Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Релейная защита и автоматические системы управления устройствами электроснабжения. Учебное пособие для СПО
.pdf
121
Рис. 4.5. Принципиальная схема газовой
защиты трансформатора
Поскольку газовая защита может сработать ложно,
например, вследствие выхода воздуха из бака трансформатора после доливки масла, в схеме защиты предусмотрено
переключающее устройство ПУ и резистор R, с помощью
которых газовая защита переводится только на сигнал.
Достоинства газовой защиты: простота выполнения;
высокая чувствительность; срабатывание при всех видах
повреждения внутри бака трансформатора.
Недостатки: не срабатывает при повреждениях вне
бака трансформатора, следовательно, не может быть единственной защитой трансформатора.
Трансформаторы мощностью 1 МВ·А, обычно снабжаются газовой защитой.
122
Защита трансформаторов
от ненормальных режимов
Для защиты трансформаторов от сверхтоков при
внешних КЗ в случае отказа защит смежных элементов,
применяются токовые защиты с выдержкой времени. Они
являются вместе с тем основными защитами шин, на которые работает трансформатор, если на этих шинах отсутствует собственная защита. В качестве защит от внешних
КЗ применяются токовые защиты с выдержкой времени с
включением реле на полные токи фаз или на их симметричные составляющие. Следует отметить, что в ряде случаев, для защиты от внешних КЗ, может быть использована рассмотренная ранее защита со ступенчатой характери-
стикой. В частности, вторая ступень этой защиты, которая
будет реагировать как на внутренние повреждения, так и
на внешние КЗ.
Максимальная токовая защита
Схема данной защиты аналогична схемам второй
ступени защиты со ступенчатой характеристикой выдержки времени. На многообмоточных трансформаторах МТЗ
должна обеспечивать отключение только того выключате-
ля со стороны которого произошло КЗ. Так, для трехобмо-
точного трансформатора с односторонним питанием, это
достигается путем установки отдельных защит с каждой
стороны (рис. 4.6) и соблюдением следующего порядка
при выборе выдержки времени:
ttt
axImI32
+=
;
ttt
axImII33
+=
;
ttt
21
+=
или
ttt
31
+=
(выбирается боль-
шее значение t1).
На рис. 4.6 защита действует на отключение выключателя соответствующей стороны.
123
В целях упрощения допускается не устанавливать за-
щиты на одной из сторон, например, на стороне II. При этом
со стороны питания защита имеет две выдержки времени:
с меньшей из них t2 она действует на отключение выключателя той стороны, где защита отсутствует (пунктир на
рис. 4.6), а с большей t1 на отключение выключателя Q1.
На многообмоточных, а также на двухобмоточных
трансформаторах с двухсторонним питанием рассмотренная МТЗ не обеспечивает селективного отключения. Для
получения селективности защиту со стороны питания
необходимо выполнить направленной, т.е. дополнить реле
направления мощности.
Рис. 4.6. Принципиальная схема максимальной токовой
защиты трехобмоточного трансформатора
124
4.3. Защита потребителей
и отдельных электроустановок
Повреждения и ненормальные
режимы электродвигателей
Наибольшее распространение как в промышленности, так и особенно на собственных нуждах электрических
станций имеют асинхронные электродвигатели. Поэтому
их защите уделяют особое внимание.
Релейная защита электродвигателей так же, как и защита генераторов и трансформаторов, должна реагировать
на внутренние повреждения и ненормальные режимы.
К наиболее частым и опасным видам повреждений,
возникающим в обмотках двигателей переменного тока,
относятся многофазные КЗ на выводах и в обмотках ста-
тора, сопровождающиеся прохождением больших токов,
что приводит к значительным разрушениям обмоток и стали электродвигателя. Многофазные КЗ также приводят к
снижению напряжения в питающей сети, что негативно
влияет на работу других токоприемников системы электроснабжения. Такие КЗ должны отключаться без выдерж-
ки времени.
Другим видом повреждения, менее опасным, чем
многофазные КЗ, является однофазное замыкание обмот-
ки статора на землю, так как сети, от которых питаются
электродвигатели, как правило, выполняются с изолированными нейтралями. В таких сетях напряжение 3–10 кВ,
токи однофазного замыкания на землю не велики (обычно
не превосходят 20–30 А). В результате специальная защита
от замыканий на землю устанавливается лишь в случаях,
когда ток превышает 10 А (для двигателей мощностью до
2 000 кВт) или 5 А (для двигателя мощностью более
2 000 кВт). При меньших токах замыкания, допустимо
125
действие защиты только на сигнал (при условиях соблю-
дения требований техники безопасности).
Тяжелым видом повреждения является замыкание
витков в одной фазе обмотки статора, так как значение
тока в месте повреждения может быть соизмеримо со значениями тока при многофазных КЗ. Специальных защит от
витковых замыканий в одной фазе статора не предусматривается.
Если в изоляции обмоток статора имеются ослабленные места, то в режиме однофазного замыкания в сети, когда напряжение на неповрежденных фазах возрастает до
значения линейного, возможны пробои изоляции статорной обмотки и возникновение двойного замыкания на зем-
лю (одна точка замыкания — в сети, а другая — в одной из
фаз статорной обмотки). Чаще всего функции защиты от
двойных замыканий на землю выполняет защита от одно-
фазных замыканий.
Для синхронных двигателей кроме указанных возможны также повреждения цепи возбуждения: обрыв и за-
мыкания на землю в одной или двух точках. При обрыве
цепи возбуждения синхронный двигатель переходит в
асинхронный режим, продолжительное существование которого недопустимо, для защиты от этого режима применяется защита от обрыва цепи возбуждения. Замыкание на
землю в одной точке цепи возбуждения может привести
(при возникновении замыкания во второй точке) к КЗ, способному вызвать большие разрушения, а также вибрацию
ротора.
Основным видом ненормального режима электродви-
гателей является прохождение в статоре токов, превышающих номинальный. Допустимое время перегрузки ориен-
тировочно можно оценить следующим выражением:
)1K/(At
2
−=
, (4.7)
126
где К — кратность тока перегрузки к его номинальному
значению; А — коэффициент, зависящий от типа и исполнения двигателя.
Так ориентировочно для двигателей с большим весом
и размерами закрытого исполнения, А = 250, открытого
исполнения А = 180. Поэтому защита от перегрузки имеет
выдержку времени и может действовать на автоматическую разгрузку механизма, на сигнал или на отключения
двигателя. Причинами токовых перегрузок являются: тех-
нологические перегрузки приводимых во вращение меха-
низмов; понижение напряжения при КЗ в питающей сети и
последующее его восстановление; обрыв одной фазы ста-
тора:
• Технологические перегрузки, которые могут устра-
няться автоматически или обслуживающим персоналом
без остановки механизма (перегрузка вентилятора) или
только после его остановки (например, завал угля в дро-
билке).
• Понижение питающего напряжения приводит к по-
вышению тока двигателя и к снижению его вращающего
момента (при определенном значении которого двигатель
может остановиться). Последующее восстановление
напряжения приводит к самозапуску электродвигателей. К
одновременному самозапуску многих двигателей, подключенных к одной сети, это может вызвать снижение напря-
жения сети, что затруднит восстановление их нормальной
работы. Поэтому для обеспечения самозапуска двигателей
наиболее ответственных механизмов, и запрета самозапус-
ка двигателей, не подлежащих самозапуску по условиям
технологичности или безопасности персонала, а также
предотвращения несинхронного включения синхронных
двигателей, применяется защита от потери питания, в ка-
127
честве которой используется минимальная защита напря-
жения, действующая на отключение.
• Перегрузки, вызываемые обрывом фазы, наиболее
часто возникают при защите электродвигателя плавкими
предохранителями, а также вследствие потери контакта в
одном полюсе коммутационного аппарата. Такой режим
работы двигателя сопровождается уменьшением его вращающего момента и увеличением токов неповрежденных
фаз. Защита от обрыва фазы устанавливается редко (в тех
случаях, когда это оправдано, например, долговременная
работа дорогостоящего электродвигателя без наблюдения
персонала).
Ненормальным режимом синхронного двигателя
(помимо перечисленных выше) является также асинхрон-
ный ход, который появляется вследствие выпадения синхронного двигателя из синхронизма. Такой режим может
возникнуть при снижении тока возбуждения или питающего напряжения, а также при большом увеличении нагрузки.
При асинхронном ходе ток статора возрастает, а ротор
двигателя и приводимый в движение механизм подвергаются действию знакопеременного момента, что приводит к
их повреждению. Асинхронный режим синхронный двига-
тель до 1 000 В устраняется защитой от перегрузки по току
статора. Для синхронного двигателя напряжением выше
1 000 В, необходима специальная защита от такого режи-
ма, которая действует: на автоматическую разгрузку механизма; его отключение с последующим АПВ; схему ресин-
хронизации (восстановление синхронизма).
Защита асинхронных
электродвигателей от КЗ
Для ликвидации многофазных КЗ, а в сетях с глухозаземленной нейтралью и для отключения однофазных КЗ
на землю, применяются токовые защиты. Наиболее простой является защита плавкими предохранителями. Токовая защита, выполненная автоматами с электромагнит-
128
ными и тепловыми расцепителями, защищает электродвигатели не только от КЗ, но и от перегрузок. Электродвигатели, подключаемые к питающей сети через контакторы,
могут иметь защиту от КЗ в виде токовой отсечки, посредством токовых реле косвенного действия (рис. 4.7).
Рис. 4.7. Токовая защита двигателя от КЗ и перегрузок
Токовые реле (КА1÷КА3), включаются в каждую фазу статора непосредственно или через трансформаторы тока. Для непосредственного включения можно применять
первичные реле типов: РЭ-571Т, РЭВ-2111 (с самовозвратом), РЭВ-2112 (с ручным возвратом). По своей конструк-
ции они напоминают электромагнитный контактор. В общем случае отсечки выполняются без выдержки времени,
ток срабатывания реле отстраивается от броска пусковых
токов, то есть:
Тп уск.двсхз апр.с
n/IККI =
, (4.8)
где К
зап
=1,8, для РТ-40 и К
зап
=2, для РТ-80, ИТ-80.
129
Чувствительность защиты от межфазных КЗ оценивается при двухфазном металлическом КЗ на выводах при
минимальном режиме работы питающей сети. Коэффици-
ент чувствительности должен быть не менее двух.
В случае включения токовых реле через трансформа-
торы тока, для электродвигателей мощностью до 2 000 кВт
наиболее часто применяют дешевую однорелейную схему
с реле, включенным на разность токов двух фаз. Для повышения чувствительности отсечку выполняют двухрелейной с включением двух реле на токи двух фаз по схеме
неполной звезды, у которой чувствительность одинакова
при всех видах многофазных КЗ. Если электродвигатели не
имеют защиты от замыканий на землю, то для защиты от
двойных замыканий на землю токовая отсечка выполняется трехрелейной с тремя трансформаторами тока по схеме
полной звезды.
На электродвигателях напряжением 3÷10 кВ должны
предусматриваться защита от многофазных коротких замыканий, защита от токов перегрузки и минимальная за-
щита напряжения.
Особенности защиты
синхронных электродвигателей
На промышленных предприятиях широко применяются мощные синхронные электродвигатели. Синхронные
электродвигатели, так же, как и асинхронные, должны
иметь защиту от междуфазных коротких замыканий, от
замыканий на землю, защиту минимального напряжения и
защиту от перегрузки. Уставки этих защит выбираются так
же, как и на аналогичных защитах асинхронных электро-
двигателей.
130
Защиты синхронных электродвигателей должны действовать не только на отключение выключателя, но также
и на автомат гашения поля, если он имеется.
В случае выхода синхронного электродвигателя из
синхронизма в нем проходят большие токи, а электродвигатель и связанный с ним механизм подвергаются воздей-
ствию больших моментов переменного знака. Поскольку
это может привести к повреждению синхронного электродвигателя, они оборудуются специальной защитой, отключающей электродвигатель при выходе его из синхронизма.
Такая защита может быть выполнена с помощью токового
реле, действующего с выдержкой времени на отключение
выключателя и автомат гашения поля. Так как ток, проходящий в электродвигателе при асинхронном ходе, пульсирует, токовое реле будет то срабатывать, то возвращаться.
Для того чтобы реле времени при этом не возвращалось, а
надежно работало, в схему введено промежуточное реле,
имеющее замедление на отпадание якоря и размыкание
контакта. Ток срабатывания защиты от асинхронного хода
принимается равным (1,4÷1,5)I
ном
.
Для защиты синхронных электродвигателей от асинхронного хода может применяться токовая защита с реле ти-
па ИТ-80 (РТ-80), имеющим зависимую характеристику, выполняющим одновременно функции защиты от перегрузки.
Более совершенной защитой от асинхронного хода
является защита, реагирующая на появление переменного
тока в обмотке возбуждения. Пусковым органом этой защиты служит токовое реле, включенное в цепь возбуждения через трансформатор тока. Так как переменный ток в
этой цепи появляется не только в асинхронном режиме, но
и при прерывистой нагрузке без нарушения синхронизма и
при внешних несимметричных коротких замыканиях, то
защита имеет выдержку времени. Вследствие большей
сложности эта защита применяется крайне редко.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]