительно меньше второй.

По току срабатывания выбирается тип и уставка реле и проверяется коэффициент чувствительности

11.2.3 Защита от асинхронного хода

 

При нарушении синхронизма скорость вращения электродвигателя уменьшается и он переходит в асинхронный режим. При этом в пусковой обмотке и цепи ротора появляются токи, создающие дополнительный асинхронный момент, под влиянием которого синхронный двигатель может остаться в работе с некоторым скольжением. На асинхронный момент электродвигателя накладывается момент, обусловленный током возбуждения в роторе, имеющий переменный знак. Поэтому результирующий момент электродвигателя имеет переменную величину, что вызывает колебания скорости вращения ротора и тока статора двигателя.

Токи, появляющиеся в статоре, роторе и пусковой обмотке электродвигателя при асинхронном режиме, вызывают повышенный нагрев их, поэтому длительная работа синхронных двигателей в асинхронном режиме с нагрузкой больше 0,4-0,5 номинальной недопустима.

В связи с этим появляется необходимость в специальной защите от асинхронного режима. Защита от асинхронного режима должна или осуществить ресинхронизацию электродвигателя, или отключить его. Ресинхронизация состоит в том, что с электродвигателя снимается возбуждение (при этом его асинхронный момент повышается и скольжение уменьшается), через некоторое время включается возбуждение и двигатель вновь втягивается в синхронизм. Признаком нарушения синхронизма электродвигателя является появление колебаний тока в статоре и переменного тока в роторе.

Ток срабатывания определяем по формуле:

, А.

По току срабатывания выбирается тип и уставка реле и проверяется коэффициент чувствительности

.

11.2.4 Защита минимального напряжения

 

Защита минимального напряжения устанавливается на электродвигателях, которые необходимо отключать при понижении напряжения для обеспечения самозапуска ответственных электродвигателей или самозапуск которых при восстановлении напряжения недопустим по условиям техники безопасности или особенностям технологического процесса.

Схемы защиты минимального напряжения должны обеспечивать отключение электродвигателей как при полном исчезновении напряжения, так и при длительном коротком замыкании в сети, вызывающем торможение двигателей.

Напряжение срабатывания защиты минимального напряжения выбирается таким, чтобы обеспечивался самозапуск ответственных электродвигателей. Это напряжение определяется путем расчетов или на основании специальных испытаний.

Как указывалось, самозапуск электродвигателей, как правило, обеспечивается при напряжении на шинах порядка 55% U_ном. Поэтому напряжение срабатывания защиты должно иметь величину порядка 60-70% U_ном.

Выдержка времени защиты минимального напряжения определяется ее назначением:

Выдержка времени защиты, предназначенной для облегчения самозапуска ответственных электродвигателей, в целях убыстрения и повышения эффективности самозапуска принимается минимальной и отстраивается только от времени действия мгновенных защит электродвигателей:

t = 0,5 сек.

Выдержка времени защиты, предназначенной для отключения двигателей по условиям технологии производства и техники безопасности, принимается достаточно большой, с тем чтобы отключение двигателей происходило только при длительной посадке напряжения или его исчезновении:

t = 6 ¸ 10 сек

Защита минимального напряжения действует на отключение двигателя. Напряжение срабатывания реле определяется формулой:

U_ср.р = , В,

где U_н – номинальное напряжение сети, В,

К_т.н. – коэффициент трансформации трансформатора напряжения,

(0,5÷0,7) – коэффициент надежности.

Меньшее значение коэффициента принимаем для более ответственных двигателей.

По напряжению срабатывания реле выбирается тип и уставка реле.

11.2.5 Форсировка возбуждения

 

Форсировка возбуждения предотвращает выход из синхронизма при снижении напряжения. Эффективным средством повышения устойчивости электродвигателя является форсировка возбуждения, увеличивающая Е_d. Опыт показывает, что при глубоких понижениях напряжения (до нуля) синхронные электродвигатели, работающие с номинальной нагрузкой, выходят из синхронизма, если перерыв питания превосходит 0,5 сек. Определение срабатывания реле определяется формулой:

U_ср.р = , В.

По напряжению срабатывания реле выбирается тип и уставка реле.

12 Заземляющее устройство

12.1 Краткие теоретические сведения

Электроустановки в отношении мер электробезопасности разделяются на:

- электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с глухозаземленной или эффективно заземленной нейтралью,

- электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с изолированной или заземленной через дугогасящий реактор или резистор нейтралью,

- электроустановки напряжением до 1 кВ в сетях с глухозаземленной нейтралью,

- электроустановки напряжением до 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью.

Электрическая сеть с эффективно заземленной нейтралью – трехфазная электрическая сеть напряжением выше 1 кВ, в которой коэффициент замыкания на землю не превышает 1,4.

Коэффициент замыкания на землю в трехфазной электрической сети – отношение разности потенциалов между неповрежденной фазой и землей в точке замыкания на землю другой или двух других фаз к разности потенциалов между фазой и землей в этой точке замыкания.

Глухозаземленная нейтраль – нейтраль трансформатора или генератора, присоединенная непосредственно к заземляющему устройству. Глухозаземленным может быть также вывод источника однофазного переменного тока или полюс источника постоянного тока в двухпроводных сетях, а также средняя точка в трехпроводных сетях постоянного тока.

Изолированная нейтраль - нейтраль трансформатора или генератора, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через большое сопротивление приборов сигнализации, измерения, защиты и других аналогичных им устройств.

Заземление – преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством, выполняемое в целях электробезопасности.

Для заземления электроустановок могут быть использованы искусственные и естественные заземлители. Если при использовании естественных заземлителей сопротивление заземляющих устройств или напряжение прикосновения имеет допустимое значение, а также обеспечиваются нормированные значения напряжения на заземляющем устройстве и допустимые плотности токов в естественных заземлителях, выполнение искусственных заземлителей в электроустановках до 1 кВ не обязательно. Использование естественных заземлителей в качестве элементов заземляющих устройств не должно приводить к их повреждению при протекании по ним токов короткого замыкания или к нарушению работы устройств, с которыми они связаны.

Для заземления в электроустановках разных назначений и напряжений, территориально сближенных, следует, как правило, применять одно общее заземляющее устройство.

Заземляющее устройство, используемое для заземления электроустановок одного или разных назначений и напряжений, должно удовлетворять всем требованиям, предъявляемым к заземлению этих электроустановок: защиты людей от поражения электрическим током при повреждении изоляции, условиям режимов работы сетей, защиты электрооборудования от перенапряжения и т.д. в течение всего периода эксплуатации.

В первую очередь должны быть соблюдены требования, предъявляемые к защитному заземлению.

Заземляющие устройства защитного заземления электроустановок зданий и сооружений и молниезащиты 2-й и 3-й категорий этих зданий и сооружений, как правило, должны быть общими.

При выполнении отдельного (независимого) заземлителя для рабочего заземления по условию работы информационного или другого чувствительного к воздействию помех оборудования должны быть приняты специальные меры защиты от поражения электрическим током, исключающие одновременное прикосновение к частям, которые могут оказаться под опасной разностью потенциалов при повреждении изоляции.

Для объединения заземляющих устройств разных электроустановок в одно общее заземляющее устройство могут быть использованы естественные и искусственные заземляющие проводники. Их число должно быть не менее двух.

В качестве естественных заземлителей могут быть использованы:

- металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящиеся в соприкосновении с землей, в том числе железобетонные фундаменты зданий и сооружений, имеющие защитные гидроизоляционные покрытия в неагрессивных, слабоагрессивных и среднеагрессивных средах,

- металлические трубы водопровода, проложенные в земле,

- обсадные трубы буровых скважин,

- металлические шпунты гидротехнических сооружений, водоводы, закладные части затворов и т.п.,

- рельсовые пути магистральных не электрифицированных железных дорог и подъездные пути при наличии преднамеренного устройства перемычек между рельсами,

- другие находящиеся в земле металлические конструкции и сооружения,

- металлические оболочки бронированных кабелей, проложенных в земле. Оболочки кабелей могут служить единственными заземлителями при количестве кабелей не менее двух. Алюминиевые оболочки кабелей использовать в качестве заземлителей не допускается.

Не допускается использовать в качестве заземлителей трубопроводы горючих жидкостей, горючих или взрывоопасных газов и смесей и трубопроводов канализации и центрального отопления. Указанные ограничения не исключают необходимости присоединения таких трубопроводов к заземляющему устройству с целью уравнивания потенциалов согласно ПУЭ 1.7.82.

Не следует использовать в качестве заземлителей железобетонные конструкции зданий и сооружений с предварительно напряженной арматурой, однако это ограничение не распространяется на опоры ВЛ и опорные конструкции ОРУ.

Возможность использования естественных заземлителей по условию плотности протекающих по ним токов, необходимость сварки арматурных стержней железобетонных фундаментов и конструкций, приварки анкерных болтов стальных колонн к арматурным стержням железобетонных фундаментов, а также возможность использования фундаментов в сильноагрессивных средах должны быть определены расчетом.

Искусственные заземлители могут быть из черной или оцинкованной стали или медными.

Искусственные заземлители не должны иметь окраски.

Материал и наименьшие размеры заземлителей и заземленных проводников должны соответствовать приведенным в таблице 12.1:

Таблица 12.1 - Наименьшие размеры заземлителей и заземляющих проводников, проложенных в земле

Материал	Профиль сечения	Диаметр, мм	Площадь поперечного сечения, мм	Толщина стенки, мм
Сталь черная	Круглый:
	Для вертикальных заземлителей		-	-
	Для горизонтальных заземлителей		-	-
	Прямоугольный	-
	Угловой	-
	Трубный		-	3,5
Сталь оцинкованная	Круглый:
	Для вертикальных заземлителей		-	-
	Для горизонтальных заземлителей		-	-
	Прямоугольный	-
	Трубный		-
Медь	Круглый		-	-
	Прямоугольный	-
	Трубный		-
	Канат многопроволочный	1,8*		-
* диаметр каждой проволоки

 

Сечение горизонтальных заземлителей для электроустановок напряжением выше 1 кВ следует выбирать по условию термической стойкости при допустимой температуре нагрева 400˚С (кратковременный нагрев, соответствующий времени действия защиты и отключения выключателя).

В случае опасности коррозии заземляющих устройств следует выполнить одно из следующих мероприятий:

- увеличить сечение заземлителей и заземляющих проводников с учетом расчетного срока их службы,

- применить заземлители и заземляющие проводники с гальваническим покрытием или медные.

При этом следует учитывать возможное увеличение сопротивления заземляющих устройств, обусловленное коррозией.

Траншеи для горизонтальных заземлителей должны заполняться однородным грунтом, не содержащим щебня и строительного мусора.

Не следует располагать (использовать) заземлители в местах, где земля подсушивается под действием тепла трубопроводов и т.п.

Заземляющее устройство электроустановок напряжением выше 1 кВ в сетях с эффективно заземленной нейтралью, которое выполняется с соблюдением требований к его сопротивлению, должно иметь в любое время года сопротивление не более 0,5 Ом с учетом сопротивления естественных и искусственных заземлителей.

В электроустановках напряжением выше 1 кВ сети с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства при прохождении расчетного тока замыкания на землю в любое время года с учетом сопротивления естественных заземлителей должно быть

R ≤ 250 / I, Ом,

но не более 10 Ом,
где I – расчетный ток замыкания на землю, А.

В качестве расчетного тока принимается:

- в сетях без компенсации емкостных токов – ток замыкания на землю,

- в сетях с компенсацией емкостных токов:
для заземляющих устройств, к которым присоединены компенсирующие аппараты - ток, равный 125% номинального тока наиболее мощного из этих аппаратов;
для заземляющих устройств, к которым не присоединены компенсирующие аппараты, - ток замыкания на землю, проходящий в данной сети при отключении наиболее мощного из компенсирующих аппаратов.

Расчетный ток замыкания на землю должен быть определен для той из возможных в эксплуатации схем сети, при которой этот ток имеет наибольшее значение.

При использовании заземляющего устройства одновременно для электроустановок напряжением до 1 кВ с изолированной нейтралью должны быть выполнены условия, указанные в ПУЭ.

При использовании заземляющего устройства одновременно для электроустановок напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью сопротивление заземляющего устройства должно быть не более указанного в ПУЭ, либо к заземляющему устройству должны быть присоединены оболочка и броня не менее двух кабелей на напряжение до или выше 1 кВ или обоих напряжений, при общей протяженности этих кабелей не менее 1 км.

Сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали генератора или трансформатора или выводы источника однофазного тока, в любое время года должно быть не более 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока. Это сопротивление должно быть обеспечено с учетом использования естественных заземлителей.

Для заземляющего устройства электроустановок напряжением до 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью, как правило, не требуется принимать значение сопротивления заземляющего устройства менее 4 Ом. Допускается сопротивление заземляющего устройства до 10 Ом, если соблюдено приведенное выше условие, а мощность генераторов или трансформаторов не превышает 100 кВ А, в том числе суммарная мощность генераторов или трансформаторов, работающих параллельно.

Для подстанций напряжением 6 – 10/0,4 кВ должно быть выполнено одно общее заземляющее устройство, к которому должны быть присоединены:

- нейтраль трансформатора на стороне напряжением до 1 кВ,

- корпус трансформатора,

- металлические оболочки и броня кабелей напряжением до 1 кВ и выше,

- открытые проводящие части электроустановок напряжением до 1 кВ и выше,

- сторонние проводящие части.

Вокруг площади, занимаемой подстанцией, на глубине не менее 0,5 м и на расстоянии не более 1 м от края фундамента здания подстанции или от края фундаментов открыто установленного оборудования должен быть проложен замкнутый горизонтальный заземлитель (контур), присоединенный к заземляющему устройству.

Значения расчетных токов замыкания на землю принимаются по данным энергосистемы, либо путем расчетов.

При замыкании фазы на металлический корпус электроустановки он приобретает электрический потенциал относительно земли. Если к корпусу такой электроустановки прикоснется человек, стоящий на земле или токопроводящем полу, он немедленно будет поражен электрическим током.

Посредством защитного заземления ток замыкания перераспределяется между заземляющим устройством и человеком обратно пропорционально их сопротивлениям. Поскольку сопротивление тела человека в сотни раз превышает величину сопротивления растеканию тока заземляющего устройства, через тело человека, прикоснувшегося к поврежденному заземленному оборудованию, пройдет ток, не превышающий предельно допустимого значения (10 мА), а основная часть тока уйдет в землю через контур заземления. При этом напряжение прикосновения на корпусе оборудования не превысит 42 В.

Контур заземления выполняют из стальных стержней, уголков, некондиционных труб и др. В траншее глубиной до 0,7 м вертикально забиваются стержни (трубы, уголки и др.), а выступающие из земли верхние концы соединяются сваркой внахлест стальной полосой или прутком.

При этом необходимо соблюдать следующие условия:

- сечение соединительной полосы должно быть не менее 48 мм²,

- толщина – не менее 4 мм (рисунок 12.1, а);

- минимальный диаметр прутка – 10 мм (рисунок 12.1, б),

- минимальная толщина стенки уголка – 4 мм (рисунок 12.1, в),