Электрооборудование нефтяной и газовой промышленности

отключая поврежденный участок. Остальные защиты, имея большую выдержку времени, не успевают произвести отключе­ ние и возвращаются в исходное положение. Разница между временем действия защит на двух смежных ступенях At, назы­

0,6 с, а при установке защит с зависимой или ограниченно-зави­ симой характеристикой — 0,6—1 с.

На рис. 2.36 показаны схемы максимальных токовых защит на постоянном оперативном токе: трехфазной (рис. 2.36, а) и двухфазной двухрелейной (рис. 2.36, б) с независимой выдерж­ кой времени, а также двухфазной однорелейной (рис. 2.36, в) с ограниченно-зависимой характеристикой.

Трехфазные схемы защиты реагируют на все виды короткого замыкания, включая однофазное в системах с глухозаземленной нейтралью, где они и применяются. В системах с изолированной нейтралью однофазные замыкания не вызывают протекания

101

токов к. з., здесь максимальные защиты должны реагировать на междуфазные к. з. В схемах (см. рис. 2.36, а, б) каждый из трансформаторов тока питает максимальное токовое реле Т, которое при превышении током установленной силы срабатывает и через свои контакты подает напряжение от источника опера­ тивного постоянного тока на катушку реле времени В. Через установленное время замыкается контакт реле времени, который подает питание промежуточному реле Я. Контакт последнего включает цепь отключающей катушки привода выключателя высокого напряжения, в которую последовательно включено указательное реле У. Двухфазная однорелейная схема содержит одно токовое реле, включенное на разность токов двух фаз. По сравнению с двухрелейной схемой эта схема менее чувст­ вительна при к. з. между фазами А В и В С при малых токах к. з.

При трех и двухфазной двухрелейной схеме в реле проходит

ток фазы /р = /ф , а при однорелейной двухфазной схеме/р = ] / 3 / ф , если к. з. происходит между фазами Л и С, и /р = /ф при корот­ ком замыкании между фазами А В или В С .

Однорелейная схема с применением реле с ограниченно-зави­ симой характеристикой (РТ-80) (см. рис. 2.36, в) не содержит вспомогательных реле, так как здесь выдержка времени соз­ дается в реле РТ-80, которые имеют контакты, способные вклю­ чать непосредственно отключающую катушку выключателя, я также сигнальные флажки, выпадающие при срабатывании реле

Защиты с зависимой характеристикой отключают цепь при перегрузках, составляющих 120—200% максимального рабочего

К сх — коэффициент схемы, включения реле, представляющий со­ бой отношение силы тока, протекающего в обмотке реле, к силе тока, протекающего во вторичной обмотке трансформатора тока. Для схем, изображенных рис. 2.36, а и 2.36, б, 7(сх=1, а для

схемы, показанной на рис. 2.36, в, /(СХ= ]/1Г 2. Ток срабатывания должен быть выбран таким, чтобы при

отключении выключателя, ближайшего к месту повреждения (см. рис. 2.35, позиция 4), все токовые реле предшествующих ступеней (1, 2, 3) вернулись в исходное положение. Для этого сила ^тока возврата реле должна быть больше силы тока, ко­ торый может протекать после отключения поврежденного уча­

102

стка. Этот ток имеет в первый момент после отключения повы­ шенное против /раб max значение из-за пусковых токов электро­ двигателей, имеющихся в системе. Это обстоятельство учиты­ вается введением коэффициента запуска /Ссз>1.

Таким образом,

от нагрузки (2.18) ток срабатывания должен быть проверен по условию

случаях, когда нельзя обеспечить необходимую чувствитель­ ность защиты с отстройкой от токов нагрузки, ее дополняют блокировкой минимального напряжения,. Сущность этой блоки­ ровки заключается в том, что последовательно с замыкающим контактом токового реле защиты включается размыкающий кон­ такт реле минимального напряжения, обмотка которого пита­ ется от трансформатора напряжения,.

Таким образом, при перегрузке линии, когда напряжение не уменьшается ниже установленного значения, контакты реле напряжения разомкнуты и защита не может действовать на от­ ключение линий, несмотря на то что замкнуты контакты токо­ вых реле. Защита отключает линии только при коротких замы­ каниях, когда сильно снижается напряжение. Электромагнитное

103

реле минимального напряжения имеет конструкцию, аналогич­ ную схеме на рис. 2.30, но обмотка его рассчитана на напряже­ ние 100 В и его контакт, разомкнутый при нормальном напря­ жении, замыкается при отпускании якоря реле.

В нефтяной и газовой промышленности находят применение схемы максимальных защит на переменном оперативном токе с дешунтированием отключающей катушки выключателя. Вари­ ант схемы однорелейной защиты с зависимой характеристикой показан на рис. 2.37. Здесь применяются токовые реле РТ-85 или РТ-86, снабженные мощными переключающими контактами, способными дешунтировать цепь переменного тока с током до 150 А. Нижний (см. рис. 2.37) контакт реле замкнут, а верхний разомкнут, пока ток не достигнет значения тока срабатывания.

При срабатывании реле сначала замыкается верхний кон­ такт, подключающий катушку отключениня КО к трансформа­ тору тока параллельно с катушкой реле, а затем размыкается нижний контакт реле, дешунтирующий катушку /СО, после чего в последнюю направляется весь вторичный ток трансформато­ ров тока.

Токовые защиты от замыканий на землю

Здесь рассматриваются защиты, устанавливаемые в сетях с малыми токами замыкания на землю, работающих с изолиро­ ванной нейтралью или с нейтралью, заземленной через большое индуктивное сопротивление. К таким сетям относятся сети на­ пряжением 35, 20, 10 и 6 кВ.

Защита от замыкания на землю для радиальных сетей должна быть достаточно чувствительной при малых токах по­ вреждения, которые могут составлять 10 А и менее. Обычно такая защита выполняется как независимая токовая с электро­ магнитными токовыми реле, включаемыми через фильтр токов нулевой последовательности. Реле времени создает необходи­ мую по условиям селективности выдержку времени.

Фильтр может быть выполнен как трехтрансформаторный

три трансформатора тока имеют соединенные в две общие точки соответственно начала и конца своих обмоток. Между этими точками включена обмотка реле, через которую протекает ток, соответствующий сумме токов всех трех фаз. При нормальных условиях и многофазных коротких замыканиях ток в реле должен быть равен нулю. Практически же в реле протекает ток не­ баланса /„б, вызываемый неидентичностью характеристик транс­ форматоров тока, несинусоидальностью их токов намагничива­ ния и другими причинами. При номинальном токе трансформа­ тора /„G= (0,01—0,02) А.

104

вторичной обмотке трансформатора появляется э. д. с., проте­ кает ток в реле и срабатывает защита. И в этом случае во вто­ ричной обмотке имеется ток небаланса, но он значительно меньше, чем в трансформаторном фильтре. ТНП выполняются для установки на кабелях. Заземление кабельной воронки про­ водом (см. рис. 2,38,6), пропущенным через трансформатор тока, исключает появление тока во вторичной обмотке и ложное срабатывание защиты при протекании части тока повреждения по броне неповрежденного кабеля, охваченного ТНП. Ток, про­ текающий по броне кабеля, возвращается по заземляющему проводу. Поэтому магнитные потоки в сердечнике ТНП от тока в броне и от тока этого провода компенсируют друг друга. Для этого броня и оболочка кабеля на участке от воронки до ТНП должны быть изолированы от земли.

Защита линий электропередачи

Наиболее распространенными видами защиты линий элект­ ропередачи в радиальных сетях напряжением до 35 кВ явля­ ются максимальные токовые защиты, независимые со ступенча­ той выдержкой времени и ограниченно зависимые.

При большом числе ступеней выдержка времени на голов­ ном участке получается весьма значительной. Могут быть при­ менены и токовые отсечки — токовые защиты, позволяющие бы­ стро отключить короткое замыкание без выдержки времени.

Ток срабатывания, отсечки выбирают больше максимального тока к. з., проходящего при повреждении в конце выбранной зоны действия защиты. Если к. з. произойдет за пределами этой зоны, защита не сработает, так как сила тока к. з. в этом слу­ чае будет меньше силы тока, способной привести защиту в дей­

максимальных токовых защит со ступенчатой выдержкой вре­ мени и токовых отсечек.

При двустороннем питании максимальные токовые защиты не могут действовать селективно. В этом случае применяют на­ правленные защиты, работа которых определяется не только силой тока, но и направлением мощности.

Когда требуется отключить к. з. в пределах всей защищае­ мой линии (а не части ее) без выдержи времени, применяют дифференциальные защиты линий. Обычно установка таких за­ щит оказывается необходимой на линиях, отходящих от шин электростанций и узловых подстанций энергосистем.

В основу работы дифференциальных защит положен прин­ цип сравнения токов в начале и конце линии (продольные) или токов двух параллельных линий, подключенных к источнику питания через общий выключатель (поперечные). При отсутст-

! 06

вин к. з. сравниваемые токи равны и защита не работает, а при к. з. в линиях разность сравниваемых токов приводит в дейст­ вие защиту.

Защита понижающих силовых трансформаторов

Для защиты от повреждений (замыканий между фазами в обмотках и на выводах, между витками одной фазы, обмоток на землю) применяют токовую отсечку, а для мощных транс­ форматоров— также газовую и дифференциальную защиты. Для защиты от ненормальных режимов, определяемых появле­ нием сверхтоков (перегрузка, внешние к. з.), применяют мак­ симальную токовую защиту с выдержкой времени.

Ток срабатывания реле токовой отсечки /0. Ср должен быть отстроен от наибольшего тока к. з. при повреждении за транс­ форматором / К2 max и от броска намагничивающего тока, воз­ никающего при включении трансформатора Дам, т. е.

(2. 22)

и

(2.23)

Ток срабатывания защиты от ненормальных режимов может быть найден по формуле (2.18), причем под /раб, max следует по­ нимать рабочий ток трансформатора с учетом допустимых для него длительных перегрузок.

Газовую защиту устанавливают обычно на трансформаторах мощностью 1000 кВ*А и более. При установке трансформаторов внутри цеха их обязательно снабжают газовой защитой, начи­ ная с мощности 400 кВ*А и выше. Эта защита чувствительна к внутренним повреждениям, при которых в масляном трансфор­ маторе происходит газообразование. Основным реле этой за­ щиты является газовое реле (рис. 2.39,а), устанавливаемое в трубопроводе, соединяющем бак трансформатора с расшири­ телем, на пути движения, масла. В чугунном корпусе 1 реле расположены один над другим два поплавка 2 и <5, выполнен­

стеклянную колбочку со ртутью 4, с впаянными в стекло про­ водниками. При нормальных условиях корпус реле заполнен маслом и поплавки занимают самое верхнее по условиям закреп­ ления на оси положение. Ртутные контакты разомкнуты. При небольших повреждениях газ образуется медленно и, проходя из бака трансформатора к расширителю через реле, вытесняет масло из верхней части реле. Опускается верхний поплавок, и замыкается его контакт, действующий на сигнал.

107

При интенсивном газообразовании, сопутствующем значи­ тельным внутренним повреждениям, приходит в движение и масло, сообщая толчок нижнему поплавку. Контакт последнего,

а — устройство поплавкового газового реле; 6 — схема защиты

Рис. 2.40. Принципиальные схемы дифференциальной защиты;

а — трансформатора; б — двигателя

замыкаясь, действует через промежуточное реле на цепь отклю­ чения трансформатора (рис. 2.39,6). Газовое реле действует и при утечке масла.

108

Принцип действия дифференциальной защиты, устанавли­ ваемой обычно на трансформаторах мощностью 7500 кВ-А и более, поясняется рис. 2.40, а. Вторичные обмотки трансформа­ торов тока, установленных на стороне первичного и стороне вторичного напряжений защищаемого трансформатора, вклю­ чены последовательно так, что их токи вычитаются.

При нормальном режиме работы и при внешних к. з. (точка

не срабатывает. При к. з. на участке, ограниченном местами установки трансформаторов тока (точка /С2), через один из трансформаторов тока будет проходить ток намного больший, чем через второй. Разность вторичных токов становится, на­ столько большой, что токовое реле Т срабатывает и через реле времени В и промежуточное реле П действует на отключение выключателей В\ и В2. Выдержка времени, создаваемая реле времени В, необходима для отстройки действия защиты от на­ магничивающего тока. Токовое реле при включении трансфор­ матора срабатывает от броска намагничивающего тока, но трансформатор не отключается, так как ток затухает быстрее, чем замыкает свои контакты реле времени В.

Защита асинхронных и синхронных электродвигателей напряжением выше 1000 В

Рассматриваемые двигатели снабжают защитой от междуфазных к. з., выполняемой в виде токовой отсечки мгновенного действия, отстроенной от пусковых токов и токов самозапуска.

Двухфазная защита бывает двухрелейной или однорелейной. Ток срабатывания защиты определяют по формуле (2.18), в ко­ торую вместо К с. з 7раб шах подставляют максимальное значение периодической слагающей пускового тока /п.пуск в случае при­ менения электромагнитных токовых реле РТ-40 и 1,8 /ц. пуск при установке индукционных реле РТ-80.

В случае применения токовой отсечки с реле мгновенного действия РТ-40 используют реле этого же типа с реле времени и для защиты двигателей от длительных перегрузок, вызванных технологическими причинами или затянувшимся пуском или самозапуском. Реле РТ-40 для, защиты от перегрузки включают на один из фазных токов.

Наиболее часто защиту от междуфазных к. з. выполняют с помощью индукционных реле РТ-80. Тогда эти же реле ис­ пользуют и для защиты от перегрузки. Ток срабатывания мак­ симальной токовой защиты от перегрузки.

(2.24)

где /,пом — номинальный ток защищаемого двигателя.

109

Продолжительность пуска двигателей может составлять 10 с и более. Для отстройки защиты от пускового топа характери­ стики реле РТ-80 должны иметь в независимой части выдержки времени не менее 12—15 с. В защите от перегрузки с независи­ мой характеристикой реле времени выбирают таким, чтобы обес­ печивалась выдержка времени 12—20 с.

На электродвигателях, которые должны отключаться при исчезновении или резком снижении напряжения, устанавливают защиту минимального напряжения. Обычно такую защиту пре­ дусматривают на двигателях, отключение которых требуется для самозапуска ответственных потребителей, или на двигате­ лях, самозапуск которых при восстановлении напряжения недо­ пустим по условиям технологического процесса или безопас­ ности обслуживающего персонала. Ее выполняют при помощи электромагнитного реле минимального напряжения и реле вре­ мени. Напряжение срабатывания реле напряжения принимают равным (0,6—0,7)£/ном. Выдержку времени защиты, действую­ щей для облегчения самозапуска других двигателей, определяют из условий отстройки от времени действия мгновенных защит электродвигателей и принимают равной 0,5 с. У защиты, пред­ назначенной для отключения двигателей, по условиям техноло­ гии производства и безопасности выдержку времени принимают равной 6—10 с.

У двигателей мощностью до 2000 кВт при токе замыкания на землю /а, превышающем 10 А, устанавливают токовую за­ щиту от замыканий одной фазы на землю. У более мощных двигателей такую защиту устанавливают при /3^ 5 А. Защита действует на отключение без выдержки времени н комплекту­ ется из трансформатора тока нулевой последовательности, то­ кового реле РТ-40, промежуточного и указательного реле.

В тех случаях, когда токовая отсечка на двигателях мощ­ ностью более 2000 кВт не обладает достаточной чувствитель­ ностью, н мощность двигателя равна млн превышает 5000 кВт, для защиты от междуфазных к, з. устанавливают дифференци­ альную защиту (рнс. 2,40, б).

Синхронные двигатели кроме перечисленных имеют еще за­ щиту от асинхронного хода. При асинхронном режиме появля­ ются колебанння действующего значения тока в статоре и воз­ никает переменный ток в цепи обмотки возбуждения. Защиту от асинхронного хода часто выполняют при помощи зависимого токового реле, включенного в статорную цепь (рнс. 2.41). За время М спада между циклами колебаний тока в статоре под­ вижная система реле не успевает возвратиться в исходное поло­ жение и за несколько периодов колебаний набирает необходи­ мое время и срабатывает. Более совершенной следует считать защиту, действующую при появлении переменного тока в цепи обмотки возбуждения. При протекании постоянного тока в цепи обмотки возбуждения двигателя, питаемой от машинного возбу­

110