Выбор трансформаторов напряжения
Трансформаторы напряжения (TV) для питания электроизмерительных приборов и реле выбирают по номинальному напряжению первичной- обмотки, классу точности, схеме соединения обмоток и конструктивному выполнению.
Условия выбора:
трансформаторы напряжения изготовляют для работы в классах точности 0,2; 0,5; 1; 3. TV класса 0.2 применяют для питания летчиков электрической энергии, устанавливаемых на мощных генераторах и межсистемных линиях электропередачи; TV класса 0,5 -для питания расчетных счетчиков других присоединений и измерительных приборов классов 1 и 1,5; TV класса 1 - для приборов класса 2,5 и TV класса 3 - для релейной защиты:
Для того, чтобы TV работал в необходимом классе точности, его номинальная мощность должна быть равна или больше суммарной активной и реактивной мощности, потребляемой параллельными катушками приборов и реле
где - соответственно суммарная активная и реактивная мощности, потребляемые катушками приборов;
Значения мощностей Рпр , потребляемых параллельными катушками приборов и их cos %пр приводятся в справочниках.
Расчет сечения проводов и кабелей для питания цепей напряжения ведется на основании указаний ПУЭ о.допустимой потере напряжения: для счетчиков - 0,5 В, для измерительных приборов-1,5 В, для устройств защиты и автоматики
Сечение провода находится по формуле
где - длина проводов, м
- удельная, проводимость, См-м/мм2 (для меди = 57., для
алюминия =35 См-м/мм2);, Rпр - допустимое по потере напряжения сопротивление проводов, Ом
Сопротивление проводов определяется из выражения
где - допустимая величина потери напряжения, В ;
Iрасч - расчетный ток обмоток трансформатора напряжения. А.
8. ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ
Для защиты электроустановок от атмосферных перенапряжений применяют молниеотводы, защитные тросы, разрядники и защитные промежутки.
Защита воздушных линий. Линии напряжением 110 кВ и выше на металлических и железобетонных опорах защищаются от прямых, ударов молнии подвеской тросов по всей длине, трос заземляется.
Воздушные линии напряжением 35 - 220 кВ на деревянных опорах тросами по всей длине не защищаются. Тросы подвешиваются только на подходах к подстанции. В местах о ослабленной изоляцией, например, отдельные металлические и железобетонные опоры, должна быть выполнена дополнительная защита при помощи трубчатых разрядников.
Применение тросов на линиях 35 кВ малоэффективно, а на линиях 6 - 10 кВ - бесполезно. Воздушные линии напряжением 6-10 кВ специальных защит от атмосферных перенапряжений не требуют. При пересечении ВЛ. при переходе воздушной линии в кабельную на опорах устанавливают трубчатые разрядники.
Все металлические и железобетонные опоры ВЛ. а также деревянные опоры с тросами или с устройствами молниезащиты должны быть заземлены. Сопротивление заземления опор должно быть не более 10 - 30 Ом при удельных сопротивлениях грунта 100 - 1000 Ом-м соответственно.
Эффективным средством молниезащиты ВЛ является автоматическое повторное включение (АПВ), так как оно предотвращает переход грозового перекрытия линейной изоляции в перерыв подачи энергии.
Защита электрооборудования подстанций. Электрооборудование подстанций подлежит защите о: прямых ударов молнии и от волн грозовых перенапряжений, набегающих с линий.
Открытые распределительные устройства (ОРУ) защищаются стержневыми молниеотводами. Для защиты шинных мостов и гибких связей большой протяженности могут применяться тросовые молниеотводы. Защита металлических маслобаков с толщиной стенки не менее 5 мм может осуществляться путем их заземления.
Для защиты электрооборудования подстанций от волн перенапряжений, набегающих с линии, применяют вентильные разрядники.
Схемы защиты подстанций .35 - 600 кВ от волн перенапряжений приведены на рис.8.1 [3,10]. Линии на. деревянных опорах на подходе к подстанции на длине 1 - 2 км защищаются тросами. В начале тросового подхода к подстанции устанавливаются трубчатые разрядники FV3, которые служат для снижения амплитуды импульса перенапряжения
а)
б)
Рис.8.1. Схемы молниезащиты подстанций 35 -500 кВ: а - линия, защищенная тросами по всей длине; б - линия на деревянные опорах, защищенная тросами только на подходе к подстанции
и одновременно для защиты изоляции опоры, ослабленной заземляющими спусками от тросов.
Защиту РУ 6 - 20 кВ от набегающих волн перенапряжений рекомендуется выполнять е соответствии со схемой приведенной на рис. 8.2. В РУ устанавливается вентильный разрядник FV1.
Ограничения амплитуды импульса, набегающего с линии на деревянных опорах, осуществляются с помощью трубчатого разрядника FV3. На линиях с металлическими и железобетонными опорами установка трубчатых разрядников' FV3 (рис.8.2,а) не требуется.
Если ВЛ б - 20 кВ соединяется с подстанцией кабельной перемычкой, то для защиты кабельной воронки устанавливается трубчатый или вентильный разрядник FV2. Сопротивление заземления разрядников должно быть не более 10 Ом.
Синхронные и асинхронные электродвигатели, связанные с воздушными линиями через трансформаторы, защиты от атмосферных перенапряжений не требуют. Защиту выполняют в том случае, если электродвигатели работают на генераторном напряжении.
Выбор разрядников. Разрядники выбираются по конструктивному выполнению, номинальному напряжению. В каталогах на вентильные разрядники приводятся величины пробивных напряжений Uпроб.норм. и наибольшее остающееся напряжение Uост.норм. при импульсном токе пробоя. Остающееся напряжение - это напряжение на разряднике при протекании импульса тока. Чем меньше это напряжение, тем лучше качество разрядника.
Условие выбора вентильных разрядников:
В каталогах на трубчатые разрядники приводятся токи отключения (нижний и верхний предел). Условия выбора трубчатых разрядников:
а)
б)
Рис.8.2. Схемы молниезащиты подходов ВЛ 6 - 20 кВ: а - воздушный ввод ; б - кабельный ввод.
9. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА
9.1. Источники оперативного тока
Оперативным называется ток, питающий цепи дистанционного управления выключателями, цепи релейной защиты, автоматики, телемеханики и сигнализации. При коротких замыканиях и ненормальных режимах в сети напряжение источника оперативного тока и его мощность должны иметь достаточную величину для надежного отключения и включения соответствующих выключателей и для срабатывания вспомогательных реле защита и автоматики.
Род тока определяется типом привода применяемого выключателя. Следует учитывать также, что существующая аппаратура защиты и управления на постоянном токе является более совершенной, чем такая же аппаратура на переменном токе.
Источником постоянного оперативного тока являются аккумуляторные батареи напряжением 110 - 220 В. Они являются наиболее надежными источниками, поскольку напряжение на них не зависит от колебаний напряжения в главной цепи при повреждениях и ненормальных режимах. Применение аккумуляторных батарей на подстанциях, ограничено тем, что этот источник оперативного тока сравнительно дорог, требует наличия специального помещения, квалифицированного ухода, постоянного надзора, наличия зарядных агрегатов и т.п. Поэтому постоянный ток используется в качестве оперативного только на крупных подстанциях.
В источниках выпрямленного тока переменный ток преобразуется в постоянный (выпрямленный) с помощью блоков питания и выпрямительных силовых устройств. Питание выпрямительных устройств осуществляется от двух трансформаторов собственных нужд, которые подключаются до вводных выключателей. Поскольку напряжение источника оперативного тока этого типа зависит от колебаний напряжения в защищаемой цепи при ненормальных режимах, то их нельзя применять для цепей отключения и сигнализации. Указанные цепи в данном случае должны быть подключены к другим источникам оперативного тока, например, к блокам питания или к конденсаторным установкам.
Блоки питания - это маломощные выпрямительные устройства, предназначенные для питания отключающих электромагнитов выключателей. На рис.9.1 приведена схема комбинированного блока питания.
Рис.9.1. Принципиальная схема комбинированного блока питания оперативных цепей защиты выпрямленным током
Токовый элемент блока питания БПТ подключается к трансформатору тока и.состоит из промежуточного 'насыщающегося трансформатора TLA, конденсатора С для феррорезонансной стабилизации напряжения и выпрямителя V2.. Токовый элемент обычно используется для отключения коротких замыканий на защищаемом участке.
Элемент напряжения подключается к трансформатору напряжения и состоит из промежуточного трансформатора TLV и выпрямителя VI. Этот блок используется для оперативных отключений выключателя Q.
Блоки питания тока БПТ и напряжения БПН выпускаются раздельно, поэтому их можно применять как порознь, так и вместе. Комбинированный блок получается при параллельном включении выходных цепей обоих блоков, как показано на рис.9.1. При коротких замыканиях необходимое напряжение на выходе обеспечивается за счет трансформаторов тока, а при повреждениях и ненормальных режимах. сопровождающихся снижением тока - за счет трансформаторов напряжения.
Таким образом, комбинированный блок может питать защиты при всех видах повреждений и ненормальных режимов. Такие блоки удобны для питания защит, имеющих большое число реле и сложную схему оперативных цепей. Промышленностью выпускаются блоки питания мощностью от 50 до 1200 Вт при выпрямленном напряжении ПО В.
Конденсаторные устройства состоят из батарей конденсаторов и предназначены для питания катушек отключения выключателей. Конденсаторы заряжаются от трансформаторов напряжения или трансформаторов собственных нужд через выпрямительные устройства. Напряжение на конденсаторах практически не зависит от колебаний напряжения в главной сети, поскольку конденсатор способен сохранять заряд достаточной величины в течение нескольких часов. В нормальном режиме конденсатор заряжен. При действии защиты он замыкается на катушку отключения, питая.ее током разряда.
Промышленность выпускает блоки конденсаторов серии БК-400, которые состоят из металлобумажных конденсаторов типа МБГП на 400 В, 20.мкФ, соединяемых параллельно для получения необходимой емкости, и кремниевых диодов Д 226Б.
И с т о ч н и к и п е р е м е н н о г о тока.
В качестве источников оперативного переменного тока используют трансформаторы тока, трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных нужд.
Трансформаторы тока являются надежными источниками питания оперативных цепей для защиты от коротких замыканий. При КЗ ток и напряжение на зажимах трансформатора тока возрастают, увеличивается и мощность трансформатора тока в момент срабатывания защиты, что обеспечивает надежное питание оперативных цепей и отключение выключателей. При повреждениях и ненормальных режимах, которые не сопровождаются увеличением тока, мощность трансформаторов тока может оказаться недостаточной для работы аппаратуры защиты и отключения выключателя. Поэтому их нельзя использовать для таких защит как замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью, витковые замыкания в трансформаторах и электрических машинах, повышение или понижение напряжения, понижение частоты. Таким образом, трансформаторы тока обеспечивают питание оперативных цепей защиты только при коротких замыканиях и перегрузках.
Трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных нужд нельзя применять для питания оперативных цепей защит от коротких замыканий, так как при КЗ напряжение резко снижается, и релейная защита не придет в действие. Трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных нужд могут применяться при повреждениях и ненормальных режимах, которые не сопровождаются глубоким понижением напряжения в сети (защита от перегрузки, от замыканий на землю, повышения напряжения, понижения частоты и т.д.). Трансформаторы напряжения используют для питания устройств релейной защиты, автоматики и сигнализации в тех случаях, когда на подстанции применяются выключатели о пружинными или грузовыми приводами.
Трансформаторы собственных нужд включаются до ввода или выключателей, а оперативная сеть (обычно 220 В) для большей надежности секционируется. На секционном аппарате предусматривается автоматический ввод резерва оперативных цепей.
На трансформаторных подстанциях 35Кв, 110кВ из экономических соображений широко применяют оперативный переменный ток.
На подстанциях, где применяются сложные защиты, могут использоваться смешанные системы оперативного тока, включающие источники как постоянного, так и переменного тока. Для питания некоторых защит применяются блоки питания с тиристорными преобразователями, с выхода которых снимается как постоянное напряжение нескольких уровней, так и переменное повышенной частоты. Для полупроводниковых защит, например, где используются транзисторы, интегральные схемы, операционные усилители и т. п., требуются источники низкого уровня напряжения с высокой степенью стабилизации.
ЗАПИТА ТРАНСФОРМАТОРОВ
В зависимости от номинальной мощности трансформаторов для них могут применятся различные защиты, основные требования ПУЭ к объему выполнения устройств релейной защиты силовых трансформаторов приведены в табл. 9.1.
Ниже рассматриваются некоторые особенности выполнения указанных защит.
Токовая отсечка- является наиболее простой из всех быстродействующих защит от повреждений в трансформаторе. Вместе с МТЗ она входит в состав двухступенчатой защиты. На рис. 9.2 приведен один из возможных вариантов построения двухступенчатой защиты на оперативном постоянном токе.
В сетях с глухозаземленной нейтралью защита выполняется по трехфазной схеме, а в сетях с изолированной нейтралью - по схеме неполной звезды.
Токовые реле КА1, КА2 работают без выдержки времени (токовая отсечка), реле КАЗ, КА4 - с выдержкой времени (МТЗ). При срабатывании соответствующих токовых' реле включается промежуточное реле KL и подается импульс на отключение масляных выключателей 0.1 и 42, О срабатывании той или иной защиты сигнализируют соответствующие указательные реле КН1 или КН2.
Ток срабатывания отсечки выбирается по двум условиям :
а) отстройки от сквозных токов короткого замыкания, например, в точке
К-1
б)отстройки бросков токов намагничивания при включении
где Кн – коэфф. надёжности Кн=1,4-1,5
Iн.скв – сквозной ток Кз
Iном – номинальный ток трансформатора.
За расчётный ток принимают большее из полученных значений.
Коэффициент чувствительности
де Iк.мин - минимально возможный ток КЗ на стороне высшего напряжения, например, в точке К-2,
Максимальная токовая защита помимо своих основных функций является резервной по отношению к токовой отсечке и выполняет роль второй ступени в двухступенчатой защите.
В схеме МТЗ (рис. 9.2) используются реле тока РТ-40. реле времени серии ЭВ
Таблица 9.1
Объем и виды защит силовых трансформаторов
Виды повреждений или ненормального режима | Виды защит при нормальной мощности трансформатора | |
до 6300 кВ*А | 6300 кВ*А и более | |
1.многофазные замыкания в обмотках, на выводах и в соединениях трансформатора с шинами | Токовая отсечка с действием на отключение. t=0 Продольная дифференциальная защита с действием на отключение. t=0, если токовая отсечка не чувствительна. Выдержка времени МТЗ более 0,5 с и нет газовой защиты. | Продольная дифференциальная защита с действием на отключение. t=0 |
2.повреждения внутри бака трансформатора с выделением газа, понижением уровня масла | Газовая защита с действием: 1 ступень- на сигнал 2 ступень- на отключение | |
3.внешние многофазные КЗ | МТЗ без пуска или с пуском минимального напряжения с действием на отключение,t не равна нулю при Sном<1000кВ*А | МТЗ с пуском минимального напряжения с действием на отключение,t¹0 |
4.однофазные КЗ в обмотках НН и на выводах (система НН с заземленной нейтралью) | МТЗ,t¹0 или токовая защита нулевой последовательности с действием на отключение | |
5.однофазные замыкания на землю на стороне ВН (система ВН с заземленной нейтралью) | Токовая защита от замыканий на корпус с действием на отключение | |
6.однофазные замыкания на землю на стороне НН (система НН с изолированной нейтралью) | Защита от однофазных замыканий на землю с действием на сигнал или отключение, если это необходимо по условиям техники безопасности | |
7.перегрузка | МТЗ,t#0 с действием на сигнал |
Рис.9.2. Схема двухступенчатой токовой защиты трансформатора
Ток срабатывания защиты выбирается по условию отстройки от наибольшего рабочего тока
где Кн - коэффициент надежности Кн-1.2 ;
Кв - коэффициент возврата реле, Кв=0,8 - 0,85 ;,
Iр.макс - максимальный рабочий ток, определяется с учетом возможного самозапуска двигателей.
Коэффициент чувствительности защиты
где I к.мин - минимально возможное значение тока двухфазного КЗ
в конце зоны резервирования.
В случаях, когда МТЗ трансформатора выполняет роль основной защити коэффициент чувствительности Кч>1,5. Если в качестве основной защиты трансформатора применяется токовая отсечка или дифференциальная защита, а. МТЗ выполняет роль резервной защиты, то коэффициент чувствительности Кч >1,2.
Для повышения чувствительности максимальная токовая защита может применяться с пуском минимального напряжения. Ток срабатывания для этого случая
где Iном - номинальный ток трансформатора.
МТЗ применяется для защиты трансформаторов от внешних многофазных коротких замыканий, при перегрузке, от однофазных КЗ в системе с заземленной нейтралью.
Дифференциальная защита трансформатора основана на общем принципе действия таких защит. В зависимости от чувствительности она может быть выполнена на реле типа РНТ или ДЗТ: защита с реле РТ-40 имеет невысокую чувствительность и применяется для защиты трансформаторов небольшой мощности
При выборе трансформаторов тока необходимо учитывать следующее обстоятельство. Как известно, при соединении обмоток илового трансформатора по схеме Y/Δ угол между векторами первичного и вторичного токов составляет 300 . Для компенсации сдвига по фазе вторичные обмотки трансформаторов тока включаются со Стороны высшего напряжения треугольником, а со стороны низшего напряжения - звездой(рис.9.3)
При схеме соединения трансформаторов тока треугольником коэффициент схемы Ксх= . а при соединении в звезду. Ксх=1.Поэтому для выравнивания вторичных токов в плечах защиты необходимо выполнить условие [15]
где nTA1, nTA2 - соответственно коэффициенты трансформации
трансформаторов тока ТA1 и ТА2.
N - коэффициент трансформации силового трансформатора.
Коэффициенты трансформации трансформаторов тока выбирают, так, чтобы значения токов в плечах дифференциальной защиты были по возможности одинаковые.
Расчет дифференциальной защиты начинают, с определения токов в ее плечах, исходя из номинальной мощности силовое трансформатора. За основную сторону принимают ту, где проходит больший ток [17].
Порядок расчета дифференциальной защиты следующий.
Ток срабатывания дифференциальной защиты рассчитывают по двум условиям:
Рис.9.3. дифференциальная токовая защита трансформатора с соединением обмоток Y/Δ
а) отстройки от броска тока намагничивания при включении силового трансформатора
где Кн - коэффициент надежности, зависит от типа реле, для реле , РТ-40 Кн-3 -
4, для РНТ К8-1.3 , ДЛЯ ДЗТ Кн-1.5;
Iном - номинальный ток силового трансформатора.
б) отстройки от тока небаланса при внешних КЗ
Где Iнб.расч - ток небаланса, протекающий в защите при сквозном КЗ, приведенный к главным цепям
Расчетное значение тока небаланса можно определить по формуле [14]
где Кодн - коэффициент однотипности трансформаторов тока, при защите силовых трансформаторов
Кодн=1 ;
Ка - коэффициент, учитывающий влияние апериодической составляющей; для реле РТ-40 Ка-2.
для РНТ и ДЗТ Ка-1 ;
Е- относительная погрешность трансформаторов тока, в расчетах принимается Е=0,1 ;.
ΔUр - относительная погрешность, обусловленная PПH, принимается равной половине суммарного
диапазона регулирования напряжения, Δ Up=0,1 ;
fвых - погрешность, обусловленная неточностью установки расчетного числа витков :
Wрасч, Wуст - соответственно расчетное и установленное число витков;
Iк.макс - периодическая составляющая тока внешнего КЗ.
Ток срабатывания защиты выбирается по наибольшему из двух полученных значений.
Ток срабатывания реле
Для дифференциальной защиты, выполненной c использованием реле РТ-40 полученный ток срабатывания реле является током установки.
Для защит с дифференциальными реле определяют число витков основной стороны дифференциальной защиты:
где Fcp - намагничивающая сила срабатывания реле, для реле РНТ-565, ДЗТ-И
Fcp=100 ампер-витков.
Полученный результат округл от до ближайшего меньшего целого числа.
Число витков неосновной стороны определяют из соотношения
Для схемы, изображенной на рис. 9.4, число витков основной и неосновной сторон включают в себя сумму витков рабочей и соответствующей уравнительной обмоток.
Далее, зная расчетное и установленное число витков Wрасч и Wрабопределяют погрешность, и уточняют значения тока небаланса и тока срабатывания защиты.
Дифференциальное реле с магнитным торможением ДЭТ отличается наличием тормозной обмотки Wт. (рис. 9.4), число витков которой определяется по формуле
где tgα - тангенс угла наклона тормозной характеристики, для реле ДЗТ-l1 tgα=
0.75 - 0.8.
Рис.9.4. Схема соединений обмоток в дифференциальном реле: Wр - рабочая обмотка; Wт - тормозная обмотка ; Wур1,Wур2 – уравнительные обмотки.
Полученный результат округляют до большего числа витков.
Чувствительность дифференциальной защиты определяется при коротком замыкании в пределах защищаемой зон«. когда токи КЗ имеют минимально возможные значения. Коэффициент чувствительности
где Iк - ток в реле при КЗ в зоне защиты ;
Icp.p - ток срабатывания реле.
Вторичные токи Iк и Icp.p. протекающие в реле, определяются с учетом коэффициентов трансформации и схем соединения вторичных обмоток трансформаторов тока в плечах защиты.
Газовая защита применяется от внутренних повреждений в трансформаторах, которые обычно сопровождаются разложением масла и образованием газов. К таким повреждениям относятся витковые замыкания и замыкания обмоток на корпус трансформатора. Они могут сопровождаться повышенным нагревом деталей или электрической дугой.
При незначительных повреждениях объем выделяющихся газов и скорость их выделения невелики, опасны повреждения сопровождаются бурным газовыделением и движением масла по направлению к расширителю. Эти признаки и используются при построении схемы защиты. Первая ступень газовой защиты действует на сигнал, вторая ступень - на отключение без выдержки времени.
В качестве чувствительного элемента защиты используется газовое реле, которое реагирует на появление газа и движение масла. Газовое реле устанавливается на трубопроводе, соединяющем бак трансформатора с расширителем так. чтобы через него проходили газы и поток масла.
Промышленностью выпускаются газовые реле поплавковые и чашечные, которые получили широкое применение.
Газовая защита является весьма чувствительной. В соответствии с ПУЭ установка газовой защиты обязательна для трансформаторов мощностью 6300 кВ-А и более, а также для трансформаторов меньшей мощности, если отсутствует быстродействующая защита (дифференциальная или максимальная со временем действия не более 1с).
Защита от перегрузки выполняется с помощью реле тока, включенного в одну фазу, и реле времени, действует на сигнал. Ток срабатывания защиты выбирается по условию отстройки от номинального тока трансформатора:
где коэффициент надежности, Кн=1,05.
Ток срабатывания реле
Защита от замыканий на корпус трансформатора с глухозаземленной нейтралью на стороне низшего напряжения выполняется с помощью трансформатора тока, включенного в рассечку заземляющей шины. Кроме этой связи, корпус трансформатора не должен иметь других соединений с землей.
Специальных мер для изоляции корпуса трансформатора от земли не требуется, если сопротивление изоляции составляет 15 - 20 Ом. Это условие обычно выполняется при установке трансформатора на железобетонном фундаменте.
При замыкании на корпус наружных выводов или обмотки трансформатора ток однофазного КЗ проходит через трансформатор тока, срабатывает токовое реле и подает сигнал на отключение трансформатора.
Защита трансформаторов напряжением ,6. - 10/0,4 кВ мощностью до 1000 кВ*А и трансформаторов 35/0.4 кВ мощностью до 4000 кВ-А от внутренних повреждений и междуфазных КЗ на выводах может быть выполнена с помощью плавких предохранителей. При выборе плавкой ^ставки предохранителя необходимо согласовывать ее характеристики с характеристиками релейной защиты на отходящих линиях.
9.3.ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
Для синхронных и асинхронных двигателей напряжением выше 1 кВ должна предусматриваться релейная защита от следующих повреждений и ненормальных режимов работы:
- многофазных замыканий в обмотке статора и, на ее выводах;
-замыканий на землю в обмотке статора:
- токов перегрузки
-снижения и исчезновения напряжения.
Для синхронных двигателей предусматривается, кроме того, защита от асинхронного режима и замыкания в цепи, возбуждения.
В табл.9.2 приведены основные требования ПУЭ по объему устройств релейной защиты для различных двигателей напряжением выше 1 кВ.
Рассмотрим некоторые особенности выполнения и расчетов указанных защит.
Токовая отсечка. При построении схем токовых отсечек для двигателей следует ориентироваться на применение переменного оперативного тока.
Ток срабатывания отсечки выбирается из условия отстройки от, наибольших пусковых токов. Для защит, выполненных на реле РТ-40
где коэффициенты надежности Кн=1.2 и возврата Кв=0,85.
Реле РТ-80 имеет коэффициент возврата электромагнитного элемента, Кв= 0,3 - 0,4. Поэтому, сработав при броске пускового тока, реле не может вернуться в исходное положение после затухания ' апериодической составляющей. Ток срабатывания защиты, выполненной на реле типа РТ-80 выбирается из условия:
где 1,8- коэффициент, учитывающий действие апериодической составляющей пускового тока.
Коэффициент надежности Кн=1.2.
Токи срабатывания реле определяются с- учетом коэффициента схемы соединений трансформаторов тока и обмоток реле Ксх и коэффициента трансформации трансформаторов тока :
Коэффициент чувствительности:
Таблица 9.2
Объем и виды защит электродвигателей напряжением выше 1 кВ
Вид повреждения или ненормального режима | Вид защиты | Мощность двигателя, кВт |
1.многофазные КЗ в двигателе и на его выводах 2.Замыкания на землю 3.Перегрузка 4.Снижение или исчезновение напряжения 5.Асинхронный режим (для синхронных двигателей) | Токовая отсечка с одним реле, включенным на разность токов двух фаз, действие на отключение, t=0. Токовая отсечка с двумя реле, включенными на фазные токи, действие на отключение, t=0. Продольная дифференциальная с тремя реле, действие на отключение, t=0. Продольная дифференциальная с двумя или одним реле, действие на отключение, t=0. Максимальная токовая нулевой последовательности с действием на отключение, t=0. Однофазная или двухфазная МТЗ с действием на сигнал, технологическую разгрузку или отключение, t¹0 Защита минимального напряжения с действием на отключение, t¹0 Защита от асинхронного режима | до 2000 свыше 2000 свыше 5000 до 5000 при наличии шести выводов, если то не удовлетворяет требованиям чувствительности до 2000 кВт при Iз ³ 10 А При Рном ³ 2000 кВт и токе замыкания Iз ³ 5 А Для двигателей, подверженным технологическим перегрузкам Для двигателей, не работающих в режиме самозапуска Для всех двигателей |
Продольная дифференциальная защита может быть выполнена для двигателей, имеющих шесть выводов. Эта защита имеет большую чувствительность по сравнению с токовой отсечкой, так как броски тока, обусловленные внешними КЗ. токами пуска и самозапуска электродвигателей оказываются сбалансированными. Продольные дифференциальные защиты для электродвигателей могут применяться в двухфазном или трехфазном исполнении.
Ток срабатывания защиты при условии идентичности трансформаторов тока и выбора их по кривым 10%-ной кратности принимается равным:
Где Iном- номинальный ток двигателя.
Коэффициент (1,5 - 2) учитывает отстройку от токов небаланса при внешних коротких замыкания при пуске самозапуске и двигателей.
Чувствительность защиты оценивается коэффициентом чувствительности
где I к. мин - ток двухфазного КЗ на выводах двигателя.
Защита от замыканий на землю в обмотке статора предусматривается при токах замыкания не менее 10А для двигателей мощностью до 2000 кВт и не менее 5 А для двигателей, мощность которых равна или более 2000 кВт. Защита выполняется с помощью трансформаторов тока нулевой последовательности и действует на отключение двигателя от сети без выдержки времени.
Защита от перегрузки устанавливается в случаях, когда возможны перегрузки двигателя по технологическим Причинам или имеются тяжелые условия пуска и самозапуске. Защита выполняется с действием на сигнал, автоматическую разгрузку механизма или отключение.
В качестве защиты от перегрузки применяется МТЗ с выдержкой времени. Ток срабатывания реле
где Кн - коэффициент надежности (отстройки); для защиты, действующей на
сигнал Кн=1.1 - 1,2 ; для защиты, действую щей на отключение Кн=
1,5- 1,75
Кв - коэффициент возврата': для реле рт-40 Кв-0.85, для реле РТ-80 Кв=
0,8 ;
пгд - коэффициент трансформации трансформаторов тока;
Iном - номинальный ток двигателя.
Защита от снижения напряжения устанавливается с целью предотвратить самозапуск или повторный пуск двигателя после короткого замыкания или отключения напряжения в сети, если это недопустимо по технологии производства, или правилам техники безопасности, а также для обеспечения успешного самозапуска двигателей ответственных механизмов за счет отключения, части других двигателей.
Защита от снижения напряжения выполняется одно- или двухступенчатой. Выдержка времени отстраивается от отсечек двигателей и устанавливается равно 0.5 - 1.5 с. Выдержка времени на отключение ответственных, двигателей принимается равной 10-15 с [18].
Защита синхронных двигателей от асинхронного режима действует с выдержкой времени на запуск системы ресинхронизации, автоматическую разгрузку механизма до такой степени, чтобы двигатель вошел в синхронизм.
Тип защиты - максимальная токовая в однофазном однорелейном исполнении. Если на двигателе установлена защита от перегрузки, то ее следует совмещать с защитой от асинхронного хода. Для двигателей с тяжелыми условиями пуска предусматривают вывод этой защиты на время пуска и самозапуска.
9.4. ЗАЩИТА ВОЗДУШНЫХ И КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ
В соответствии с требованиями ПУЭ объем устройств релейной защиты линий электропередачи определяется уровнем номинальных напряжений.
Для линий 6-35кВ с изолированной нейтралью предусматриваются защиты от многофазных замыканий и от однофазных замыканий на землю. Защиту от многофазных замыканий выполняют в двухфазном исполнении (фазы А, С).
На одноцепных линиях с односторонним питанием устанавливают двухступенчатую защиту: I степень - токовая отсечка. II ступень - МТЗ. Максимальная токовая защита может выполняться одно-, двух- или трехрелейной в зависимости от требований чувствительности и надежности.
МТЗ отстраивается от максимального тока нагрузки с учетом возможного его увеличения, обусловленного самозапуском электродвигателей. Ток срабатывания защиты
где Кн - коэффициент надежности, учитывает погрешности реле, принимается
Кн=1.1 - 1.2;
Кв - коэффициент возврата, для реле токовых защит
Кв=0,8- 0,85;
Кз - коэффициент запуска Кз= 2 - 3;
Iн.макс - ток нагрузки максимальный.
Ток срабатывания реле:
где Ксх - коэффициент схемы;
- коэффициент трансформации трансформатора тока. Максимальный ток нагрузки определяется с учетом возможного увеличения нагрузки, возникающего в результате нарушения нормальной схемы сети, например, отключение параллельной линии и т. п.
Ток срабатывания, выбранный по условию отстройки от нагрузки, проверяется по условию чувствительности защиты. Коэффициент чувствительности
где - минимальный ток двухфазного КЗ в конце защищаемой линии.
Значение коэффициента чувствительности принимается для основных защит
Кч=1.5, для резервных защит Кч=1,2.
Зона действия МТЗ должна охватывать защищаемую линию и следующий за ней второй участок сети.
Селективность действия смежных МТЗ достигается путем согласования их срабатывания во времени по ступенчатому принципу. На практике ступень времени или ступень селективности для защит с независимой выдержкой времени может быть принята 0,35 - 0,6 с, для защит с зависимой или ограниченно-зависимой выдержкой времени - 0.6 - 1,0 с U5].
Токовые отсечки подразделяются на отсечки мгновенного действия и отсечки с выдержкой времени (0,3 - 0,6 с.).
Селективность токовых отсечек достигается за счет ограничения зоны их действия. Применение отсечки считав; я эффективным, 'если ее рабочая зона охватывает не менее 20% длины защищаемой линии
Ток срабатывания отсечки
где Кн - коэффициент надежности;
Iк.макс - максимально возможный ток КЗ в начале смежного участка сети.
Чувствительность отсечки характеризуется коэффициентом чувствительности
где 1к.мин - минимальный ток КЗ в начале защищаемого участка.
На линиях, защищенных от перенапряжений трубчатыми разрядниками, отсечка может ложно срабатывать при их действии. Для исключения возможности ложного срабатывания в схему отсечки включается промежуточное реле, время действия которого составляет 0,06 - 0.08 с.
Из рассмотренного ваш. можно заключить, что отсечка без выдержки времени защищает только часть линии. ;Чтобы выполнить защиту всей линии, совместно с мгновенной отсечкой применяется токовая отсечка с выдержкой времени. Такой комплект носит название двухступенчатой защиты.
Двухступенчатая защита обладает тем недостатком, что она не резервирует защиту смежного участка по всей длине. Для обеспечения резервирования двухступенчатую защиту дополняют на каждом участке максимальной токовой защитой, которая согласуется по ступенчатому графику. Такой комплект защит носит название трехступенчатой защиты. Она удовлетворяет всем требованиям резервирования и во многих случаях успешно заменяет более сложные защиты.
На линиях с двухсторонним питанием, а также на линиях, входящих в кольцевую сеть применяют те же защиты, а при необходимости их выполняют направленными.
Если указанные защиты не удовлетворяют требованиям чувствительности или условиям применения, то для защиты от многофазных замыканий могут быть установлены дистанционная или дифференциальная защита. В этом случае в качестве резервной устанавливают максимальную токовую защиту.
Защита от однофазных замыканий на землю выполняется, как правило, с использованием трансформаторов тока нулевой последовательности, и действует от емкостного тока на сигнал. Защита на отключение (вторая ступень) применяется только в тех случаях, когда это необходимо по технике безопасности и на предприятиях нефтяной и газовой промышленности не применяется.
Линии напряжением 110 кВ и выше выполняются с заземленной нейтралью. Для линий 110-500 кВ должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от многофазных замыканий и от замыканий на землю.
В качестве основных защит от многофазных КЗ одиночных линий с односторонним питанием применяют, как правило, отсечки по току и напряжению без выдержки и/и с выдержкой времени, а в качестве резервных - НТЗ. согласованные во времени по ступенчатому принципу селективности со смежными защитами.
Указанные защиты рекомендуется применять также в радиальных сетях с двухсторонним питанием и кольцевых сетях. При недостаточной чувствительности и селективности отсечек по току и напряжению в сложных сетях в качестве основных применяют дистанционные зашиты. В этом случае дополнительной защитой является токовая отсечка.
Если указанные защиты не удовлетворяют требованиям быстродействия, то в качестве основной могут применяться высокочастотная или продольная и поперечная дифференциальные защиты.
Защита от однофазных КЗ может быть осуществлена основными токовыми защитами от многофазных замыканий. В тех случаях, когда требуется повысить чувствительность или уменьшить выдержки времени отключения, предусматривается максимальная токовая защита нулевой последовательности.
Время действия защиты выбирается по ступенчатому принципу и нарастает от конца линии в сторону расположения головной питающей подстанции.
9.5. ЗАЩИТА СБОРНЫХ ШИН
Несмотря на высокую надежность выполнения сборных шин подстанций и редкость возникновения на них коротких замыканий, необходимо учитывать, что повреждение сборных шин связано с перерывом электроснабжения всех потребителей, подключенных к данным шинам. Размеры повреждений во многом зависят от того, насколько быстро произведено отключение Сорных шин от сети при возникновении на них короткого замыкания.
Защита сборных шин электростанций и подстанций в сетях с заземленной нейтралью выполняется от междуфазных замыканий, однофазных и многофазных замыканий на землю, а в сетях с изолированной нейтралью - от междуфазных замыканий, двойных замыканий на землю и двухфазных -замыканий на землю в одной точке [10].
Защита одиночных секционированных шин напряжением 6 - 10 кВ осуществляется при помощи максимальной токовой защиты трансформаторов, реагирующих на сквозные КЗ. По условиям согласования с защитами отходящих фидеров указанные защиты должны работать с выдержкой времени, что является недостатком.
Если МТЗ трансформатора не в состоянии обеспечить необходимое быстродействие или селективность, то применяют дифференциальные защиты шин без выдержки времени. На рис.9.5 приведена схема полной дифференциальной защиты шин, которая применяется в распределительных устройствах напряжением 35 кВ и выше.
Рис.9.5. Схема полной дифференциальной защиты шин
Трансформаторы тока устанавливают на всех присоединениях и имеют одинаковые коэффициенты трансформации независимо от мощности присоединения. В качестве реле тока используют дифференциальные реле типа РНТ-567 имеющие встроенные быстронасыщающиеся трансформаторы.
В сетях с изолированной нейтралью (35 кВ) защита устанавливается в двух фазах, в сетях с заземленной нейтралью (110 кВ и выше) - в трех фазах.
Во избежание ложных отключений при обрывах вторичных цепей трансформаторов тока в схеме предусматривается МТЗ которая блокирует действие дифференциальной защиты при обрыве вторичных цепей.
Ток срабатывания дифференциального реле РНТ выбирается по двум условиям:
а) по условию отстройки от тока небаланса при сквозных коротких замыканиях
где Iнб.расч - расчетный ток небаланса, определяется с учетом влияния апериодической составляющей, погрешностей трансформаторов тока и величины сквозного тока КЗ (раздел 9.2), допускается принимать Iнб.расч =0,1 1к.макс [161: Кн - коэффициент надежности, Кн=1,5 ;
б) по условию отстройки от рабочего тока наиболее мощного присоединения (на случай - обрыва вторичных цепей трансформаторов тока)
где Кн - коэффициент надежности, Кн=1,2.
За расчетное принимается большее из полученных значений тока срабатывания защиты.
Коэффициент чувствительности
где Iк.мин - наименьший из возможных токов КЗ на сборных шинах.
Шины подстанций 6 - 10 кВ. питающие потребителей по кабельным линиям с реакторами, можно защищать токовой отсечкой, включенной со стороны источника питания. Отсечка выполняется по двухфазной двухрелейной схеме.
Для повышения надежности электроснабжения предприятий АПК в схемах широко используют автоматическое включение резервного источника питания (АВР), автоматическое повторное включение (АПВ), автоматическую разгрузку по частоте (АЧР) и току (APT).
Список использованных источников
1. Гришин В.Г. Дипломное проектирование: Учеб.пособ.-Тюмень,
ТшйМ, 1992.- 131 с.
2. Федоров А.А., таркова Л.Е. Учебное пособие для курсового и дипломного- проектирования по электроснабжению промышленных предприятий: . Учеб.пособ. для вузов.- М.:Энергоатомиздат, 1987.-
368 с.
3. Справочник по проектированию электроснабжения / Под ред. Ю.Г.Барыбина и др.- М.: Энергоатомиздат, 1990.- 576 с.
4. Федоров А.А., Ристхейк Э.М. Электроснабжение промышленных предприятий.: Учеб. для вузов.- М.: Энергия, 1981.- 360 с.
5. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий; Промышленные электрические сети / Под.ред. А.А.Федорова и Г.В. Сербиновского. М.: Энергия, 1980.- 624 с.
6. Князевский В.А., Липкий Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий.: Учеб.для вузов.- М.: Высш.шк., 1979. - 431 с.
• 7. Правила устройства электроустановок. - Н. : Энергоиздат,
1985.- 640 с.
8. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий: Электрооборудование и автоматизация / Под.ред. А.А.Федорова и Г.В.Сербиновского. М.: -Энергоиздат. 1981. - 624 с.
9. Федоров А.А., Каменева В.В. основы электроснабжения промышленных предприятий: Учеб.для вузов.- М.:Энергоатомиздат,1984.-
472.с.
'10. Электротехнический справочник: В 3-х т. Т.З. Кн. 1. Производство, передача и распределение электрической энергии / Под общ.ред. профессоров МЭЙ В.Г.Герасимова, П.Г.Грудинского, Л.А.Жукова и др.- 6-е изд.испр. и доп.- М.: Энергоиздат, 1982.- 656 с.
11. Белоруссов Н.И. и др. Электрические . кабели, провода и шнуры: Справочник / Под.ред. Н.И.Белоруссова. - м.: Энергоатом-
идзат, 1988.- £36 с.
12. Чунихин А.А. Электрические аппараты: лбщий курс. Учеб: для вузов.- 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Энергоатомиздат, 1988.-
720 С. »
13. Неклепаев Б. Н.,. Крючков И. П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеи.пособие для вузов,- 4-е изд., перераб. и доп. - М..: Энегроатомиздат, 19Р9,- 608 с. ...
14. Курсовое и дипломное проектирование по электроснабжению сельского хозяйства / Л.И.Васильев, Ф.М.йхтейман и др.- 2-е изд..'1 перераб. и доп.- М.: Агропромиздат. 1989.- 159 с.
15. Старков В.В. Основы электроснабжения горных предприятий. Учеб.пособ. В 2-х и~стях. Свердловск, УПИ, 1977,- 86 с.
16. Чернобровов Н.В. Релейная защита. Учеб.пособ. Изд. 5-е. перераб. и доп. М., "Энергия". 1974.- 680 с.
17. Шабад М. А. Расчеты релейной защиты и автоматики распред -лительных сетей. 3-е изд.. перераб. и доп.- Л.: Энергоатомиздат, 1985.- 296 с. *
18. Меньшов Б.Г., Суд И.И. Электрификация предприятий нефтяной и газовой промышленности. Учеб. для вузов,- М.: Недра, 1984.-
416 С
19. Пособие к курсовому и дипломному проектированию для электроэнергетических специальностей вузов: 2-е изд.,перераб. и доп./ В.М.Блок, Г.К.Обушев, Л.Б.Лаперно и др.; Под ред. В.М.Блок.- М.: Высш. шк.. 1990. - 383 с. •
20. Указания по расчету и регулированию электрических нагрузок и электропотребления предприятий нефтяной промышленности. РД ЗЭ-0147323-803-89 Р. Тюмень, Гипротюменьнефтегаз. 1989.- 183 с.
21. Шпилевой В.А., Гришин В.Г., Болгарцев Г.Е. Электроэнергетика газовой промышленности Западной, Сибири - М.: Недр^, 1986.-156 с.
22. Положение по проектированию схем электроснабжения объектов нефтяных месторождений и переработки попутного газа в Западной Сибири.- М.: 1986.- 13 с.