Основные книги / Релейная защита в пдф

Как известно, дифференциальный ток действует в сторону срабатывания защиты, а тормозной препятствует срабатыванию.

Откорректированные значения токов – это результат коррекции, учитывающей разные группы соединений и коэффициенты трансформации на высокой и низкой сторонах защищаемого трансформатора. Сравниваемые токи плеч защиты должны быть в идеальном случае одинаковыми по амплитуде и совпадающими по фазе (или в противофазе). Это и есть коррекция – изменение токов по амплитуде и фазе.

Тормозной ток Itx max( Ixm , Ixm ) .

В данной защите тормозной ток есть результат выбора максимального значения модуля вектора тока с одной или другой стороны трансформатора.

Функции защиты показаны на структурной схеме, которая демонстрирует логику и алгоритм ее действия (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Структурная схема защиты

Корректировка токов в аппаратуре Sepam выполняется на основании данных о номинальной мощности трансформатора и напряжении обмоток. По этим

91

данным вычисляется коэффициент трансформации и ведется корректировка токов по модулю (амплитуде) и фазе. Группа соединения обмоток используется для корректировки токов по фазе.

Корректировка токов обмотки W1 (рис. 5.3) производится всегда одинаково с учетом того, что это обмотка трансформатора с глухозаземленной нейтралью. В такой обмотке могут возникать токи нулевой последовательности, которые вызовут срабатывание дифзащиты. Корректировка имеет цель исключить токи нулевой последовательности. Это приведет к тому, что защита станет нечувствительной к внешним замыканиям на землю. Скорректированный ток вычисляется по формуле

где In1 – номинальный ток обмотки 1; x = 1, 2, 3 – номера фаз (A, B, C).

Корректировка осуществляется в цифровом виде, является важнейшей функцией цифровой защиты и поясняется схемой рис. 5.3.

Схема защиты трансформатора показана на рис.5.4.

В дифзащите Sepam предусмотрена определенная установка параметров и характеристик датчиков фазного тока (в частности, трансформаторов тока).

Номинальный первичный ток трансформаторов тока должен удовлетворять неравенству для обмотки 1 и обмотки 2:

92

где IТТn1, IТТn2 – номинальные первичные токи трансформаторов тока обмоток 1 и 2; Un1, Un2 – номинальные напряжения обмоток 1 и 2;

Sт.ном – номинальная мощность трансформатора.

L1

L2

L3

Рис. 5.4. Схема базового блока Sepam цифровой защиты трансформатора

Тормозная характеристика защиты является процентной, т. е. по осям от-

ков (рис. 5.5). Первый участок характеристики – горизонтальная линия – характеризуется постоянным током срабатывания Ids. В этой зоне трансформаторы тока не насыщаются, и поэтому осуществляется точное торможение.

Второй участок имеет малый наклон и малую протяженность. Здесь происходят некоторое насыщение трансформаторов тока и увеличение их погрешности. Поэтому приходится увеличивать ток срабатывания.

Третий участок имеет большой наклон (по рекомендации фирм 70 %). В этой зоне происходит сильное насыщение трансформаторов тока, поэтому ток срабатывания быстро растет.

93

Рис. 5.5. Тормозная характеристика защиты

Пример расчета дифзащиты (взят из материалов фирм)

Исходные материалы: двухобмоточный трансформатор (рис. 5.6) номинальной мощности Sтном = 2,5 МВ·А, номинальные напряжения обмоток 1 и 2 Un1 = 20,8 кВ, Un2 = 420 В; пиковый пусковой ток Iin2 = 9,6In; трансформатор имеет РПН с диапазоном регулирования х = ±15 % от номинального напряжения обмотки 2.

Рис. 5.6. Трансформатор с датчиками тока

Расчет. Выбор датчиков Номинальные токи обмоток трансформатора

Датчики тока допускают перегрузку 115% при работе РПН

IТТ n1 69 1,15 79,4 А;

IТТ n2 3,4 1,15 3,9 кА.

94

Основное условие для датчиков тока:

В соответствии с этими двумя ограничениями выбираем значения: ITTn1=100; ITTn2=4 кА.

Пусковые токи обмоток

Для датчика тока обмотки 1 предельная кратность K1пред = 3·6,7 = 20;

для датчика тока обмотки 2 K2пред = 3·8,2 = 24,6.

Ближайшее нормальное значение – 30. Выбираем датчики:

для обмотки 1: 100 А/1 А, тип 5Р20, для обмотки 2: 4 кА/1 А, тип 5Р30.

В обозначении типа датчика тока (трансформатора тока) 20 и 30 – это величины предельной кратности.

Настройка процентной характеристики и уставки дифференциальной от-

сечки

Дифференциальный ток, возникающий при изменении коэффициента трансформации под действием РПН, будет

где x = 0,15 – половина диапазона регулирования РПН.

Погрешность датчика тока IdTT = 10 %, погрешность реле Idреле= +1 %. Таким образом, минимальный ток срабатывания в первой зоне при допу-

стимом пределе Idпр=5 %

Ids Id.рег IdТТ Id.реле Id.пр 17,6 10 1 5 34 %.

95

Принимаем Ids=34 %. По рекомендации фирмы наклон второго участка характеристики принимается также равным 34 %.

Третий участок по рекомендации фирмы должен иметь наклон 70 %, начиная с 6In1.

Уставка дифференциальной отсечки выбирается больше пускового тока:

Id.max 2 9,6 In1 13,6In1 .

Схема базового блока цифровой защиты трансформатора Sepam приведена на рис. 5.4.

5.2. Защита электродвигателей

ПУЭ требует для асинхронных и синхронных электродвигателей напряжением выше 1 кВ установки защиты от многофазных замыканий и в определенных случаях – защиты от однофазных замыканий на землю, защиты от токов перегрузки и защиты минимального напряжения. На синхронных электродвигателях должна предусматриваться защита от асинхронного режима, которая может быть совмещена с защитой от токов перегрузки.

Для защиты от многофазных замыканий могут применяться предохранители или должна устанавливаться:

1.Токовая однофазная отсечка без выдержки времени, отстроенная от пусковых токов при выведенных пусковых устройствах с реле прямого или косвенного действия, включенным на разность токов двух фаз – для электродвигателей мощностью менее 2 МВт.

2.Токовая двухрелейная отсечка без выдержки времени, отстроенная от пусковых токов при выведенных пусковых устройствах с реле прямого или косвенного действия – для электродвигателей мощностью 2 МВт и более, имеющих действующую на отключение защиту от однофазных замыканий на землю,

атакже для электродвигателей мощностью менее 2 МВт, когда защита по п.1 не удовлетворяет требованиям чувствительности.

3.Продольная дифференциальная токовая защита для электродвигателей мощностью 5 МВт и более, а также менее 5 МВт, если токовые отсечки не обеспечивают требуемой чувствительности.

96

Защита электродвигателей мощностью до 2 МВт от однофазных замыканий на землю при отсутствии компенсации должна предусматриваться при токах замыкания на землю 10 А и более, а при наличии компенсации – если остаточный ток в нормальных условиях превышает это значение. Такая защита для электродвигателей мощностью более 2 МВт должна предусматриваться при токах 5 А и более.

Защита от перегрузки должна предусматриваться на электродвигателях, подверженных перегрузке по технологическим причинам и при тяжелых условиях пуска (длительность прямого пуска 20 с и более).

В настоящее время в связи с расширяющимся применением цифровых защит получили распространение специфические (профилактические) защиты: от тепловой и токовой перегрузки, от нарушения режима пуска, от несимметрии напряжения питающей сети.

Защита минимального напряжения является общей для всех электродвигателей секции и устанавливается в релейном отсеке КРУ трансформатора напряжения. Защита выполняется трехступенчатой по напряжению и выдержкам времени.

Первая ступень – уставка по напряжению 0,7Uном, выдержка времени 0,5 1 с, действует на отключение неответственных электродвигателей для обеспечения самозапуска электродвигателей ответственных механизмов.

Вторая ступень – уставка по напряжению 0,5Uном, выдержка времени 3 9 с, действует на отключение электродвигателей ответственных потребителей в случае, когда длительно отсутствует напряжение или при запрещенном самозапуске.

Третья ступень – уставка по напряжению 0,25Uном, выдержка времени равна выдержке времени защиты питающего секцию ввода, действует как пусковой орган АВР.

Расчет уставок срабатывания защит асинхронных электродвигателей 1. Токовая отсечка от междуфазных коротких замыканий

В цифровых защитах отсечка выполняется в трехрелейном виде. Ток срабатывания отсечки рассчитывается по формуле

Iсз Kотс Iрасч ,

97

где Котс – коэффициент отстройки, учитывающий погрешность реле и наличие апериодической составляющей в пусковом токе электродвигателя (для цифровых защит Котс =1,5);

Iрасч – расчетный ток принимаемый большим из значений Iнс вкл и Iпуск. Ток несинхронного включения

где Uс и xс – напряжение и сопротивление системы;

Eад – ЭДС асинхронного электродвигателя. Ее величина может быть определена по формуле

Eад (U0 cos ном )2 (U0 sin ном I0 xад )2 ,

где U0 – напряжение электродвигателя до момента снятия напряжения, кВ; cosφном – номинальный коэффициент мощности;

I0 – ток до момента снятия напряжения, кА; xад – сопротивление электродвигателя, Ом.

где Kпуск – кратность пуска;

Uном д, Sном д – номинальные напряжение и мощность электродвигателя. Пусковой ток электродвигателя , где Iном д – номинальный

ток электродвигателя.

Коэффициент чувствительности токовой отсечки определяется при двухфазном КЗ на выводах электродвигателя в минимальном режиме системы и должен быть

Время срабатывания токовой отсечки t ≈ 0,1 с.

2. Продольная дифференциальная токовая защита.

В цифровых терминалах обычно предусматривается дифференциальная защита универсального применения, например, реле типа SPAD346C фирмы

98

ABB предназначено для защиты двухобмоточных трансформаторов мощностью 12 МВт и двигателей напряжением более 1 кВ.

SPAD346C состоит из трех модулей:

-модуля дифференциального реле SPCD3D53;

-модуля реле защиты от замыканий на землю SPCD2D55;

-модуля максимального реле тока и реле замыкания на землю SPCJ4D28. Рассмотрим в качестве примера модуль дифференциального реле

SPCD3D53.

Дифзащита содержит две части: чувствительную защиту с торможением и блокировкой по 2-й и 5-й гармоникам и грубую – без торможения и блокировки.

Тормозная характеристика содержит три участка:

-горизонтальный;

-первый наклонный с регулируемым углом наклона;

-второй наклонный с постоянным углом наклона, равным 100 %, т. е. изменение тормозного тока равно изменению дифференциального тока.

– векторы токов плеч защиты со стороны выводов обмоток статора электродвигателя – фазного и нулевого.

Дифференциальный и тормозной токи на тормозной характеристике – это относительные значения этих токов (по отношению к номинальному току реле).

Порядок расчета дифференциальной защиты аналогичен тому, что приводится в разделе о защите трансформатора.

3. Защита от замыкания на землю в обмотке статора.

Первичный расчетный ток срабатывания защиты от замыкания на землю в обмотке статора электродвигателя определяется по условию отстройки от броска собственного емкостного тока присоединения при внешнем замыкании на землю:

Iсз Kотс Kб Iс ,

где Котс =1,8 – коэффициент отстройки;

99

Кб – коэффициент, учитывающий бросок собственного емкостного тока присоединения в начальный момент внешнего замыкания на землю; Kб 1,5...2 – для цифровой защиты, но эту величину следует уточнить по инструкции фир- мы-изготовителя;

Ic – утроенное значение собственного емкостного тока присоединения.

Iс Iсдв Iсл ,

где Ic дв – емкостной ток электродвигателя; Ic л – емкостной ток кабельной линии.

4. Защита от перегрузки Защита от перегрузки на цифровых защитах выполняется либо по току,

либо по нагреву.

Методика расчета излагается в материалах фирмы-изготовителя защиты. Принципиальная электрическая схема цифровой защиты электродвигате-

ля мощностью до 5000 кВт на примере защиты ТЭМП 2501-4Х показана на рис. 2.16. Это комплектное устройство защиты и автоматики электродвигателей напряжением 6-10 кВ. Устройство может применяться для асинхронных и синхронных электродвигателей и реализует полный набор функций защиты и автоматики, кроме дифференциальной защиты.

Раздел 6. Устройства автоматики электрических сетей

В разделе рассматриваются две темы:

-автоматическое повторное включение (АПВ);

-автоматический ввод резерва (АВР).

Для закрепления теоретического материала по темам этого раздела предусмотрено проведение практического занятия «АПВ и АВР в распределительной сети» и двух лабораторных работ:

-Моделирование работы автоматики в программно-логической модели терминала ТЭМП 2501;

-Изучение системы централизованного АПВ и АВР подземной части системы электроснабжения угольной шахты.

100