17. Защиты силовых трансформаторов от сверхтоков.Параметры срабатывания защиты.Принципиальная схема.Основные органы защиты.

Защита от внешних к.з. служит для отключения трансфор-ра при к.з. на сборных шинах или на отходящих от нее присоединениях (рис…), если защиты или выключатели этих элементов отказали в работе.

Одновременно защита от внешних к.з. используется и для защиты от повреждений в трансфор-ре. Однако по условиям селективности защита от внешних к.з. должна иметь выдержку времени и , следовательно, не может быть быстродействующей.По этой причине в качестве основной защиты от повреждений в трансфор-ре она используется лишь на маломощных трансф-рах. На трансф-рах, имеющих спец. Защиту от внутренних повреждений, защита от внешних к.з. служит резервом к этой защите на случаи ее отказа или вывода из работы.

Наиболее простой защитой от внешних к.з. явл. Токовая максималь. Защита. В тех случаях ,когда ее чувствительность оказывается недостаточной, применяются более чувствительные токовые максималь. Защиты с блокировкой по напряжению или же токовые защиты обратной и нулевой последовательностей.

Понизительные трансф-ры, к которым относятся трансфор-ры, питающие потребителей, в большинстве случаев защищаются с помощью максималь. Защиты. При внешних к.з. по этим трансфор-рам проходит ток к.з. от всех генераторов системы (рис…). Поэтому кратность тока к.з. получается обычно значительной и достаточной для действия максималь. Защиты.

Повысительные трансф-ры, устанавливаемые на электростанциях, находятся в худших условиях.

Применение на этих трансф-рах максималь. Токовой защиты в большинстве случаев оказывается невозможным из-за недостаточной чувствительности последней при к.з. на стороне высшего напряжения.

В этом случае величина тока к.з. , проходящего через защиту, определяется мощностью эл.станции, которая соизмерима с мощностью повысительного трансфор-ра, и поэтому кратность тока к.з. получается небольшой, а чувствительность защиты – недостаточнойю

В связи с этим для защиты повысительных трансфор-ров от внешних к.з. применяются более чувствительные защиты:защита, реагирующая на ток обратной последовательности, токовая защита нулевой последовательности и максимальная защита с пуском по напряжению.

18.19Основные виды повреждений электрических двигателей. Принцип выполнения защит электрических двигателей. Схемы и описания защит двигателей выше 1 кВ.

Повреждения электродвигателей

В обмотках электродвигателей могут возникать замыкания на землю одной фазы статора, замыкания между витками и многофазные короткие замыкания. Многофазные короткие замыкания и замыкания на землю могут также возникнуть на выводах электродвигателей, в кабелях, муфтах и воронках. Так же как и повреждения других электрических машин и аппаратов, короткие замыкания в электродвигателях сопровождаются прохождением больших токов, разрушающих изоляцию и медь обмоток, сталь ротора и статора. Для защиты электродвигателя от многофазных коротких замыканий служит токовая отсечка или продольная дифференциальная защита, действующая на отключение.

Электродвигатели напряжением до 500 В защищаются от коротких замыканий с помощью плавких предохранителей или быстродействующих электромагнитных расцепителей автоматов. Однофазные замыкания на землю в обмотках статора электродвигателей напряжением 3—10 кВ, являющиеся также распространенным видом повреждения, менее опасны, чем короткие замыкания, так как сопровождаются прохождением токов порядка 5—20 А, определяемых емкостным током сети. Учитывая сравнительно небольшую стоимость электродвигателей мощностью меньше 2 000 кВт, защита от замыканий на землю устанав- . ливается на них при токе замыкания на землю больше 10А, а на электродвигателях мощностью больше 2 000 кВт — при токе замыкания на землю больше 5 А.

б) Ненормальные режимы работы

Длительное прохождение по обмоткам электродвигателей токов, превышающих номинальный, является ненормальным режимом, так как может повлечь за собой повреждение электродвигателей. Допустимое время перегрузки электродвигателей определяется согласно следующему упрощенному выражению:

где t — допустимое время перегрузки, с;  — кратность тока электродвигателя по отношению к номинальному; А — коэффициент, зависящий от типа и исполнения электродвигателя. Величину коэффициента А можно ориентировочно принимать равной: 250 — для закрытых электродвигателей, имеющих большой вес и размеры; 150 — для открытых электродвигателей. Перегрузка электродвигателей может иметь место как вследствие перегрузки механизмов, например завала углем мельницы или дробилки, забивания пылью вентиляторов или кусками шлака насоса золоудаления и т. п., так и вследствие их неисправности, например поврежденияподшипников и т. п. Токи, значительно превышающие номинальные, проходят при пуске и самозапуске электродвигателей. Это происходит потому, что при уменьшении скорости вращения уменьшается сопротивление электродвигателя. В результате ток, потребляемый электродвигателем, увеличивается при снижении скорости вращения. Зависимость тока электродвигателя 1 от скорости вращения n при постоянном напряжении на его выводах приведена на рис. 11-2. Наибольший ток проходит, когда ротор электродвигателя остановлен. Этот ток, называемый пусковым, в несколько раз превышает номинальный ток электродвигателя. Защита от перегрузки может действовать на сигнал, разгрузку механизма или отключение электродвигателя.

При коротких замыканиях в сети напряжение на выводах электродвигателя понижается, вследствие чего создаваемый им вращающий момент уменьшается и становится меньше противодействующего момента механизма. В результате скорость вращения электродвигателя уменьшается тем больше, чем глубже было снижение напряжения и чем дольше оно продолжалось.

После отключения короткого замыкания напряжение на выводах электродвигателя восстанавливается и скорость его вращения начинает увеличиваться. При этом по обмоткам электродвигателя проходят большие токи, величина которых

определяется скоростью вращения электродвигателя и напряжением на его выводах. Снижение скорости вращения всего на 10—25% приводит к уменьшению сопротивления электродвигателя до минимального значения, соответствующего пусковому току. Восстановление нормальной работы электродвигателя после отключения короткого замыкания называется самозапуском, а токи, проходящие при этом, — токами самозапуска.

На всех асинхронных электродвигателях самозапуск может быть осуществлен без опасности их повреждения, и поэтому защита должна быть отстроена от режима самозапуска. От возможности и длительности самозапуска асинхронных электродвигателей основных механизмов собственного расхода зависит бесперебойная работа тепловых электростанций. Поэтому, если из-за большого снижения напряжения нельзя обеспечить быстрого самозапуска всех работающих электродвигателей, часть из них приходится отключать. Для этого используется специальная защита минимального напряжения, отключающая неответственные электродвигатели при снижении напряжения на их выводах до 60— 70% номинального.

В случае обрыва одной из фаз обмотки статора электродвигатель продолжает работать. Скорость вращения ротора при этом несколько уменьшается, а обмотки двух неповрежденных фаз перегружаются током, в 1,5—2 раза больше номинального. Защита электродвигателя от работы на двух фазах, как правило, не устанавливается, так как опыт эксплуатации показывает, что при качественном монтаже коммутационных и защитных устройств и правильном выборе плавких предохранителей обрыв фазы происходит весьма редко. Применение специальной защиты от работы двигателей на двух фазах допускается лишь в порядке исключения для электродвигателей, защищенных предохранителями, если двухфазный режим работы может повлечь за собой выход двигателя из строя. Защита от многофазных коротких замыканий

Для защиты от многофазных коротких замыканий электродвигателей мощностью до 5 000 кВт обычно используется максимальная токовая отсечка. Наиболее просто токовая отсечка может быть выполнена с реле прямого действия встроенными в привод выключателя. С реле косвенного действия применяется одна из двух схем соединения трансформаторов тока и реле, приведенных на рис. 11-3 и 11-4. Отсечка выполняется с независимыми токовыми реле. Использование в схеме отсечки токовых реле с зависимой характеристикой (рис. 11-4) позволяет обеспечить с помощью одних и тех же реле одновременно защиту от коротких замыканий и перегрузки.

до 1 кв

Ток срабатывания отсечки выбирается по следующему выражению:

где   — коэффициент схемы, равный 1 для схемы на рис. 11-4 и   для схемы на рис. 11-3; Iпуск — пусковой ток электродвигателя. Если ток срабатывания реле отстроен от пускового тока, отсечка, как правило, надежно отстроена и от тока, который электродвигатель посылает в сеть при внешнем коротком замыкании. Зная номинальный ток электродвигателя и кратность пускового тока, указываемую в каталогах, можно подсчитать пусковой ток по следующему выражению:

Как видно по осциллограмме, приведенной на рис. 11-5, на которой показан пусковой ток электродвигателя питательного насоса, в первый момент пуска появляется кратковременный пик намагничивающего тока, превышающий пусковой ток электродвигателя. Для отстройки от этого пика ток срабатывания отсечки выбирается с учетом коэффициента надежности:   для реле типа РТ-40 или ЭТ-521, действующих через промежуточное реле;   для реле типов ИТ-82, ИТ-84 (РТ-82, РТ-84), а также для реле прямого действия.

Токовую отсечку электродвигателей мощностью до 2 000 кВт следует выполнять, как правило, по наиболее простой и дешевой, однорелейной схеме (рис. 11-3). Однако недостатком этой схемы является более низкая чувствительность по сравнению с отсечкой, выполненной по схеме на рис. 11-4, к двухфазным коротким замыканиям между одной из фаз, на которых установлен трансформатор тока, и фазой без трансформатора тока. Это имеет место, так как ток срабатывания отсечки, выполненной по однорелейной схеме, согласно (11-2) в   раз больше, чем в двухрелейной схеме. Поэтому на электродвигателях мощностью 2 000— 5 000 кВт токовая отсечка для повышения чувствительности выполняется двухрелейной. Двухрелейную схему отсечки следует также применять на электродвигателях мощностью до 2 000 кВт, если коэффициент чувствительности однорелейной схемы при двухфазном коротком замыкании на выводах электродвигателя меньше двух. На электродвигателях мощностью 5000 кВт и более для защиты от междуфазных коротких замыканий устанавливается продольная дифференциальная защита в двухфазном исполнении, обеспечивающая более высокую чувствительность к коротким замыканиям на выводах и в обмотках электродвигателей, чем токовая отсечка.

При выполнении дифференциальной защиты с реле прямого действия типа РТМ или с реле РТ-40 ток срабатывания реле принимается равным:

Продольная дифференциальная защита может также применяться на электродвигателях мощностью меньше 5000 кВт, когда токовая отсечка не обеспечивает необходимой чувствительности. На мощных ответственных электродвигателях 10 000 кВт и выше для отстройки от тока небаланса при пуске может оказаться целесообразным выполнение продольной дифференциальной защиты с реле РНТ в двухфазном исполнении по схеме на рис. 10-1. Ток срабатывания защиты при этом может быть принят Iс.з = (0,5—1) Iном аналогично защите генераторов. С целью упрощения на электродвигателях можно применять однорелейную схему продольной дифференциальной защиты, приведенную на рис. 11-6. В этой схеме одна из обмоток реле РНТ подключена к одной фазе, а другая, имеющая такое же число витков, к другой, но с обратной полярностью. В результате реле РНТ, включенное на разность токов двух фаз, срабатывает при любом двухфазном коротком замыкании в обмотках или на выводах электродвигателя. Чувствительность реле при этом будет различной в зависимости от вида короткого замыкания: