Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Короткие замыкания и защита линий 0,4-35 кВ. II часть - 2110002 «Монтаж и наладка электрооборудования электрических станций, подстанций и линий электр
.pdf
При недостаточной чувствительности токовой отсечки на
мощных электродвигателях 2000 кВт и больше, имеющих шесть
выводов, может применяться дифференциальная токовая защита.
На электродвигателях 5000 кВт и более установка дифференциальной защиты считается обязательной.
Электродвигатели напряжением 500 В и ниже, как правило,
защищаются от к. з. плавкими предохранителями. Предохранители могут применяться и на электродвигателях более высокого
напряжения, если только разрывная мощность достаточна для
разрыва тока к. з.
Для защиты электродвигателей целесообразно применение
переменного оперативного тока (рис.6.6, а) , а также реле прямого действия, что упрощает вторичную коммутацию и дает существенную экономию контрольного кабеля ввиду большого количества электродвигателей на предприятиях и электростанциях.
Защита от к. з. выполняется, как правило, двухфазной, так
как токи замыкания на землю в сетях, от которых питаются двигатели, обычно невелики.
Рис. 6.6-Токовая защита двигателей от к. з., выполненная по однорелейной
схеме: а –на переменном оперативном токе;
б –на постоянном оперативном токе
Во всех случаях, когда это возможно по чувствительности,
преимущество отдается однорелейной схеме защиты (трансформаторы тока включаются на разность токов двух фаз).
Защита по схеме на рис. 6.6, а, выполненная при помощи реле
типа РТ-86, применяется для электродвигателей, подверженных
перегрузке. При этом отсечка используется в качестве защиты от
к. з., а индукционный элемент — для защиты от перегрузки.
151
Реле РТ-86 имеют два независимых контакта: один — у индукционного элемента (сигнальный), другой — у отсечки, действующий на отключение. Контакт отсечки достаточно мощен и
может действовать на отключение выключателя непосредственно. На электродвигателях, не подверженных перегрузкам, устанавливается токовое реле типа ЭТ или РТ по схеме на рис 6.6, б.
Контактная система его не может работать на катушку отключения. Поэтому в схеме предусмотрено промежуточное реле.
В случаях, когда однорелейная схема защиты электродвигателей не обеспечивает требуемой чувствительности при двухфазных к. з. (что может иметь место на крупных электродвигателях с большими пусковыми токами), применяется двухрелейная схема защиты (рис. 6.7).
Рис.6.7- Защита двигателей от к.з. в двухрелейном исполнении на
постоянном оперативном токе
Схема защиты на рис. 6.7 более чувствительна к двухфазным
к. з., чем схема на рис. 6.6.
Рис. 6.8- Дифференциальная защита мощного электродвигателя
152
Дифференциальная защита электродвигателей приведена
на рис. 6.8. Дифференциальная защита дает возможность получить значительно большую чувствительность, чем максимальная токовая защита, так как броски тока от электродвигателя
при внешних к. з. и токи пуска и самозапуска, от которых отстраивается максимальная токовая защита, в схеме дифференциальной защиты оказываются сбалансированными.
Ток срабатывания токовой отсечки от междуфазных к. з. отстраивается от бросков тока, посылаемых электродвигателем в
первый момент к. з. в сети, питающей двигатель, и от пускового тока электродвигателя при полном напряжении питающей
сети и выведенном пусковом сопротивлении в цепи ротора (для
электродвигателей с фазным ротором).
Определяющим, как правило, является второе условие.
Если защита выполнена при помощи быстродействующих
реле типа РТ, имеющих достаточно высокий коэффициент возврата (порядка 0,85), то для отстройки от апериодической составляющей пускового тока устанавливается промежуточное
реле, замедляющее действие защиты на 0,04—0,06 с. Ток срабатывания защиты в этом случае выбирают из условия возврата
реле ЭТ или РТ при максимальном значении периодического
пускового тока I
учитывая, что апериодическая составляю-
п.пуск
щая пускового тока затухает до того, как успеет подействовать
промежуточное реле защиты. Первичный ток срабатывания защиты равен:
I
k
с.з
=
н
k
I
Коэффициент k
п.пуск
воз
обычно принимается равным 1,2. Макси-
н
(6.8)
мальное значение апериодической составляющей пускового
тока I
берется по данным завода или определяется путем ис-
п.пуск
пытаний.
Защита, выполненная с реле типа РТ-80, имеющим большую
инерционность и плохой коэффициент возврата отсечки (порядка
0,3—0,4), сработав под влиянием первоначального броска пускового тока, не сможет вернуться после затухания его апериодической составляющей. Поэтому ток срабатывания подобных реле
отстраивается от максимального значения I
пускового тока.
п.пуск
153
Первичный ток срабатывания принимается равным:
I
= kн I
с.з
= kн 1,8 I
Д.пуск
(6.9)
п.пуск
где
k
- коэффициент надежности, обычно принимаемый рав-
н
ным 1,2; 1,8 — коэффициент, учитывающий апериодическую
составляющую пускового тока. Вторичный ток срабатывания
защиты находится по формуле
k
=
сх Iс.з
(6.10)
n
T
I
с.р
где
k
—коэффициент схемы, учитывающий схему соединения
сх
трансформаторов тока, используемых для защиты;
при соединении трансформатора тока на разность токов
двух фаз (рис. 6.6)
k
= 3 , а при соединении их по схеме неполной звезды
сх
(рис. 6.7) k
= 1; nт — коэффициент трансформации трансфор-
сх
маторов тока защиты.
Ток срабатывания дифференциальной защиты двигателей
при условии идентичности трансформаторов тока дифференциальной схемы и выбора их по кривым 10%-ной погрешности
принимается равным:
I
= (1,5 – 2) = I
с.з
(6.11)
ном
Чувствительность защиты от междуфазных к. з. электродвигателя оценивается коэффициентом чувствительности,
представляющим собой отношение тока металлического двухфазного к. з. на выводах двигателя при минимальном режиме
работы питающей сети к первичному току срабатывания защиты двигателя:
2
I
к. мин
I
с.з
154
k
=
ч
6-5. ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ОТ
ЗАМЫКАНИЙ ОДНОЙ ФАЗЫ НА ЗЕМЛЮ
Защита от замыкания на землю устанавливается на двигателях до 2 000 кВт только в том случае, если ток замыкания на
землю I
≥ 10 А.
з
При этом учитывается сравнительно небольшая стоимость
маломощных электродвигателей.
На мощных двигателях (2 000 кВт и больше) защита устанавливается так же, как и на генераторах при токе I
≥ 5 А.
з
Защита выполняется с действием на отключение без выдержки времени
(рис. 6.9) с использованием трансформатора тока нулевой
последовательности (ТНП) типа ТЭЛ или ТЗРЛ.
6-6. ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
ОТ ПЕРЕГРУЗКИ
а) при затянувшемся пуске или самозапуске;
б) по технологическим причинам и перегрузке механизмов;
в) в результате обрыва одной фазы;
г) при повреждении механической части электродвигателя
или механизма, вызывающем увеличение момента М
жение электродвигателя.
Перегрузки бывают устойчивыми и кратковременными.
Для электродвигателя опасны только устойчивые перегрузки.
Сверхтоки, обусловленные пуском или самозапуском электродвигателя, кратковременны и самоликвидируются при достижении нормальной скорости вращения. Эти токи могут
представлять опасность, только если процесс развертывания
электродвигателя затянется или если при самозапуске окажется,
что М
днач
< М
. В последнем случае электродвигатель развер-
cнач
нуться не сможет и длительно будет обтекаться пусковым током.
Значительное увеличение тока электродвигателя получается
так же при обрыве фазы, что встречается, например, у электродвигателей, защищаемых предохранителями, при перегорании
одного из них.
и тормо-
с
155
При номинальной загрузке в зависимости от параметров
электродвигателя увеличение тока статора при обрыве фазы будет составлять примерно (1,6 ÷ 2,5) I
Рис. 6.9- Защита электродвигателей от замыканий на землю одной фазы
Эта перегрузка носит устойчивый характер. Также устойчивый характер носят сверхтоки, обусловленные механическими
повреждениями электродвигателя или вращаемого им механизма и перегрузкой механизма.
Основной опасностью сверхтоков для электродвигателя является сопровождающее их повышение температуры отдельных частей и в первую очередь обмоток.
Повышение температуры ускоряет износ изоляции обмоток
и снижает срок службы электродвигателя.
Перегрузочная способность электродвигателя определяется характеристикой зависимости между величиной сверхтока и
допускаемым временем его прохождения:
где
t — допустимая длительность перегрузки, с;
Т — постоянная времени нагрева, с;
t = T
a – 1
k – 1
ном
.
(6.12)
156
а — коэффициент, зависящий от типа изоляции двигателя, а
также периодичности и характера сверхтоков; для асинхронных
электродвигателей в среднем а = 1,3; k — кратность сверхтока,
т. е. отношение тока двигателя I
I
Д
k =
I
ном
к его номинальному току:
д
Вид перегрузочной характеристики при постоянной времени нагрева Т = 300 с представлен на рис. 6.10.
Рис.6.10- Характеристика зависимости допустимой длительности
перегрузки от кратности тока перегрузки
При решении вопроса об установке защиты от перегрузки
на электродвигателе и характере ее действия руководствуются
условиями его работы:
а). На электродвигателях механизмов, не подверженных
технологическим перегрузкам (например, электродвигателях
циркуляционных, питательных насосов и т. п.) и не имеющих
тяжелых условий пуска или самозапуска, защита от перегрузки
не устанавливается.
б). На электродвигателях подверженных технологическим
перегрузкам (например, электродвигателях мельниц, дробилок, багерных насосов и т. п.), а также на электродвигателях,
самозапуск которых не обеспечивается, защита от перегрузки
должна устанавливаться.
157
в). Защита от перегрузки выполняется с действием на отключение в случае, если не обеспечивается самозапуск электродвигателей или с механизма не может быть снята технологическая перегрузка без остановки электродвигателя.
г). Защита от перегрузки электродвигателя выполняется с
действием на разгрузку механизма или сигнал, если технологическая перегрузка может быть снята с механизма автоматически или вручную персоналом без остановки механизма и электродвигатели находятся под наблюдением персонала.
д). На электродвигателях механизмов, могущих иметь как
перегрузку, устраняемую при работе механизма, так и перегрузку, устранение которой невозможно без остановки механизма,
целесообразно предусматривать действие защиты от сверхтоков
с меньшей выдержкой времени на разгрузку механизма (если
это возможно) или большей выдержкой времени на отключение
электродвигателя. Ответственные электродвигатели собственных нужд электрических станций находятся под постоянным
наблюдением дежурного персонала, поэтому защита их от перегрузки выполняется преимущественно с действием на сигнал.
Защиту электродвигателей, подверженных технологической
перегрузке, желательно иметь такой, чтобы она, с одной стороны защищала от недопустимых перегрузок, а с другой — давала возможность наиболее полно использовать перегрузочную
характеристику электродвигателя с учетом предшествовавшей
нагрузки и температуры окружающей среды. Наилучшей характеристикой защиты от сверхтоков являлась бы такая, которая проходила бы несколько ниже перегрузочной характеристики (пунктирная кривая на рис. 6.10).
158
Рис. 6.11- Принцип действия тепловых реле
Защита с тепловым реле. Лучше других могут обеспечивать
характеристику, приближающуюся к перегрузочной характеристике электродвигателя, тепловые реле, которые реагируют на количество тепла Q
нагревательного элемента:
2
I
Д
(
n
2
rt ≡ I
)
rt.
Т
2
rД t.
Д
Qp =
Тепло, выделяемое в тепловом реле, пропорционально теплу, выделяемому в электродвигателе т. е.
I
Д
(
)
n
Т
Реле настраивается так, чтобы его уставка срабатывания соответствовала теплу, выделение которого в электродвигателе
считается предельно допустимым:
Наиболее часто тепловые реле выполняются на принципе использования различия в коэффициенте линейного расширения
различных металлов под влиянием нагревания. Основой такого теплового реле является биметаллическая пластинка 1 (рис.
6.11), т.е. пластина, состоящая из спаянных по всей поверхности
металлов а и б с сильно отличающимися коэффициентами линейного расширения. При нагревании пластинка 1 прогибается в
сторону металла с меньшим коэффициентом расширения а и освобождает защелку рычага 2, который, поворачиваясь, под действием пружины З вокруг оси 5 замыкает контакты реле 4.
Нагревание пластинки 1 осуществляется нагревательным
элементом 6 при прохождении по нему тока 1. В некоторых
конструкциях реле нагревание биметаллической пластинки
осуществляется непосредственным пропусканием по ней тока.
Тепловые реле сложны в обслуживании и наладке, имеют
различные характеристики отдельных экземпляров реле, часто
не соответствуют тепловым характеристикам двигателей и имеют зависимость от температуры окружающей среды, что приводит к нарушению соответствия тепловых характеристик реле
и электродвигателя. Поэтому тепловые реле следует применять
лишь в тех случаях, когда более простые токовые реле не обеспечивают защиты двигателей.
выделенного в сопротивлении его
p
Qp ≡ QД или
Q
c.p = Qпред. доп
159
Защита от перегрузки с токовыми реле. Для защиты электродвигателей от перегрузки обычно применяются максимальные
токовые защиты с использованием токовых реле с ограниченно
зависимыми характеристиками выдержки времени типа РТ-80
или максимальные токовые защиты, выполненные комбинацией мгновенных токовых реле и реле времени (рис. 6.12).
Преимуществами токовых защит по сравнению с тепловыми
являются более простая эксплуатация их и более легкий подбор и
характеристик защиты. Однако токовые защиты не позволяют использовать перегрузочные возможности электродвигателей из-за
недостаточного времени действия их при малых кратностях тока.
Для двигателей, не имеющих технологических перегрузок, этот
недостаток не имеет значения, поэтому на собственных нуждах
электростанций применяются только токовые защиты.
Защита от перегрузки выполняется одним токов реле, включенным на один из фазовых токов, или по двухфазной однорелейной схеме (рис. 6.6), когда по этой же схеме выполнена защита от междуфазных к. з.
В случае выполнения защиты от междуфазных к. з. при помощи токовых реле типа РТ-80 эти же реле используются и для
защиты от перегрузки. Если при этом защита от сверхтоков
должна действовать не на отключение, а на сигнал, то применяются реле типа РТ-84, имеющие раздельные контакты отсечки
и индукционного элемента. Схема защиты в таком исполнении
приведена на рис. 6.12, а.
Рис.6.13- Защита минимального напряжения с одним реле
Ток срабатывания максимальной токовой защиты от перегрузки устанавливается из условий отстройки его от номинального тока электродвигателя по выражению
160
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]