Защита двигателей напряжением выше 1 кВ

Для защиты двигателей от многофазных КЗ применяются:

а) плавкие предохранители при подключении двигателя к сети через выключатель нагрузки; параметры предохранителя и плавкой вставки выбирают по условиям

; ; (3.22)

;

;

, (3.23)

где — номинальное напряжение предохранителя; — напряжение сети; — предельный отключаемый предохранителем ток; — номинальный ток плавкой вставки; — коэффициент отстройки, = 1,1—1,25; — коэффициент перегрузки, = 1,6—2 для тяжелых условий пуска, = 2,5 для легких условий пуска (время разгона меньше 10 с); ; — номинальный ток двигателя; (ток кратковременной перегрузки равен пусковому току);

б) токовые отсечки без выдержки времени при < 5000 кВт;

причем при < 2000 кВт ТО делается однорелейной с включением токового реле на разность токов двух фаз; если при этом < 2,0, то ТО выполняют двухфазной двухрелейной; последняя является обязательной при > 2000кВт.

Ток срабатывания реле ТО выбирают по условию:

, (3.24)

где = 1,8—2,0 для реле РТ-80 (электромагнитный элемент);

= 1,4—1,5 для реле РТ-40; — пусковой максимальный ток; — коэффициент схемы, равный 1 при соединении ТТ в полную или неполную звезду, или равный при всех других схемах соединения ТТ; — коэффициент трансформации ТТ; 2,0 (определяется при двухфазном КЗ).

в) продольная дифференциальная защита при 5000 кВт, а также при меньших мощностях, если ТО нечувствительна; ток срабатывания защиты ТО выбирают из условия:

, (3.25)

где = 1,4―2,0 для реле РТМ и РТ-40 и = 0,5―1,1 для реле РНТ.

Для электродвигателя может быть использована защита, входящая в комплект устройства ЯРЭ-2201, предназначенная для защиты понижающего трансформатора.

Учитывая, что двигатели напряжением 6 и 10 кВ работают в сети с незаземленной нейтралью (или заземленной через реактор), защиту выполняют двухфазной однорелейной или двухфазной двухрелейной. Для двигателей 2000 кВт двухфазное исполнение допускается только при наличии дополнительной защиты от замыканий на землю, в противном случае защиту двигателя выполняют трехфазной.

В качестве органа, реагирующего на ток нулевой последовательности и используемого совместно с ТНП в схемах защит двигателей от замыканий на землю, применяют высокочувствительное полупроводниковое реле тока типа РТЗ-51. Реле питается от источника постоянного или выпрямленного тока напряжением 110 или 220 В, а также от источника переменного тока напряжением 100 В. Пределы регулирования = 0,02—0,12 А, 0,93, 0,06 с при двухкратном токе уставки.

Для одновременной реализации защиты двигателей от КЗ и перегрузок используют индукционные реле типа РТ-80, имеющие индукционный (МТЗ от перегрузки) и электромагнитный (ТО от КЗ) элементы.

Опыт эксплуатации реле типа РТ-80 показал, что более надежными для защиты АД от перегрузки являются реле РТ-82. Однако характеристика срабатывания реле типа РТ-80 часто не соответствует тепловой модели двигателя, поэтому вместо них в последнее время используют электронные микропроцессорные реле, отличающиеся более широкими возможностями подгонки характеристики Срабатывания к свойствам защищаемого электродвигателя.

Защиту минимального напряжения электродвигателей, самозапуск которых недопустим или нежелателен, выбирают с параметрами

; = 0,5 ÷1,5 с; (3.26)

для двигателей, у которых предусмотрен самозапуск, параметры защиты минимального напряжения другие:

; 10 с. (3.27)

Последнее обеспечивает неотключение двигателя при кратковременных (до нескольких секунд) перерывах питания; кроме того, защита действует на включение АВР двигателя.

В защите АД от потери питания, втом числе от понижениянапряжения хорошие эксплуатационныехарактеристики имеетреле напряжения типа РН-54/160.

Основным измерительным реле защиты СД от потери питания является полупроводниковое реле понижения частоты типа РЧ-1, питающееся от измерительного трансформатора напряжения (ТН).

Это связано с тем, что при потере питания СД, продолжая вращаться по инерции, переходит в генераторный режим и некоторое время (примерно 3—8 с) поддерживает на шинах, к которым он присоединен, достаточно высокое напряжение. Значительно быстрее снижается на шинах частота. Следует отметить, что защита от потери питания АД и СД устанавливается для предотвращения повреждения двигателей и выполняется, как правило, групповой.

На ответственных двигателях, отключаемых защитой минимального напряжения для обеспечения самозапуска других более ответственных двигателей, предусматривают также устройства автоматического повторного включения (АПВ).

Для СД, кроме перечисленных выше защит, применяют:

защиту от асинхронного хода и защиту от потери питания. Надо учитывать, что защиты, действующие на отключение СД, должны действовать также и на автомат гашения магнитного поля (АГП) СД.

При асинхронном ходе в обмотках статора и ротора СД имеет место пульсирующий ток. Поэтому применять обычную МТЗ с независимой характеристикой нельзя, так как реле тока будет периодически замыкать и размыкать свои контакты. Для обеспечения беспрерывной подачи напряжения на обмотку реле времени в схему защиты вводят промежуточное реле KL с замедлением при возврате (для надежного отключения выключателя двигателя). Защита применяется в однофазном исполнении (реле РТ-40), ток срабатывания определяют по условию:

. (3.28)

Гашение поля СД мощностью 500 кВт необходимо для ликвидации возникшей дуги и не реализуется путем простого отключения обмотки возбуждения, так как это приводит к большим коммутационным перенапряжениям и пробою изоляции обмотки из-за большой индуктивности этой обмотки. Поэтому для гашения поля в цепь обмотки возбуждения перед ее отключением вводят дополнительный резистор (рис. 3.5).

Рис. 3.5. Схемы автоматического гашения поля синхронных генераторов:

а—с применением специального автоматического выключателя АГП; б—с применением резистора гашения поля; в — с применением дополнительных сопротивлений, г — с применением дополнительного резистора в цепи возбуждения возбудителя; д — с применением управляемого выпрямителя, переводимого в режим инвертора

Для охвата всех возможных опасных режимов двигателей, сопровождающихся повышением температуры обмоток, применяют термическую защиту, которая в виде термочувствительных резисторов (термисторов и позисторов), термопар, биметаллических контактов встраивается в лобовые части обмоток, в пазы или в магнитопровод.

Однако следует отметить, что термическая защита нашла широкое применение для электродвигателей напряжением ниже 1 кВ, так как для двигателей напряжением выше 1 кВ за счет достаточно большой толщины слоя изоляции обмотки резко снижается точность отображения температуры и повышается инерционность защиты.

Многофункциональность защиты электродвигателей, большой диапазон регулирования уставок, вызванный необходимостью унификации защитных устройств, а также требования к гибкости защитных характеристик лучше всего реализуют при помощи микропроцессорных систем защиты. Такие системы, кроме того, позволяют производить многостороннюю обработку информации о рабочих, пусковых и аварийных режимах электродвигателей, могут снабжаться выходными каналами не только для отключения двигателя, но и для его разгрузки путем воздействия на приводимые механизмы и технологические установки. Электронная микропроцессорная защита характеризуется малым временем срабатывания, что существенно уменьшает последствия аварийных режимов. Легко реализуются различные дополнительные виды защиты и системы контроля за состоянием электродвигателя (например, контроль за состоянием изоляции). Поэтому разработку микропроцессорных систем защиты электродвигателей считают весьма актуальной и важной задачей. Принцип действия таких защит может существенно отличаться от традиционного. Так, в одном из типичных устройств за каждые 20 мс измеряются и анализируются все симметричные составляющие тока, что позволяет одновременно реализовывать защиту от КЗ, от перегрузок, от замыканий на землю, от несимметрии трехфазной системы напряжений, от затяжного пуска, от заклинивания ротора и при помощи тепловой модели электродвигателя, введенной в блок памяти микропроцессора, от тепловой перегрузки. Данные аварийных режимов записывают в память микропроцессора и потом вызывают для анализа [1].

На рис. 3.6—3.12 приведены принципиальные схемы защиты двигателей ВН.

На рис. 3.6 приведена схема защиты двигателя (ТО) от междуфазных КЗ в обмотке статора, выполненная с одним токовым реле КА, включенным на разность токов двух фаз. Если такая схема не удовлетворяет требованиям чувствительности, то применяется двухфазная двухрелейная схема (рис. 3.7).

На рис. 3.8 приведена схема защиты двигателя от замыканий одной фазы на землю (корпус) — МТЗ нулевой последовательности; реле тока КА присоединено к ТНП.

Двухфазная двухрелейная схема защиты двигателя от перегрузки (МТЗ) представлена на рис. 3.9. Защита может быть выполнена также однофазной однорелейной и двухфазной однорелейной, если они проходят по чувствительности.

На рис. 3.10 приведена схема защиты минимального напряжения, выполненная с помощью двух реле минимального напряжения KV1 и KV2, питаемых от разных линейных напряжений одного ТН (ТV). Использование двух реле напряжения повышает надежность работы защиты; так, при обрыве в цепи питания реле KV1, оно сработает и замкнет свои контакты в цепи питания катушки реле времени КТ, но схема не сработает, если нет понижения напряжения в сети, так как не сработает реле KV2. Обрыв же в цепях питания обоих реле KV1 и KV2 маловероятен.

На рис. 3.11 и 3.12 приведены схемы защиты СД от асинхронного хода. На схеме рис. 3.12 токовое реле KA подключается к дросселю Др, включенному последовательно в цепь возбуждения СД и представляющему малое сопротивление для постоянного тока и большое — для переменного. Переменный (пульсирующий) ток, появляющийся в обмотке возбуждения при асинхронном ходе СД, замыкается через реле тока КА, обуславливая его срабатывание.