9.5. Захист генератора від зовнішніх симетричних коротких замикань

Захист від зовнішніх симетричних к.з. виконується у вигляді максимального струмового захисту з пуском за напругою для генераторів невеликої потужності та у вигляді дистанційного захисту для генераторів великої потужності.

На рис. 9.9 наведені схеми приєднання вимірних органів максимального струмового захисту з пуском за напругою та оперативні кола захисту.

Рис. 9.9. Схема максимального струмового захисту з пуском за напругою

Струмовий орган реле КА вмикається на струм однієї з фаз статора генератора зі сторони нейтралі. Мінімальне реле напруги KV вмикається на лінійну напругу зі сторони виводів генератора. Для підвищення ефективності дальнього резервування захист доповнюють ще одним реле мінімальної напруги, яке вмикається на напругу зі сторони високої напруги блоку генератор-трансформатор (на рис. 9.9 відповідно трансформатор напруги TV2 та реле KV2).

Захист виконується з двома витримками часу – для дальнього та ближнього резервування. У випадку зовнішнього к.з. та неспрацювання захистів суміжних елементів спрацьовує максимальний струмовий захист з пуском за напругою генератора та з витримкою часу, яка визначається першою уставкою реле часу KT.1, діє на вимкнення генератора від мережі. Якщо після вимкнення генератора вимірні органи захисту залишились в спрацьованому стані, це говорить про пошкодження в самому генераторі та неспрацюванні основних захистів генератора. В цьому випадку захист з другою витримкою часу KT.2 діє на гасіння поля генератора та зупинку теплосилового обладнання блоку.

Струм спрацювання захисту вибирається з умови відлагодження від номінального струму генератора

(9.18)

де – коефіцієнт відлагодження, значення якого залежить від типу реле, так, для електромеханічних реле приймається рівним 1.2; – коефіцієнт повернення, значення якого також залежить від типу реле, наприклад, для реле РТ-40 коефіцієнт повернення приймається рівним 0,8; – номінальний струм генератора.

Напруга спрацювання приймається вимірного органу мінімальної напруги визначається з виразу

(9.19)

де – номінальна напруга на виводах статора генератора.

У випадку автономної роботи генератора на виділене навантаження зона резервування максимального струмового захисту з пуском за напругою охоплює ділянку лінії, довжиною приблизно 75 км. У випадку живлення точки к.з. і від інших джерел живлення ця зона суттєво зменшується і становить 10 – 20 км.

Для розширення зони захисту генератора від зовнішніх симетричних к.з. доцільно встановлювати дистанційний захист. В цьому випадку зона резервування захисту охоплює кілька сотень кілометрів лінії.

Вимірний орган захисту – реле мінімального опору вмикається на струм зі сторони нейтралі генератора через трансформатори струму ТА на різницю фазних струмів, наприклад, , а обмотка напруги – до трансформатора напруги, встановленого на лінійних виводах обмотки статора генератора, на лінійну напругу . За такого увімкнення вимірного органу захист буде чутливий до всіх видів міжфазних к.з. Схема ввімкнення вимірного органу дистанційного захисту наведена на рис. 9.10.

Рис. 9.10. Схема ввімкнення вимірного органу дистанційного захисту

На генераторах, які експлуатуються на електричних станціях України, захист від симетричних зовнішніх к.з. виконанується, як правило, на блок-реле типу КРС-2. Хоча останнім часом в експлуатації починають застосовувати цифрові захисти. У випадку застосування блок-реле КРС-2, використовується одне з трьох дистанційних реле, з яких складається блок-реле. На реле КРС-2 можна отримати наступні характеристики – кругова характеристика (рис. 9.11а); кругова характеристика зі зміщенням в третій квадрант (рис. 9.11б); еліптична характеристика (рис. 9.11в).

Рис. 9.11. Характеристики реле опору блок-реле КРС-2

Оптимальними є характеристики з зміщенням в III квадрант (рис. 11б, 11в). В цьому випадку захист охоплює крім зовнішньої електричної мережі і виводи генератора. Еліптична характеристика (рис. 11в) дозволяє відлагодитись від робочого максимального режиму генератора.

Опір спрацювання захисту вибирається з умови відлагодження від режиму максимального навантаження генератора: Коли реле має кругову характеристику, опір спрацювання захисту вибирається з наступної умови

(9.20)

де – коефіцієнт відлагодження, рівний 1,2; – коефіцієнт повернення, рівний 1,05; _. – кут максимальної чутливості, рівний 80; – кут навантаження, який відповідає максимальному навантаженню генератора; – опір навантаження, який вибирається з умови короткочасного перевантаження генератора на 50%

(9.21)

де – мінімальна напруга на виводах статора генератора; – максимальний струм обмотки статора генератора під час короткочасного перевантаження, який визначається допустимим короткочасним перевантаженням генератора.

Кут навантаження визначається з наступних міркувань.

Приймаємо, що активна потужність генератора до і після виникнення перевантаження не змінилась і вона була номінальною. До виникнення перевантаження активна потужність визначається з виразу . Після виникнення перевантаження – . Прирівнявши ці два вирази, отримаємо . Звідки .

У випадку використання еліптичної характеристики реле опору необхідно визначати малу та велику осі еліпса. Для визначення великої осі еліпса приймається, що генератор може бути завантажений реактивним навантаженням, яке рівне . Такому навантаженню відповідає кут . Тому .

Тоді опір, який відповідає більшій осі еліпса, згідно виразу (9.20), визначається як

(9.22)

Співвідношення осей еліпса характеризується коефіцієнтом еліптичності:

(9.23)

де _. – опір, який відповідає малій осі еліпса.

Коефіцієнт еліптичності задається під час вибору характеристики на конкретному реле. Так, для блок-реле КРС-2 коефіцієнт еліптичності може приймати значення 0,5; 0,65; 0,8. Після визначення розрахункового значення коефіцієнта еліптичності визначається реальне значення кефіінта еліптичності та згідно цього значення уточнюється значення малої осі

(9.24)

За допомогою формул (9.20) – (9.24) визначається первинна уставка спрацювання дистанційного захисту. Уставка реле визначається з врахуванням коефіцієнтів трансформації трансформаторів струму та напруги

(9.25)

де , – коефіцієнт трансформації трансформаторів струму та напруги, до яких приднаний вимірний орган захисту; – коефіцієнт трансформації проміжного трансформатора струму, у випадку, якщо він додатково встановлений в струмових колах реле. У випадку його відсутності, значення приймається рівним 1.

Питання для самоперевірки

1. Які захисти від зовнішніх симетричних к.з. застосовуються на генераторах?

2. Як під’єднуються вимірні органи струмового захисту з блокуванням за напругою від зовнішніх симетричних к.з.?

3. Як розраховуються уставки струмового захисту з блокуванням за напругою від зовнішніх симетричних к.з.?

4. Як під’єднуються вимірні органи дистанційного захисту з блокуванням за напругою від зовнішніх симетричних к.з.?

5. Як розраховуються уставки дистанційного захисту з блокуванням за напругою від зовнішніх симетричних к.з.?