Расчет релейной защиты электродвигателей

В качестве примера выберем типы защит и определим токи срабатывания защиты и реле АД типа АН-15-54-8 [2].

Рассмотрим защиту АД при междуфазных КЗ, перегрузке, замыкании на землю и понижении напряжения.

Для защиты АД при междуфазных КЗ в обмотке статора принимаем ТО с использованием токовых реле типа РТ-40. Схема соединения ТТ — неполная звезда. Применение ТО уменьшает длительность снижения напряжения на шинах при КЗ на зажимах двигателей, что способствует успешному самозапуску остальных, неповрежденных двигателей. Токовую отсечку отстраиваем от пускового тока двигателя. Ток срабатывания защиты (отсечки) и реле находим по формулам

1,4 · 961=1345 А; = 33,6 A,

где — коэффициент отстройки; — пусковой максимальный ток двигателя; — коэффициент схемы; — коэффициент трансформации ТТ.

Выбираем реле тока РТ-40/50 и промежуточное реле РП-26 с указателем срабатывания. Промежуточное реле замедляет время действия защиты, что позволяет отстроиться от апериодической составляющей пускового тока.

Коэффициент чувствительности защиты находим по формуле:

5,28.

Для защиты двигателя при перегрузке принимаем МТЗ с использованием токового реле РТ-40, включенного на разность токов двух фаз.

Ток срабатывания защиты и реле при перегрузке находим по формулам

276 A; 12 A,

где — номинальный ток двигателя; — коэффициент возврата.

Выбираем реле тока РТ-40/20.

Согласование времени действия защиты при перегрузке с временем самозапуска двигателя производим по выражению ,

где , ― допустимое и фактическое времена разгона двигателя при самозапуске; — допустимое время действия защиты при перегрузке.

Из расчета самозапуска известно = 19,6с; = 31,1с.

Выбираем реле времени с уставкой, равной 22 с. Для решения вопроса о применении защиты двигателя при однофазных замыканиях на землю определяем ток срабатывания защиты по формуле ,

где = 1,2 ÷1,3; — коэффициент, учитывающий бросок емкостного тока двигателя при внешних перемежающихся замыканиях на землю ( = 4÷5 для защиты без выдержки времени; =1,5÷2 для защиты с временем действия 1—2с).

Выбираем =1,75, так как применяемые для этой цепи реле РТЗ-50 имеют задержку срабатывания.

,

где — емкость двигателя, определяемая по формуле

0,043 мкФ/фаза,

где — коэффициент, учитывающий класс изоляции ( = 40 для изоляции класса Б при t = 25° С); — номинальная мощность двигателя; — частота вращения двигателя.

Таким образом

0,31 A.

Защиту при замыканиях на землю не предусматриваем, исходя из того, что для двигателей с = 6 кВ и = 1600 кВт при токе срабатывания защиты менее 10 А по ПУЭ она не устанавливается.

Напряжение срабатывания защиты двигателя при понижении напряжения выбираем таким образом, чтобы обеспечивался самозапуск других более ответственных двигателей, т.е. (0,6 — 0,7) .

Для питания реле минимального напряжения используем ТН, которые установлены в распределительных пунктах (РП) для контроля и учета электроэнергии. Считаем, что в РП установлены трансформаторы напряжения НТМИ-6.

Выбираем реле напряжения переменного тока РН-54/160 и находим напряжение срабатывания реле:

47 В.

Время срабатывания защиты минимального напряжения принимаем равным 0,5 с.

Проверяем ТТ из условия 10%-ной погрешности. Для этого находим сопротивление вторичной нагрузки ТТ при трехфазном КЗ (см. рис.3.7):

,

где — сопротивление соединительных проводов; , — сопротивления реле КА1 и КА2; — переходное сопротивление контактов; = 0,1 Ом.

0,35 Ом;

0,0003 Ом; 0,005 Ом,

где , s — длина и сечение соединительных алюминиевых проводов; — удельное сопротивление; , — мощности соответственно реле КА1 и КА2; , — ток срабатывания соответственно реле КА1 и КА2.

Таким образом

= 1,73 (0,35 + 0,0003 + 0,005) + 0,1 = 0,71 Ом.

В табл. 4.2 приведены расчетные формулы для определения вторичной нагрузки ТТ.

Таблица 4.2. Формулы для определения вторичной нагрузки трансформаторов тока

Схема соединения ТТ и вторичной нагрузки	Вид КЗ	Вторичная нагрузка ТТ
	Трехфазное, двухфазное
Однофазное
	Трехфазное
Двухфазное АВ или ВС
Двухфазное за трансформатором тока Y/Δ
	Трехфазное
Двухфазное AC
Двухфазное АB или ВС
	Трехфазное
Однофазное
	―	, где ― нагрузка, подсчитанная по вышеприведенным формулам; 1, 2 — ТТ одного класса точности
	―	, где ― нагрузка, подсчитанная по вышеприведенным формулам; 1, 2 — ТТ одного класса точности

Кратность расчетного первичного тока , к первичному номинальному , току ТТ определяем по формуле

,

где — коэффициент, учитывающий возможное ухудшение характеристики намагничивания установленного ТТ по сравнению с типовой (средней) характеристикой; — коэффициент, учитывающий неточность расчетов и влияние апериодической составляющей тока КЗ на работу ТТ, принимаемый по табл. 4.3; ― максимальное значение первичного тока, при котором должна обеспечиваться работа ТТ с погрешностью не более 10 %;

выбирают в зависимости от вида и принципа работы защиты.

Выбор производят на основании следующих положений:

1) для ТО и МТЗ с независимой характеристикой ;

2) для МТЗ с зависимой характеристикой должен соответствовать току КЗ, при котором производят согласование по времени защит смежных элементов и определяют необходимую ступень избирательности (селективности) ; однако на практике обычно принимают равным току, при котором начинается установившаяся (независимая) часть характеристики;

3) для дифференциальной защиты принимают равным наибольшему значению тока при внешнем (сквозном) КЗ.

По кривой 10%-ной погрешности для трансформатора тока ТПЛ-10 находим = 0,6 Ом, т.е. , поэтому уменьшаем сопротивление вторичной нагрузки ТТ за счет увеличения сечения соединительных проводов до 6 мм².

Таблица 4.3. Значения коэффициента

Тип защиты	Время действия защиты, с	Коэффициент
Максимальная токовая и токовая отсечка	Любое	1,2 ―1,3
Все направленные	0,5	1,2 ―1,3
Направленные и дистанционные	0,5	1,8 — 2,0
Дифференциальные с НТТ		1,2 ―1,3
Дифференциальные без НТТ		1,8 ―2,0
Любые устройства, не требующие точной трансформации тока	Любое	1,2 ―1,3

В качестве примера выберем типы защит и определим токи срабатывания защиты и реле СД типа СДН-16-54-10.

Защита СД выполняется аналогично защите АД и дополняется защитой при асинхронном ходе.

Токи срабатывания токовой отсечки и реле при междуфазных КЗ:

• 1210 =1694 А;

= 28,2 А.

Округляем ток срабатывания реле до 30 А. Выбираем токовое реле РТ-40/50 и промежуточное реле РП-26.

Коэффициент чувствительности защиты находим по формуле

3,97.

Токи срабатывания защиты и реле при перегрузке:

336 A; 5,6 A.

Округляем ток срабатывания реле до 6 А. Выбираем токовое реле РТ-40/10.

Из расчета самозапуска известно: = 6,8 с; = 28,8 с. Выбираем реле времени ЭВ-245. Уставка выдержки времени — 9с. Защита при перегрузке одновременно является защитой при асинхронном ходе.