1.1.11 Автоматизированные защитные устройства генераторов

В соответствии с Правилами Регистра СССР генераторы, предназначенные для параллельной работы, должны иметь следующие виды ЗУ: от токов КЗ, токов перегрузки, снижения напряжения, перехода генератора в двигательный режим. Конструктивно перечисленные ЗУ могут быть составной частью генераторного АВ, а также выполняться отдельно от АВ в виде узкоспециализированного унифицированного устройства (например, УТЗ) или отдельного узла устройства с расширенными функциональными возможностями (например, БКЗГ). Применение ЗУ обеспечивает практически бесперебойное снабжение приемников электроэнергией и тем самым повышает безопасность плавания. В качестве примера рассмотрим защиту генераторов от токов перегрузки.

Блок контроля загрузки генераторов БКЗГ. Блок обеспечивает защиту СГ от токов перегрузки при помощи двух каналов контроля загрузки с уставками 1,0 (1,1) и 1,3 (1,5)Р_ном. Схемы этих каналов подобны ранее рассмотренной схеме канала контроля загрузки генератора до 0,9 (1,0)Р_ном. (см. рис. 1.41), поэтому ограничимся описанием алгоритма работы каналов.

К анал с уставкой 1,0 (1,1)Р_Н0М состоит из двух последовательно включенных ступеней. Первая ступень имеет уставки по активной мощности 1,0 или 1,1 Р_ном. и по времени 2,0; 4,0; 10,0 или 20,0 с, задаваемые при помощи соответствующих переключателей. Выдержка времени второй ступени не регулируется и составляет 4,0с. При увеличении активной мощности генератора до 1,0 (1,1)Р_Н0М первая ступень с выдержкой времени отключает первую группу неответственных приемников и одновременно подает сигнал на вход второй ступени. Если за время 4,0с перегрузка генератора не исчезнет, вторая ступень выдает сигнал на отключение второй группы неответственных приемников.

В отличие от рассмотренного канал с уставкой 1,3 (1,5)Р_ном. выдает сигнал на одновременное отключение обеих групп неответственных приемников. Этот режим работы канала называют отсечкой.

Устройство токовой защиты УТЗ-1. Устройство входит в состав СУ СЭЭС типа "Ижора" и предназначено для защиты СГ от токов перегрузки посредством отключения неответственных приемников электроэнергии. Устройство устанавливают на каждом генераторе. Оно имеет 2 модификации: УТЗ-1А и УТЗ-1П, обеспечивающие срабатывание устройств соответственно по активному и полному току нагрузки генератора.

Каждая модификация имеет 2 ступени выдачи сигналов. Алгоритмы работы обеих ступеней подобны рассмотренным выше для каналов контроля загрузки генераторов 1,0 (1,1)Р_ном. и 1,3 (1,5)Р_ном. блока БКЗГ. Первая ступень выдает сигнал с постоянной выдержкой времени при токе нагрузки I = (1,0÷1,1)I_ном. При больших токах выдержка времени ступени уменьшается обратно пропорционально току. Вторая ступень выдает сигнал с постоянной выдержкой времени в случае сохранения перегрузки после срабатывания первой и без выдержки времени при токе нагрузки I ≥ (1,3÷1,5)I_ном (режим отсечки).

Устройство УТЗ-1А (рис. 1.41, а) подключается к генератору при помощи трансформаторов тока ТА1 и напряжения ТV1 и ТV2. Первая ступень выдачи сигналов состоит из измерительной и исполнительной частей. Измерительная часть включает в себя датчики активного тока ДАТ-1 и ДАТ-2 c общими для обоих датчиков трансформаторами тока ТА2 и напряжения ТV3. Датчик ДАТ-1 построен на трансформаторах напряжения ТV3, ТV6, выпрямителях UZ1, UZ2, резисторах R7-R9. Выходное напряжение U₁ датчика снимается с потенциометра RР10. Датчик ДАТ-2 включает потенциометр RР2, резисторы R3-R6 и диоды VD1, VD2. Выходное напряжение U_dе снимается между точками d и е датчика. Применение двух ДАТ вызвано необходимостью получения в 1-й ступени выдержки времени, находящейся в обратной зависимости от тока нагрузки.

Исполнительная часть первой ступени построена на транзисторах VТ1-VТ7 и реле напряжения КV1. При этом транзисторы VТ1, VТ4 и VТ5 включены по схеме эмиттерного повторителя, а пары транзисторов VТ2, VТ3 и VТ6, VТ7 образуют триггеры Тr1 и Тr2 Шмитта.

Вторая ступень выдачи сигналов включена последовательно с первой и построена на транзисторах VТ8-VТ10 и реле КV2 напряжения. Транзистор VТ8 включен по схеме эмиттерного повторителя, транзисторы VТ9, VТ10 образуют триггер Тr3 Шмитта.

В качестве источника питания используется многообмоточный трансформатор ТV4. Выпрямленное диодами VD11-VD12 и стабилизированное при помощи стабилитронов VD41, VD42 напряжение U_п1 = 24В используется для питания исполнительных частей обеих ступеней. Напряжения U_п2 и U_п3 постоянного тока, полученные при помощи диодов VD13-VD16 служат для питания катушек реле КV1 и КV2.

При токе нагрузки генератора, меньшем тока уставки, напряжение U_dе с выхода ДАТ-2 недостаточно для пробоя стабилитрона VD45. Последний закрыт, поэтому напряжение на входе триггера Тr1, снимаемое с резистора R13, отсутствует. Триггер находится в исходном состоянии, при котором транзистор VТ2 закрыт, а VТ3 открыт. Напряжение на выходе открытого VТ3 близко к нулю, поэтому закрыт VТ4 и на резисторе R21 напряжение U₂ = 0. Поскольку ток нагрузки генератора меньше тока уставки, напряжение U₁ на выходе ДАТ-1, снимаемое с потенциометра RР10, недостаточно для пробоя стабилитронов VD46, VD47. Поэтому разряжен конденсатор С6 и закрыт стабилитрон VD48.

Триггер Тr2 находится в исходном состоянии: транзистор VТ6 закрыт, VТ7 открыт. Последний шунтирует цепь со стабилитроном VD43 и тиристором VS19, реле КV1 обесточено. Контакты КV1:1 этого реле разомкнуты, поэтому напряжение на входе второй ступени отсутствует. Схема 2-й ступени на транзисторах VТ8-VТ10 и часть схемы первой ступени на транзисторах VТ5-VТ7 подобны, поэтому идентичные элементы обеих ступеней находятся в одинаковом состоянии, реле КV2 обесточено.

При увеличении тока нагрузки генератора до тока уставки напряжение U_dе на выходе ДАТ-2 достигает значения напряжения пробоя стабилитрона VD45. Последний пробивается, что приводит к опрокидыванию триггера Тr1. Напряжение на выходе закрытого VТ3 увеличивается до 24В. Поэтому открывается транзистор VТ4 и на резисторе R21 устанавливается неизменное напряжение U₂ = 24В. Одновременно напряжение U₁ на выходе ДАТ-1 становится достаточным для пробоя стабилитронов VD46, VD47. С этого момента образуется цепь заряда конденсатора С6: потенциометр RР10 - стабилитроны VD46, VD47 - резистор R21 - конденсатор С6 - резистор R22. В этой последовательной цепи падения напряжений U₁ и U₂ действуют согласно, поэтому конденсатор С6 стремится зарядиться до напряжения (U₁ + U₂). Однако при достижении на конденсаторе С6 напряжения U₂ = 24В отпирается диод VD21, вследствие чего заряд С6 прекращается. Таким образом, конденсатор С6 заряжается по начальному участку экспоненциальной кривой 1 (2) до одного и того же значения напряжения U₂ ⁼ 24В (рис. 1.41, б).

Получаемая при заряде С6 выдержка времени первой ступени обратно пропорциональна току нагрузки генератора. Пусть, например, при определённом токе нагрузки напряжение на выходе ДАТ-1 составят U₁. При этом заряд конденсатора происходит по кривой 2, чему соответствует выдержка времени t₂. Увеличение тока нагрузки вызовет пропорциональное увеличение напряжения до значения U₁". Тогда заряд конденсатора осуществится по кривой 1, и выдержка времени уменьшится до значения t₁.

Как только напряжение на С6 достигнет напряжения пробоя стабилитрона VD48, последний пробивается. Это приводит к опрокидыванию триггера Тr2. Напряжение на выходе закрывшегося транзистора VТ7 увеличивается до 24В, поэтому пробивается стабилитрон VD43. Через него и резистор R30 потечет ток управления тиристора VS19. Последний откроется, сработает реле КV1, что вызовет отключение первой группы неответственных приемников. Одновременно с этим замыкаются контакты КV1:1 и размыкаются КV1:2. Начинается заряд конденсатора С8 через резистор R32. При увеличении напряжения на С8 до напряжения пробоя стабилитрона VD49 последний пробивается. Триггер Тr3 опрокидывается, открывается тиристор VS20, включается реле КV2. При этом отключается вторая группа неответственных приемников.

При увеличении тока нагрузки генератора до установленного наибольшего значения происходит практически мгновенное срабатывание второй ступени независимо от первой. В этом случае напряжение с выхода ДАТ-2 становится достаточным для пробоя стабилитрона VD49. В результате через резистор R36, VD49, резистор R33 образуется цепь тока базы транзистора VТ8, который откроется. Далее работа схемы второй ступени повторяется.

Токи уставок составляют: для превой ступени I_уст = (1.0÷1,1)I_ном; второй ступени в режиме отсечки I_уст = (1,3÷1,5)I_ном. Настройку указанных значений токов уставок проводят: первой ступени потенциометром RР2; второй ступени изменением номинального сопротивления резистора R33. Выдержку времени регулируют: первой ступени в пределах 1,5-10с потенциометром RР10 и изменением емкости конденсатора С6; второй ступени в пределах 2-6с изменением номинального сопротивления резистора R32.