Выбор трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения (TV) для питания электроизмери­тельных приборов и реле выбирают по номинальному напряжению пер­вичной- обмотки, классу точности, схеме соединения обмоток и конструктивному выполнению.

Условия выбора:

 

трансформаторы напряжения изготовляют для работы в классах точности 0,2; 0,5; 1; 3. TV класса 0.2 применяют для питания летчиков электрической энергии, устанавливаемых на мощных гене­раторах и межсистемных линиях электропередачи; TV класса 0,5 -для питания расчетных счетчиков других присоединений и измери­тельных приборов классов 1 и 1,5; TV класса 1 - для приборов класса 2,5 и TV класса 3 - для релейной защиты:

Для того, чтобы TV работал в необходимом классе точности, его номинальная мощность должна быть равна или больше суммарной активной и реактивной мощности, потребляемой параллельными катуш­ками приборов и реле

где - соответственно суммарная активная и реактивная мощ­ности, потребляемые катушками приборов;

Значения мощностей Р_пр , потребляемых параллельными катуш­ками приборов и их cos %_пр приводятся в справочниках.

Расчет сечения проводов и кабелей для питания цепей напря­жения ведется на основании указаний ПУЭ о.допустимой потере нап­ряжения: для счетчиков - 0,5 В, для измерительных приборов-1,5 В, для устройств защиты и автоматики

Сечение провода находится по формуле

где - длина проводов, м

- удельная, проводимость, См-м/мм² (для меди = 57., для

алюминия =35 См-м/мм²);, Rпр - допустимое по потере напряжения сопротивление проводов, Ом

Сопротивление проводов определяется из выражения

где - допустимая величина потери напряжения, В;

I_расч - расчетный ток обмоток трансформатора напряжения. А.

 

8. ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

 

Для защиты электроустановок от атмосферных перенапряжений применяют молниеотводы, защитные тросы, разрядники и защитные промежутки.

Защита воздушных линий. Линии напряже­нием 110 кВ и выше на металлических и железобетонных опорах защи­щаются от прямых, ударов молнии подвеской тросов по всей длине, трос заземляется.

Воздушные линии напряжением 35 - 220 кВ на деревянных опорах тросами по всей длине не защищаются. Тросы подвешиваются только на подходах к подстанции. В местах о ослабленной изоляцией, нап­ример, отдельные металлические и железобетонные опоры, должна быть выполнена дополнительная защита при помощи трубчатых разряд­ников.

Применение тросов на линиях 35 кВ малоэффективно, а на линиях 6 - 10 кВ - бесполезно. Воздушные линии напряжением 6-10 кВ специальных защит от атмосферных перенапряжений не требуют. При пересечении ВЛ. при переходе воздушной линии в кабельную на опо­рах устанавливают трубчатые разрядники.

Все металлические и железобетонные опоры ВЛ. а также дере­вянные опоры с тросами или с устройствами молниезащиты должны быть заземлены. Сопротивление заземления опор должно быть не более 10 - 30 Ом при удельных сопротивлениях грунта 100 - 1000 Ом-м соответственно.

Эффективным средством молниезащиты ВЛ является автоматичес­кое повторное включение (АПВ), так как оно предотвращает пере­ход грозового перекрытия линейной изоляции в перерыв подачи энер­гии.

Защита электрооборудования подстанций. Электрооборудование подстанций подлежит защите о: прямых ударов молнии и от волн грозовых перенапряжений, набе­гающих с линий.

Открытые распределительные устройства (ОРУ) защищаются стержневыми молниеотводами. Для защиты шинных мостов и гибких связей большой протяженности могут применяться тросовые молниеотводы. Защита металлических маслобаков с толщиной стенки не менее 5 мм может осуществляться путем их заземления.

Для защиты электрооборудования подстанций от волн перенапря­жений, набегающих с линии, применяют вентильные разрядники.

Схемы защиты подстанций.35 - 600 кВ от волн перенапряжений приведены на рис.8.1 [3,10]. Линии на. деревянных опорах на под­ходе к подстанции на длине 1 - 2 км защищаются тросами. В начале тросового подхода к подстанции устанавливаются трубчатые разряд­ники FV3, которые служат для снижения амплитуды импульса перенапряжения

 

а)

 

 

б)

Рис.8.1. Схемы молниезащиты подстанций 35 -500 кВ: а - линия, защищенная тросами по всей длине; б - линия на деревянные опорах, защищенная тросами только на подходе к подстанции

 

и одновременно для защиты изоляции опоры, ослабленной за­земляющими спусками от тросов.

Защиту РУ 6 - 20 кВ от набегающих волн перенапряжений реко­мендуется выполнять е соответствии со схемой приведенной на рис. 8.2. В РУ устанавливается вентильный разрядник FV1.

Ограничения амплитуды импульса, набегающего с линии на де­ревянных опорах, осуществляются с помощью трубчатого разрядника FV3. На линиях с металлическими и железобетонными опорами уста­новка трубчатых разрядников' FV3 (рис.8.2,а) не требуется.

Если ВЛ б - 20 кВ соединяется с подстанцией кабельной пере­мычкой, то для защиты кабельной воронки устанавливается трубча­тый или вентильный разрядник FV2. Сопротивление заземления раз­рядников должно быть не более 10 Ом.

Синхронные и асинхронные электродвигатели, связанные с воз­душными линиями через трансформаторы, защиты от атмосферных пере­напряжений не требуют. Защиту выполняют в том случае, если элект­родвигатели работают на генераторном напряжении.

Выбор разрядников. Разрядники выбираются по конструктивному выполнению, номинальному напряжению. В каталогах на вентильные разрядники приводятся величины пробивных нап­ряжений Uпроб.норм. и наибольшее остающееся напряжение Uост.норм. при импульсном токе пробоя. Остающееся напряжение - это напряже­ние на разряднике при протекании импульса тока. Чем меньше это напряжение, тем лучше качество разрядника.

Условие выбора вентильных разрядников:

В каталогах на трубчатые разрядники приводятся токи отключе­ния (нижний и верхний предел). Условия выбора трубчатых разрядни­ков:

 

а)

б)

Рис.8.2. Схемы молниезащиты подходов ВЛ 6 - 20 кВ: а - воздушный ввод; б - кабельный ввод.

 

9. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА

 

9.1. Источники оперативного тока

 

Оперативным называется ток, питающий цепи дистанцион­ного управления выключателями, цепи релейной защиты, автоматики, телемеханики и сигнализации. При коротких замыканиях и ненормаль­ных режимах в сети напряжение источника оперативного тока и его мощность должны иметь достаточную величину для надежного отключе­ния и включения соответствующих выключателей и для срабатывания вспомогательных реле защита и автоматики.

Род тока определяется типом привода применяемого выключателя. Следует учитывать также, что существующая аппаратура защиты и уп­равления на постоянном токе является более совершенной, чем такая же аппаратура на переменном токе.

Источником постоянного операти­вного тока являются аккумуляторные батареи напряжением 110 - 220 В. Они являются наиболее надежными источниками, пос­кольку напряжение на них не зависит от колебаний напряжения в главной цепи при повреждениях и ненормальных режимах. Применение аккумуляторных батарей на подстанциях, ограничено тем, что этот источник оперативного тока сравнительно дорог, требует наличия специально­го помещения, квалифицированного ухода, постоянного надзора, на­личия зарядных агрегатов и т.п. Поэтому постоянный ток исполь­зуется в качестве оперативного только на крупных подстанциях.

В источниках выпрямленного тока переменный ток преобразуется в постоянный (выпрямленный) с по­мощью блоков питания и выпрямительных силовых устройств. Питание выпрямительных устройств осуществляется от двух трансформаторов собственных нужд, которые подключаются до вводных выключателей. Поскольку напряжение источника оперативного тока этого типа зави­сит от колебаний напряжения в защищаемой цепи при ненормальных режимах, то их нельзя применять для цепей отключения и сигнализа­ции. Указанные цепи в данном случае должны быть подключены к другим источникам оперативного тока, например, к блокам питания или к конденсаторным установкам.

Блоки питания - это маломощные выпрямительные устройства, предназначенные для питания отключающих электромаг­нитов выключателей. На рис.9.1 приведена схема комбинирован­ного блока питания.

 

Рис.9.1. Принципиальная схема комбинированного блока питания оперативных цепей защиты выпрямленным током

 

Токовый элемент блока питания БПТ подключается к трансформа­тору тока и.состоит из промежуточного 'насыщающегося трансформа­тора TLA, конденсатора С для феррорезонансной стабилизации напряжения и выпрямителя V2.. Токовый элемент обычно используется для отключения коротких замыканий на защищаемом участке.

Элемент напряжения подключается к трансформатору напряжения и состоит из промежуточного трансформатора TLV и выпрямителя VI. Этот блок используется для оперативных отключений выключателя Q.

Блоки питания тока БПТ и напряжения БПН выпускаются раздель­но, поэтому их можно применять как порознь, так и вместе. Комби­нированный блок получается при параллельном включении выходных цепей обоих блоков, как показано на рис.9.1. При коротких замыка­ниях необходимое напряжение на выходе обеспечивается за счет трансформаторов тока, а при повреждениях и ненормальных режимах. сопровождающихся снижением тока - за счет трансформаторов напря­жения.

Таким образом, комбинированный блок может питать защиты при всех видах повреждений и ненормальных режимов. Такие блоки удобны для питания защит, имеющих большое число реле и сложную схему оперативных цепей. Промышленностью выпускаются блоки питания мощ­ностью от 50 до 1200 Вт при выпрямленном напряжении ПО В.

Конденсаторные устройства состоят из батарей конденсаторов и предназначены для питания катушек отк­лючения выключателей. Конденсаторы заряжаются от трансформаторов напряжения или трансформаторов собственных нужд через выпрями­тельные устройства. Напряжение на конденсаторах практически не зависит от колебаний напряжения в главной сети, поскольку конден­сатор способен сохранять заряд достаточной величины в течение нескольких часов. В нормальном режиме конденсатор заряжен. При действии защиты он замыкается на катушку отключения, питая.ее то­ком разряда.

Промышленность выпускает блоки конденсаторов серии БК-400, которые состоят из металлобумажных конденсаторов типа МБГП на 400 В, 20.мкФ, соединяемых параллельно для получения необходи­мой емкости, и кремниевых диодов Д 226Б.

И с т о ч н и к и п е р е м е н н о г о тока.

В ка­честве источников оперативного переменного тока используют транс­форматоры тока, трансформаторы напряжения и трансформаторы собст­венных нужд.

Трансформаторы тока являются надежными источниками питания оперативных цепей для защиты от коротких замыканий. При КЗ ток и напряжение на зажимах трансформатора тока возрастают, увеличи­вается и мощность трансформатора тока в момент срабатывания защиты, что обеспечивает надежное питание оперативных цепей и отк­лючение выключателей. При повреждениях и ненормальных режимах, которые не сопровождаются увеличением тока, мощность трансформа­торов тока может оказаться недостаточной для работы аппаратуры защиты и отключения выключателя. Поэтому их нельзя использовать для таких защит как замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью, витковые замыкания в трансформаторах и электрических машинах, повышение или понижение напряжения, понижение частоты. Таким образом, трансформаторы тока обеспечивают питание опера­тивных цепей защиты только при коротких замыканиях и перегрузках.

Трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных нужд нельзя применять для питания оперативных цепей защит от ко­ротких замыканий, так как при КЗ напряжение резко снижается, и релейная защита не придет в действие. Трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных нужд могут применяться при повреж­дениях и ненормальных режимах, которые не сопровождаются глубо­ким понижением напряжения в сети (защита от перегрузки, от замы­каний на землю, повышения напряжения, понижения частоты и т.д.). Трансформаторы напряжения используют для питания устройств ре­лейной защиты, автоматики и сигнализации в тех случаях, когда на подстанции применяются выключатели о пружинными или грузовыми приводами.

Трансформаторы собственных нужд включаются до ввода или выклю­чателей, а оперативная сеть (обычно 220 В) для большей надеж­ности секционируется. На секционном аппарате предусматривается автоматический ввод резерва оперативных цепей.

На трансформаторных подстанциях 35Кв, 110кВ из эконо­мических соображений широко применяют оперативный переменный ток.

На подстанциях, где применяются сложные защиты, могут ис­пользоваться смешанные системы оперативного тока, включающие ис­точники как постоянного, так и переменного тока. Для питания некоторых защит применяются блоки питания с тиристорными преобра­зователями, с выхода которых снимается как постоянное напряжение нескольких уровней, так и переменное повышенной частоты. Для по­лупроводниковых защит, например, где используются транзисторы, интегральные схемы, операционные усилители и т. п., требуются ис­точники низкого уровня напряжения с высокой степенью стабилиза­ции.

 

ЗАПИТА ТРАНСФОРМАТОРОВ

В зависимости от номинальной мощности трансформаторов для них могут применятся различные защиты, основные требования ПУЭ к объему выполнения устройств релейной защиты силовых трансформа­торов приведены в табл. 9.1.

Ниже рассматриваются некоторые особенности выполнения указан­ных защит.

Токовая отсечка- является наиболее простой из всех быстродействующих защит от повреждений в трансформаторе. Вместе с МТЗ она входит в состав двухступенчатой защиты. На рис. 9.2 приведен один из возможных вариантов построения двухступен­чатой защиты на оперативном постоянном токе.

В сетях с глухозаземленной нейтралью защита выполняется по трехфазной схеме, а в сетях с изолированной нейтралью - по схеме неполной звезды.

Токовые реле КА1, КА2 работают без выдержки времени (токовая отсечка), реле КАЗ, КА4 - с выдержкой времени (МТЗ). При срабаты­вании соответствующих токовых' реле включается промежуточное реле KL и подается импульс на отключение масляных выключателей 0.1 и 42, О срабатывании той или иной защиты сигнализируют соответствующие указательные реле КН1 или КН2.

Ток срабатывания отсечки выбирается по двум условиям:

а) отстройки от сквозных токов короткого замыкания, напри­мер, в точке

К-1

б)отстройки бросков токов намагничивания при включении

где Кн – коэфф. надёжности Кн=1,4-1,5

Iн.скв – сквозной ток Кз

Iном – номинальный ток трансформатора.

За расчётный ток принимают большее из полученных значений.

Коэффициент чувствительности

де Iк.мин - минимально возможный ток КЗ на стороне высшего напряжения, например, в точке К-2,

Максимальная токовая защита помимо своих основных функций является резервной по отношению к токовой отсечке и выполняет роль второй ступени в двухступенчатой защите.

В схеме МТЗ (рис. 9.2) используются реле тока РТ-40. реле времени серии ЭВ

 

Таблица 9.1

Объем и виды защит силовых трансформаторов

 

 

Виды повреждений или ненормального режима	Виды защит при нормальной мощности трансформатора
до 6300 кВ*А	6300 кВ*А и более
1.многофазные замыкания в обмотках, на выводах и в соединениях трансформатора с шинами	Токовая отсечка с действием на отключение. t=0 Продольная дифференциальная защита с действием на отключение. t=0, если токовая отсечка не чувствительна. Выдержка времени МТЗ более 0,5 с и нет газовой защиты.	Продольная дифференциальная защита с действием на отключение. t=0
2.повреждения внутри бака трансформатора с выделением газа, понижением уровня масла	Газовая защита с действием: 1 ступень- на сигнал 2 ступень- на отключение
3.внешние многофазные КЗ	МТЗ без пуска или с пуском минимального напряжения с действием на отключение,t не равна нулю при Sном<1000кВ*А	МТЗ с пуском минимального напряжения с действием на отключение,t¹0
4.однофазные КЗ в обмотках НН и на выводах (система НН с заземленной нейтралью)	МТЗ,t¹0 или токовая защита нулевой последовательности с действием на отключение
5.однофазные замыкания на землю на стороне ВН (система ВН с заземленной нейтралью)	Токовая защита от замыканий на корпус с действием на отключение
6.однофазные замыкания на землю на стороне НН (система НН с изолированной нейтралью)	Защита от однофазных замыканий на землю с действием на сигнал или отключение, если это необходимо по условиям техники безопасности
7.перегрузка	МТЗ,t#0 с действием на сигнал

 

 

Рис.9.2. Схема двухступенчатой токовой защиты трансформатора

Ток срабатывания защиты выбирается по условию отстройки от наибольшего рабочего тока

где Кн - коэффициент надежности Кн-1.2;

Кв - коэффициент возврата реле, Кв=0,8 - 0,85;,

Iр.макс - максимальный рабочий ток, определяется с учетом возможного самозапуска двигателей.

Коэффициент чувствительности защиты

 

где I к.мин - минимально возможное значение тока двухфазного КЗ

в конце зоны резервирования.

В случаях, когда МТЗ трансформатора выполняет роль основной защити коэффициент чувствительности Кч>1,5. Если в качестве основной защиты трансформатора применяется токовая отсечка или дифференциальная защита, а. МТЗ выполняет роль резервной защиты, то коэффициент чувствительности Кч >1,2.

Для повышения чувствительности максимальная токовая защита может применяться с пуском минимального напряжения. Ток срабаты­вания для этого случая

где Iном - номинальный ток трансформатора.

МТЗ применяется для защиты трансформаторов от внешних мно­гофазных коротких замыканий, при перегрузке, от однофазных КЗ в системе с заземленной нейтралью.

Дифференциальная защита трансформа­тора основана на общем принципе действия таких защит. В зависи­мости от чувствительности она может быть выполнена на реле типа РНТ или ДЗТ: защита с реле РТ-40 имеет невысокую чувствительность и применяется для защиты трансформаторов небольшой мощности

При выборе трансформаторов тока необходимо учитывать следую­щее обстоятельство. Как известно, при соединении обмоток ило­вого трансформатора по схеме Y/Δ угол между векторами первичного и вторичного токов составляет 30⁰. Для компенсации сдви­га по фазе вторичные обмотки трансформаторов тока включаются со Стороны высшего напряжения треугольником, а со стороны низшего напряжения - звездой(рис.9.3)

При схеме соединения трансформаторов тока треугольником коэф­фициент схемы Ксх= . а при соединении в звезду. Ксх=1.Поэтому для выравнивания вторичных токов в плечах защиты необходимо вы­полнить условие [15]

где n_TA1, n_TA2 - соответственно коэффициенты трансформации

трансформаторов тока ТA1 и ТА2.

N - коэффициент трансформации силового трансфор­матора.

Коэффициенты трансформации трансформаторов тока выбирают, так, чтобы значения токов в плечах дифференциальной защиты были по возможности одинаковые.

Расчет дифференциальной защиты начинают, с определения токов в ее плечах, исходя из номинальной мощности силовое трансформатора. За основную сторону принимают ту, где проходит больший ток [17].

Порядок расчета дифференциальной защиты следующий.

Ток срабатывания дифференциальной защиты рассчитывают по двум условиям:

Рис.9.3. дифференциальная токовая защита трансформатора с соединением обмоток Y/Δ

а) отстройки от броска тока намагничивания при включении си­лового трансформатора

где Кн - коэффициент надежности, зависит от типа реле, для реле, РТ-40 Кн-3 -

4, для РНТ К8-1.3, ДЛЯ ДЗТ Кн-1.5;

Iном - номинальный ток силового трансформатора.

 

б) отстройки от тока небаланса при внешних КЗ

Где Iнб.расч - ток небаланса, протекающий в защите при сквозном КЗ, приведенный к главным цепям

Расчетное значение тока небаланса можно определить по фор­муле [14]

где Кодн - коэффициент однотипности трансформаторов тока, при защите силовых трансформаторов

Кодн=1;

Ка - коэффициент, учитывающий влияние апериодической сос­тавляющей; для реле РТ-40 Ка-2.

для РНТ и ДЗТ Ка-1;

Е- относительная погрешность трансформаторов тока, в расчетах принимается Е= 0,1;.

ΔUр - относительная погрешность, обусловленная PПH, принимается равной половине суммарного

диапазона регулирования напряжения, Δ Up=0,1;

fвых - погрешность, обусловленная неточностью установки расчетного числа витков:

Wрасч, Wуст - соответственно расчетное и установленное число витков;

Iк.макс - периодическая составляющая тока внешнего КЗ.

Ток срабатывания защиты выбирается по наибольшему из двух по­лученных значений.

Ток срабатывания реле

Для дифференциальной защиты, выполненной c использованием реле РТ-40 полученный ток срабатывания реле является током установ­ки.

Для защит с дифференциальными реле определяют число витков основной стороны дифференциальной защиты:

где Fcp - намагничивающая сила срабатывания реле, для реле РНТ-565, ДЗТ-И

Fcp=100 ампер-витков.

Полученный результат округл от до ближайшего меньшего целого числа.

Число витков неосновной стороны определяют из соотношения

Для схемы, изображенной на рис. 9.4, число витков основной и неосновной сторон включают в себя сумму витков рабочей и соответ­ствующей уравнительной обмоток.

Далее, зная расчетное и установленное число витков W_расч и W_рабопределяют погрешность, и уточняют значения тока небаланса и тока срабатывания защиты.

Дифференциальное реле с магнитным торможением ДЭТ отличается наличием тормозной обмотки W_т. (рис. 9.4), число витков которой определяется по формуле

где tgα - тангенс угла наклона тормозной характеристики, для реле ДЗТ-l1 tgα=

0.75 - 0.8.

Рис.9.4. Схема соединений обмоток в дифференциальном реле: Wр - рабочая обмотка; Wт - тормозная обмотка; Wур1,Wур2 – уравнительные обмотки.

Полученный результат округляют до большего числа витков.

Чувствительность дифференциальной защиты определяется при коротком замыкании в пределах защищаемой зон«. когда токи КЗ име­ют минимально возможные значения. Коэффициент чувствительности

где Iк - ток в реле при КЗ в зоне защиты;

Icp.p - ток срабатывания реле.

 

 

Вторичные токи Iк и Icp.p. протекающие в реле, определяются с учетом коэффициентов трансформации и схем соединения вторичных обмоток трансформаторов тока в плечах защиты.

Газовая защита применяется от внутренних повреждений в трансформаторах, которые обычно сопровождаются раз­ложением масла и образованием газов. К таким повреждениям отно­сятся витковые замыкания и замыкания обмоток на корпус транс­форматора. Они могут сопровождаться повышенным нагревом деталей или электрической дугой.

При незначительных повреждениях объем выделяющихся газов и скорость их выделения невелики, опасны повреждения сопровождают­ся бурным газовыделением и движением масла по направлению к рас­ширителю. Эти признаки и используются при построении схемы защи­ты. Первая ступень газовой защиты действует на сигнал, вторая ступень - на отключение без выдержки времени.

В качестве чувствительного элемента защиты используется га­зовое реле, которое реагирует на появление газа и движение мас­ла. Газовое реле устанавливается на трубопроводе, соединяющем бак трансформатора с расширителем так. чтобы через него проходили газы и поток масла.

Промышленностью выпускаются газовые реле поплавковые и ча­шечные, которые получили широкое применение.

Газовая защита является весьма чувствительной. В соответ­ствии с ПУЭ установка газовой защиты обязательна для трансформа­торов мощностью 6300 кВ-А и более, а также для трансформаторов меньшей мощности, если отсутствует быстродействующая защита (дифференциальная или максимальная со временем действия не более 1с).

Защита от перегрузки выполняется с помощью реле тока, включенного в одну фазу, и реле времени, дейст­вует на сигнал. Ток срабатывания защиты выбирается по условию от­стройки от номинального тока трансформатора:

где коэффициент надежности, Кн=1,05.

 

Ток срабатывания реле

Защита от замыканий на корпус трансформатора с глухозаземленной нейтралью на стороне низшего напряжения выполняется с помощью трансформатора тока, включен­ного в рассечку заземляющей шины. Кроме этой связи, корпус транс­форматора не должен иметь других соединений с землей.

Специальных мер для изоляции корпуса трансформатора от зем­ли не требуется, если сопротивление изоляции составляет 15 - 20 Ом. Это условие обычно выполняется при установке трансформатора на железобетонном фундаменте.

При замыкании на корпус наружных выводов или обмотки транс­форматора ток однофазного КЗ проходит через трансформатор то­ка, срабатывает токовое реле и подает сигнал на отключение транс­форматора.

Защита трансформаторов напряжением,6. - 10/0,4 кВ мощностью до 1000 кВ*А и трансформаторов 35/0.4 кВ мощностью до 4000 кВ-А от внутренних повреждений и междуфазных КЗ на выводах может быть выполнена с помощью плавких предохранителей. При выборе плавкой ^ставки предохранителя необходимо согласовывать ее характерис­тики с характеристиками релейной защиты на отходящих линиях.

9.3.ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

 

Для синхронных и асинхронных двигателей напряжением выше 1 кВ должна предусматриваться релейная защита от следующих поврежде­ний и ненормальных режимов работы:

- многофазных замыканий в обмотке статора и, на ее выводах;

-замыканий на землю в обмотке статора:

- токов перегрузки

-снижения и исчезновения напряжения.

Для синхронных двигателей предусматривается, кроме того, защита от асинхронного режима и замыкания в цепи, возбуждения.

В табл.9.2 приведены основные требования ПУЭ по объему устройств релейной защиты для различных двигателей напряжением выше 1 кВ.

Рассмотрим некоторые особенности выполнения и расчетов ука­занных защит.

Токовая отсечка. При построении схем токо­вых отсечек для двигателей следует ориентироваться на применение переменного оперативного тока.

Ток срабатывания отсечки выбирается из условия отстройки от, наибольших пусковых токов. Для защит, выполненных на реле РТ-40

где коэффициенты надежности Кн=1.2 и возврата Кв=0,85.

Реле РТ-80 имеет коэффициент возврата электромагнитного элемента, Кв= 0,3 - 0,4. Поэтому, сработав при броске пускового тока, реле не может вернуться в исходное положение после затуха­ния ' апериодической составляющей. Ток срабатывания защиты, выпол­ненной на реле типа РТ-80 выбирается из условия:

где 1,8- коэффициент, учитывающий действие апериодической сос­тавляющей пускового тока.

Коэффициент надежности Кн=1.2.

Токи срабатывания реле определяются с- учетом коэффициента схемы соединений трансформаторов тока и обмоток реле Ксх и коэф­фициента трансформации трансформаторов тока:

Коэффициент чувствительности:

 

 

Таблица 9.2

Объем и виды защит электродвигателей напряжением выше 1 кВ

 

Вид повреждения или ненормального режима	Вид защиты	Мощность двигателя, кВт
1.многофазные КЗ в двигателе и на его выводах     2.Замыкания на землю     3.Перегрузка     4.Снижение или исчезновение напряжения     5.Асинхронный режим (для синхронных двигателей)	Токовая отсечка с одним реле, включенным на разность токов двух фаз, действие на отключение, t=0. Токовая отсечка с двумя реле, включенными на фазные токи, действие на отключение, t=0. Продольная дифференциальная с тремя реле, действие на отключение, t=0. Продольная дифференциальная с двумя или одним реле, действие на отключение, t=0.   Максимальная токовая нулевой последовательности с действием на отключение, t=0.   Однофазная или двухфазная МТЗ с действием на сигнал, технологическую разгрузку или отключение, t¹0   Защита минимального напряжения с действием на отключение, t¹0   Защита от асинхронного режима	до 2000     свыше 2000   свыше 5000   до 5000 при наличии шести выводов, если то не удовлетворяет требованиям чувствительности   до 2000 кВт при Iз ³ 10 А При Рном ³ 2000 кВт и токе замыкания Iз ³ 5 А     Для двигателей, подверженным технологическим перегрузкам   Для двигателей, не работающих в режиме самозапуска   Для всех двигателей

 

 

Продольная дифференциальная за­щита может быть выполнена для двигателей, имеющих шесть выв­одов. Эта защита имеет большую чувствительность по сравнению с токовой отсечкой, так как броски тока, обусловленные внешними КЗ. токами пуска и самозапуска электродвигателей оказываются сбалан­сированными. Продольные дифференциальные защиты для электродвига­телей могут применяться в двухфазном или трехфазном исполнении.

Ток срабатывания защиты при условии идентичности трансфор­маторов тока и выбора их по кривым 10%-ной кратности принимается равным:

Где Iном- номинальный ток двигателя.

Коэффициент (1,5 - 2) учитывает отстройку от токов неба­ланса при внешних коротких замыкания при пуске самозапуске и двигателей.

Чувствительность защиты оценивается коэффициентом чувстви­тельности

где I к. мин - ток двухфазного КЗ на выводах двигателя.

Защита от замыканий на землю в обмотке статора предусматривается при токах замыкания не менее 10А для двигателей мощностью до 2000 кВт и не менее 5 А для дви­гателей, мощность которых равна или более 2000 кВт. Защита выпол­няется с помощью трансформаторов тока нулевой последовательности и действует на отключение двигателя от сети без выдержки времени.

Защита от перегрузки устанавливается в случаях, когда возможны перегрузки двигателя по технологическим Причинам или имеются тяжелые условия пуска и самозапуске. Защита выполняется с действием на сигнал, автоматическую разгрузку меха­низма или отключение.

В качестве защиты от перегрузки применяется МТЗ с выдержкой времени. Ток срабатывания реле

где Кн - коэффициент надежности (отстройки); для защиты, действующей на

сигнал Кн=1.1 - 1,2; для защиты, действую щей на отключение Кн=

1,5- 1,75

Кв - коэффициент возврата': для реле рт-40 Кв-0.85, для реле РТ-80 Кв=

0,8;

п_гд - коэффициент трансформации трансформаторов тока;

Iном - номинальный ток двигателя.

Защита от снижения напряжения устанавливается с целью предотвратить самозапуск или повторный пуск двигателя после короткого замыкания или отключения напряже­ния в сети, если это недопустимо по технологии производства, или правилам техники безопасности, а также для обеспечения успешного самозапуска двигателей ответственных механизмов за счет отключе­ния, части других двигателей.

Защита от снижения напряжения выполняется одно- или двухсту­пенчатой. Выдержка времени отстраивается от отсечек двигателей и устанавливается равно 0.5 - 1.5 с. Выдержка времени на отклю­чение ответственных, двигателей принимается равной 10-15 с [18].

Защита синхронных двигателей от асинхронного режима действует с выдержкой времени на запуск системы ресинхронизации, автоматическую разг­рузку механизма до такой степени, чтобы двигатель вошел в синхро­низм.

Тип защиты - максимальная токовая в однофазном однорелейном исполнении. Если на двигателе установлена защита от перегрузки, то ее следует совмещать с защитой от асинхронного хода. Для двигателей с тяжелыми условиями пуска предусматривают вывод этой защиты на время пуска и самозапуска.

 

9.4. ЗАЩИТА ВОЗДУШНЫХ И КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ

 

В соответствии с требованиями ПУЭ объем устройств релейной защиты линий электропередачи определяется уровнем номинальных напряжений.

Для линий 6-35кВ с изолированной нейтралью предусматриваются защиты от многофазных замыканий и от однофазных замыканий на землю. Защиту от многофазных замыканий выполняют в двухфазном исполнении (фазы А, С).

На одноцепных линиях с односторонним питанием устанавливают двухступенчатую защиту: I степень - токовая отсечка. II сту­пень - МТЗ. Максимальная токовая защита может выполняться одно-, двух- или трехрелейной в зависимости от требований чувствитель­ности и надежности.

МТЗ отстраивается от максимального тока нагрузки с учетом возможного его увеличения, обусловленного самозапуском электрод­вигателей. Ток срабатывания защиты

где Кн - коэффициент надежности, учитывает погрешности ре­ле, принимается

Кн=1.1 - 1.2;

Кв - коэффициент возврата, для реле токовых защит

Кв=0,8- 0,85;

Кз - коэффициент запуска Кз= 2 - 3;

Iн.макс - ток нагрузки максимальный.

 

Ток срабатывания реле:

где Ксх - коэффициент схемы;

- коэффициент трансформации трансформатора тока. Максимальный ток нагрузки определяется с учетом возможного увеличения нагрузки, возникающего в результате нарушения нормаль­ной схемы сети, например, отключение параллельной линии и т. п.

Ток срабатывания, выбранный по условию отстройки от нагрузки, проверяется по условию чувствительности защиты. Коэффициент чувствительности

где - минимальный ток двухфазного КЗ в конце защищаемой линии.

Значение коэффициента чувствительности принимается для основ­ных защит

Кч=1.5, для резервных защит Кч=1,2.

Зона действия МТЗ должна охватывать защищаемую линию и сле­дующий за ней второй участок сети.

Селективность действия смежных МТЗ достигается путем согласо­вания их срабатывания во времени по ступенчатому принципу. На практике ступень времени или ступень селективности для защит с независимой выдержкой времени может быть принята 0,35 - 0,6 с, для защит с зависимой или ограниченно-зависимой выдержкой време­ни - 0.6 - 1,0 с U5].

Токовые отсечки подразделяются на отсечки мгновенного дейст­вия и отсечки с выдержкой времени (0,3 - 0,6 с.).

Селективность токовых отсечек достигается за счет ограничения зоны их действия. Применение отсечки считав; я эффективным, 'если ее рабочая зона охватывает не менее 20% длины защищаемой линии

 

Ток срабатывания отсечки

где Кн - коэффициент надежности;

Iк.макс - максимально возможный ток КЗ в начале смежного участка сети.

 

Чувствительность отсечки характеризуется коэффициентом чувст­вительности

где 1к.мин - минимальный ток КЗ в начале защищаемого участка.

На линиях, защищенных от перенапряжений трубчатыми разрядни­ками, отсечка может ложно срабатывать при их действии. Для исклю­чения возможности ложного срабатывания в схему отсечки включает­ся промежуточное реле, время действия которого составляет 0,06 - 0.08 с.

Из рассмотренного ваш. можно заключить, что отсечка без вы­держки времени защищает только часть линии.;Чтобы выполнить защи­ту всей линии, совместно с мгновенной отсечкой применяется токо­вая отсечка с выдержкой времени. Такой комплект носит название двухступенчатой защиты.

Двухступенчатая защита обладает тем недостатком, что она не резервирует защиту смежного участка по всей длине. Для обеспече­ния резервирования двухступенчатую защиту дополняют на каждом участке максимальной токовой защитой, которая согласуется по сту­пенчатому графику. Такой комплект защит носит название трех­ступенчатой защиты. Она удовлетворяет всем тре­бованиям резервирования и во многих случаях успешно заменяет бо­лее сложные защиты.

На линиях с двухсторонним питанием, а также на линиях, вхо­дящих в кольцевую сеть применяют те же защиты, а при необходимос­ти их выполняют направленными.

Если указанные защиты не удовлетворяют требованиям чувстви­тельности или условиям применения, то для защиты от многофазных замыканий могут быть установлены дистанционная или дифференциаль­ная защита. В этом случае в качестве резервной устанавливают мак­симальную токовую защиту.

Защита от однофазных замыканий на землю выполняется, как правило, с использованием трансформаторов тока нулевой последова­тельности, и действует от емкостного тока на сигнал. Защита на отключение (вторая ступень) применяется только в тех случаях, когда это необходимо по технике безопасности и на предприятиях нефтяной и газовой промышленности не применяется.

Линии напряжением 110 кВ и выше выпол­няются с заземленной нейтралью. Для линий 110-500 кВ должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от многофазных замыканий и от замыканий на землю.

В качестве основных защит от многофазных КЗ одиночных линий с односторонним питанием применяют, как правило, отсечки по току и напряжению без выдержки и/и с выдержкой времени, а в качестве резервных - НТЗ. согласованные во времени по ступенчатому принци­пу селективности со смежными защитами.

Указанные защиты рекомендуется применять также в радиальных сетях с двухсторонним питанием и кольцевых сетях. При недостаточ­ной чувствительности и селективности отсечек по току и напряже­нию в сложных сетях в качестве основных применяют дистанционные зашиты. В этом случае дополнительной защитой является токовая от­сечка.

Если указанные защиты не удовлетворяют требованиям быстро­действия, то в качестве основной могут применяться высокочастот­ная или продольная и поперечная дифференциальные защиты.

Защита от однофазных КЗ может быть осуществлена основными токовыми защитами от многофазных замыканий. В тех случаях, когда требуется повысить чувствительность или уменьшить выдержки време­ни отключения, предусматривается максимальная токовая защита ну­левой последовательности.

Время действия защиты выбирается по ступенчатому принципу и нарастает от конца линии в сторону расположения головной питаю­щей подстанции.

 

 

9.5. ЗАЩИТА СБОРНЫХ ШИН

 

Несмотря на высокую надежность выполнения сборных шин под­станций и редкость возникновения на них коротких замыканий, необ­ходимо учитывать, что повреждение сборных шин связано с перерывом электроснабжения всех потребителей, подключенных к данным шинам. Размеры повреждений во многом зависят от того, насколько быстро произведено отключение Сорных шин от сети при возникновении на них короткого замыкания.

Защита сборных шин электростанций и подстанций в сетях с заземленной нейтралью выполняется от междуфазных замыканий, одно­фазных и многофазных замыканий на землю, а в сетях с изолирован­ной нейтралью - от междуфазных замыканий, двойных замыканий на землю и двухфазных -замыканий на землю в одной точке [10].

Защита одиночных секционированных шин напряжением 6 - 10 кВ осуществляется при помощи максимальной токовой защиты трансформа­торов, реагирующих на сквозные КЗ. По условиям согласования с защитами отходящих фидеров указанные защиты должны работать с вы­держкой времени, что является недостатком.

Если МТЗ трансформатора не в состоянии обеспечить необходи­мое быстродействие или селективность, то применяют дифференциаль­ные защиты шин без выдержки времени. На рис.9.5 приведена схема полной дифференциальной защиты шин, которая применяется в распре­делительных устройствах напряжением 35 кВ и выше.

Рис.9.5. Схема полной дифференциальной защиты шин

 

Трансформаторы тока устанавливают на всех присоединениях и имеют одинаковые коэффициенты трансформации независимо от мощнос­ти присоединения. В качестве реле тока используют дифференциаль­ные реле типа РНТ-567 имеющие встроенные быстронасыщающиеся тран­сформаторы.

В сетях с изолированной нейтралью (35 кВ) защита устанавли­вается в двух фазах, в сетях с заземленной нейтралью (110 кВ и выше) - в трех фазах.

Во избежание ложных отключений при обрывах вторичных цепей трансформаторов тока в схеме предусматривается МТЗ которая бло­кирует действие дифференциальной защиты при обрыве вторичных це­пей.

Ток срабатывания дифференциального реле РНТ выбирается по двум условиям:

а) по условию отстройки от тока небаланса при сквозных ко­ротких замыканиях

где Iнб.расч - расчетный ток небаланса, определяется с учетом влияния апериодической составляющей, погрешностей трансформаторов тока и величины сквозного тока КЗ (раздел 9.2), допускается принимать Iнб.расч =0,1 1к.макс [161: Кн - коэффициент надежности, Кн=1,5;

 

б) по условию отстройки от рабочего тока наиболее мощного присоединения (на случай - обрыва вторичных цепей трансформаторов тока)

где Кн - коэффициент надежности, Кн=1,2.

За расчетное принимается большее из полученных значений тока срабатывания защиты.

Коэффициент чувствительности

где Iк.мин - наименьший из возможных токов КЗ на сборных шинах.

Шины подстанций 6 - 10 кВ. питающие потребителей по кабель­ным линиям с реакторами, можно защищать токовой отсечкой, вклю­ченной со стороны источника питания. Отсечка выполняется по двух­фазной двухрелейной схеме.

Для повышения надежности электроснабжения предприятий АПК в схемах широко используют автомати­ческое включение резервного источника питания (АВР), автомати­ческое повторное включение (АПВ), автоматическую разгрузку по частоте (АЧР) и току (APT).

 

Список использованных источников

1. Гришин В.Г. Дипломное проектирование: Учеб.пособ.-Тюмень,

ТшйМ, 1992.- 131 с.

2. Федоров А.А., таркова Л.Е. Учебное пособие для курсового и дипломного- проектирования по электроснабжению промышленных предприятий:. Учеб.пособ. для вузов.- М.:Энергоатомиздат, 1987.-

368 с.

3. Справочник по проектированию электроснабжения / Под ред. Ю.Г.Барыбина и др.- М.: Энергоатомиздат, 1990.- 576 с.

4. Федоров А.А., Ристхейк Э.М. Электроснабжение промышленных предприятий.: Учеб. для вузов.- М.: Энергия, 1981.- 360 с.

5. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий; Промышленные электрические сети / Под.ред. А.А.Федорова и Г.В. Сербиновского. М.: Энергия, 1980.- 624 с.

6. Князевский В.А., Липкий Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий.: Учеб.для вузов.- М.: Высш.шк., 1979. - 431 с.

• 7. Правила устройства электроустановок. - Н.: Энергоиздат,

1985.- 640 с.

8. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий: Электрооборудование и автоматизация / Под.ред. А.А.Федорова и Г.В.Сербиновского. М.: -Энергоиздат. 1981. - 624 с.

9. Федоров А.А., Каменева В.В. основы электроснабжения про­мышленных предприятий: Учеб.для вузов.- М.:Энергоатомиздат,1984.-

472.с.

'10. Электротехнический справочник: В 3-х т. Т.З. Кн. 1. Про­изводство, передача и распределение электрической энергии / Под общ.ред. профессоров МЭЙ В.Г.Герасимова, П.Г.Грудинского, Л.А.Жу­кова и др.- 6-е изд.испр. и доп.- М.: Энергоиздат, 1982.- 656 с.

11. Белоруссов Н.И. и др. Электрические. кабели, провода и шнуры: Справочник / Под.ред. Н.И.Белоруссова. - м.: Энергоатом-

идзат, 1988.- £36 с.

12. Чунихин А.А. Электрические аппараты: лбщий курс. Учеб: для вузов.- 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Энергоатомиздат, 1988.-

720 С.»

13. Неклепаев Б. Н.,. Крючков И. П. Электрическая часть электро­станций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипло­много проектирования: Учеи.пособие для вузов,- 4-е изд., перераб. и доп. - М..: Энегроатомиздат, 19Р9,- 608 с....

 

14. Курсовое и дипломное проектирование по электроснабжению сельского хозяйства / Л.И.Васильев, Ф.М.йхтейман и др.- 2-е изд..'¹ перераб. и доп.- М.: Агропромиздат. 1989.- 159 с.

15. Старков В.В. Основы электроснабжения горных предприятий. Учеб.пособ. В 2-х ^и~стях. Свердловск, УПИ, 1977,- 86 с.

16. Чернобровов Н.В. Релейная защита. Учеб.пособ. Изд. 5-е. перераб. и доп. М., "Энергия". 1974.- 680 с.

17. Шабад М. А. Расчеты релейной защиты и автоматики распред -лительных сетей. 3-е изд.. перераб. и доп.- Л.: Энергоатомиздат, 1985.- 296 с. *

18. Меньшов Б.Г., Суд И.И. Электрификация предприятий нефтя­ной и газовой промышленности. Учеб. для вузов,- М.: Недра, 1984.-

416 С

19. Пособие к курсовому и дипломному проектированию для элек­троэнергетических специальностей вузов: 2-е изд.,перераб. и доп./ В.М.Блок, Г.К.Обушев, Л.Б.Лаперно и др.; Под ред. В.М.Блок.- М.: Высш. шк.. 1990. - 383 с. •

20. Указания по расчету и регулированию электрических нагру­зок и электропотребления предприятий нефтяной промышленности. РД ЗЭ-0147323-803-89 Р. Тюмень, Гипротюменьнефтегаз. 1989.- 183 с.

21. Шпилевой В.А., Гришин В.Г., Болгарцев Г.Е. Электроэнерге­тика газовой промышленности Западной, Сибири - М.: Недр^, 1986.-156 с.

22. Положение по проектированию схем электроснабжения объек­тов нефтяных месторождений и переработки попутного газа в Запад­ной Сибири.- М.: 1986.- 13 с.