23. Защиты электродвигателей с номинальным напряжением ниже 1000 в

Защиты электродвигателей с напряжением ниже 1000 В имеют особенности, обусловленные спецификой этих машин. Это наиболее массовые электрические машины, стоимость которых, как правило невелика, поэтому одно из основных требований к защите – это простота конструкции и низкая цена. Кроме того, электродвигатели небольшой мощности имеют ряд особенностей в конструкции. Например, упрощенные системы охлаждения, упрощенные конструкции подшипниковых узлов и др.

Разработчики современных электрических машин стремясь к экономии материалов увеличивают плотности тока в обмотках, индукцию в магнитных цепях, т.е. более интенсивно используют активные материалы, в связи с этим перегрузочные способности многих электрических машин оказываются ниже. Для того, чтобы обеспечить нормальную работу систем электроснабжения с такими электродвигателями приходится принимать более жесткие требования к защитам систем электроснабжения.

Для того, чтобы удовлетворить всем этим требованиям защиты электродвигателя низкого напряжения выполняют так, что один и тот же элемент выполняет несколько функций. Например, автоматический выключатель через который питается двигатель может являться одновременно коммутационным аппаратом для включения и отключения двигателя и защитным аппаратом, который выявляет внутренние короткие замыкания в этом электродвигателе.

Магнитный пускатель, предназначенный для частых включений и выключений электродвигателя содержит тепловое реле для защиты от перегрузки. Кроме того тепловое реле выполняет функции защиты от несимметричных режимов т.к. в случае не симметрии токи в отдельных фазах увеличиваются и по этим токам с помощью теплового реле удается выявить несимметричный режим. Катушка электрического расцепителя кроме своих основных функций включения и отключения аппарата выполняет функции защиты от понижения напряжения. Так при снижении напряжения до уровня 0,60,7 от номинального, сила тяги становится недостаточной и контактор переходит в отключенное состояние.

В связи с этим электродвигатели, которые должны участвовать в самозапуске по требованиям технологии должны подключаться к сети не через магнитный пускатель, а через автоматический выключатель с фиксированным положением «Включено». А те электродвигатели, которые не должны участвовать в самозапуске и могут быть отключены при уменьшении напряжения, должны подключаться через магнитный пускатель.

Типовая схема электродвигателя, который не должен участвовать в самозапуске:

К₃  1,5

24 АПВ

Устройства АПВ должны предусматриваться для быстрого восстановления питания потребителей или межсистемных и внутрисистемных связей путем автоматического включения выключателей, отключенных устройствами релейной защиты.

Должно предусматриваться автоматическое повторное включение:

1) воздушных и смешанных (кабельно-воздушных) линий всех типов напряжением выше 1 кВ. На кабельных линиях 35 кВ и ниже АПВ рекомендуется применять в случаях, когда оно может быть эффективным в связи со значительной вероятностью повреждений с образованием открытой дуги (например, наличие нескольких промежуточных сборок, питание по одной линии нескольких подстанций), а также с целью исправления неселективного действия защиты. Вопрос о применении АПВ на кабельных линиях 110 кВ и выше должен решаться при проектировании в каждом отдельном случае с учетом конкретных условий;

2) шин электростанций и подстанций;

3) трансформаторов;

4) ответственных электродвигателей, отключаемых для обеспечения самозапуска других электродвигателей;

схема АПВ должна приходить в действие при любом непред­намеренном отключении выключателя линии или трансформатора. Про­должительность перерыва питания должна быть минимальной;

Устройства АПВ должны быть выполнены так, чтобы они не действовали при:

1) отключении выключателя персоналом дистанционно или при помощи телеуправления;

2) автоматическом отключении от релейной защиты непосредственно после включения персоналом дистанционно или при помощи телеуправления;

3) отключении выключателя защитой от внутренних повреждений трансформаторов и вращающихся машин, устройствами противоаварийной автоматики, а также в других случаях отключений выключателя, когда действие АПВ недопустимо.

Устройства АПВ должны быть выполнены так, чтобы была исключена возможностью многократного включения на КЗ при любой неисправности в схеме устройства.

Устройства АПВ должны выполняться с автоматическим возвратом. АПВ должно иметь заданную кратность действия;

Время срабатывания зависит от времени готовности привода выключателя, от времени готовности выключателя и от времени деионизации среды в месте КЗ. Однако, как правило, этих данных не требуется, поскольку для одиночных воздушных линий напряжением 6-110 кВ с односторонним питанием действительное время срабатывания одно­кратного АПВ находится в пределах 3-5 с, которое значительно больше, чем может получиться из перечисленных выше условий.

Время автоматического возврата устройств АПВ, выполненных с помощью специальных реле серии РПВ, может не рассчитываться, так как время заряда конденсатора надежно обеспечивает однократ­ность АПВ. Для обеспечения однократности действия АПВ выключа­теля (без реле РПВ), оборудованного пружинным или грузовым при­водом, минимальное время натяжения пружины или подъема груза пе­ред очередным включением (время возврата АПВ) должно быть выбра­но большим максимального времени действия защиты после включения на устойчивое КЗ. Время натяжения пружин стандартных приводов находится в пределах 6-15 с, что вполне обеспечивает однократ­ность действий АПВ.

АПВ линий, работающих в замкнутой сети с одним источником питания, должно производится только после отключения линии с обеих сторон. В приближенных расчетах время срабатывания АПВ оп­ределяется по выражению

tАПВ1  tс.з2 + tд + tзап ,

где tс.з2 - наибольшее время срабатывания защиты на проти­воположном конце линии;

tд - время деионизации среды в месте КЗ, ориентировоч­ные значения которого следующие: для сетей напряжением 35 кВ включительно tд = 0,1 с; для сетей 110 кВ tд = 0,17 с; 220 кВ - 0,32 с.

tзап - время запаса принимается равным 0,5-0,7 с.

Все одиночные трансформаторы мощностью более 1 МВА обору­дуются устройствами АПВ. Время срабатывания АПВ трансформаторов определяется по тем же условиям, что и для линий с односторон­ним питанием. Для тех подстанций, где в качестве источника опе­ративного тока используются предварительно заряженные конденса­торы, необходимо выполнить дополнительное условие

tАПВ  tзар + tзап ,

где tзар - время, необходимое для зарядки конденсаторов, разрядившихся в процессе действия защиты и отключения выклю­чателя трансформатора; tзап =2с.

Обычно tзар  2 с при С = 40 мкФ; 4 с при С = 80 мкФ; 10 с при С = 200 мкФ.

25 АВР

АВР применяются на подстанциях (местное АВР) и в распределительных сетях (сетевое АВР), имеющих два или более источников питания, но работающих по схеме одностороннего питания. В этом случае исключается параллельная работа линий, трансформаторов, что существенно может снизить значения токов КЗ. Схемы и расчет уставок срабатывания местных и сетевых устройств АВР в основном совпадают. К устройствам АВР предъявляют следующие требования :

а)схема АВР должна приходить в действие при любом непреднамеренном (аварийном, ошибочном, самопроизвольном) отключении выключателя рабочего источника питания, в том числе при коротких замыканиях (КЗ) на шинах нагрузки подстанции. Продолжительность перерыва питания не должна превышать 0,4-0,8 с. Защиты, имеющие время срабатывания не более 1,2 с, допускается не ускорять при действии АВР;

б)схема АВР должна приходить в действие при аварийном исчезновении напряжения на резервируемых шинах, не сопровождающемся отключением выключателей рабочего источника питания. С этой целью в схеме АВР должна предусматриваться защита минимального напряжения, дополненная пусковым органом в виде реле максимального напряжения, разрешающее работу АВР только при наличии напряжения на резервном источнике. При этом сначала должен отключаться выключатель основного питания;

в) АВР должно быть однократным, так как не исключается возможность включения резервного источника на КЗ;

г)с целью уменьшения термического воздействия тока КЗ и предотвращения возможности развития аварии при включении резервного источника на короткое замыкание его защита должна иметь ускорение после АВР.

Схема АВР не должна приходить в действие:

а) при коротких замыканиях на присоединениях, питающихся от резервируемых шин, даже если они сопровождаются снижением напряжения до нуля, за исключением случаев отказа защит или выключателей этих присоединений;

б) при запуске и самозапуске двигателей;

в) при неисправностях в цепях напряжения;

г) при плановом выводе в ремонт резервируемых шин.

Рис.1.Принципиальная схема устройства АВР

Схема содержит следующие основные элементы:

- рабочий источник питания включает линию ВЛ I с двумя выключателями Q1, Q2 и ключами управления SA1, SA2 и внешнюю систему электроснабжения S1;

- резервный источник питания включает линию ВЛ 2 с двумя выключателями Q3, Q4 и ключами управления SA3, SA4 и внешнюю систему электроснабжения S2;

- МТЗ рабочей линии содержит трансформатор тока и реле: ТА1, КА1, КТ1, КН1;

- защита минимального напряжения, установленная на шинах нагрузки, содержит элементы TV1, TV2, KV1, KV2, KV3, KT3, KH3;

- МТЗ резервной линии: ТА2, КА2, КТ2.1, КН2;

- неселективная отсечка резервной линии:ТА2, КН2, КТ2.2, KLT2, КН4; реле KLT2 промежуточное с замедленным размыканием контактов;

- реле промежуточное с задержкой на размыкание контактов KLT1, которое обеспечивает однократность действия устройства АВР; называется также реле включенного положения выключателя Q1.

Ввод устройства АВР и вывод его из работы осуществляется переключателем SA6.

Переключателем SA7 имитируется исчезновение напряжения на шинах питающей подстанции ПСА.