Релейная защита и автоматика

Из двух этих условий выбирается наименьшее.

Если имеется выключатель на стороне высшего напряжения ответвления, то дистанционные органы первых ступеней защит А1 и А2 не должны срабатывать  при КЗ в месте подключения отпайки. Например, для защиты Al

Z¹с.з. < 0,85 * Zoтп.

Сопротивление срабатывания вторых ступеней защит определяется из условия их несрабатывания при КЗ в конце первой зоны защиты смежной линии, а так же при повреждениях за трансформаторами. Например, для защиты А1

Z²с.з. Ј 0,85 х (Zл +Zс.з.п.);

Z²с.з. Ј 0,85 х (Zл+Zт),

где Zс.з.п. - сопротивление срабатывания первой ступени защиты A3 предыдущей (смежной) линии, zт -сопротивление трансформатора приемной подстанции Т.

Рис.5.

Зоны действия вторых ступеней защит, как правило, охватывает всю защищаемую и часть смежной линии. Таким  образом, вторая ступень дистанционной  защиты линии выполняет функции  основной защиты при КЗ в конце линии и на шинах противоположной подстанции. Чувствительность защиты считается приемлемой, если Zс.з. > l,25Zл. При КЗ в зоне первой ступени предыдущего участка вторая ступень выполняет функции резервной защиты. Выдержка времени второй ступени отстраивается от времени срабатывания первой ступени защиты предыдущего участка сети

Т²с.з.А1= T¹с.з.А3+D Т.

Большее сопротивление срабатывания соответствует большей длине  зоны защиты, а следовательно, и большей чувствительности. В случае наличия дополнительных источников подпитки места КЗ, например генераторов (или синхронных двигателей), на подстанции Б (см.рисунок) при определении Z с.з.А1 необходимо учитывать неравенство токов в месте КЗ при КЗ на линии (Iк.з.) и в месте установки защиты А1 (Iк1).

Подпитка точки КЗ учитывается дополнительным условием

Z с.з.А1 < 0,85 (Zл + Кзап. Х Кт х Z c.з.A3),

где Кт=I к.з/Iк1-коэффициент токораспределения, Кзап- коэффициент запаса (меньше единицы)

Рис.6.

Увеличение сопротивления срабатывания второй ступени дистанционной защиты за счет дополнительного источника  подпитки приводит к увеличению чувствительности второй ступени защиты. Сопротивление  срабатывания третьей ступени защиты выбирают меньшим минимально возможных  сопротивлений на зажима реле сопротивления  при нагрузках в нормальном pежим работы сети.

Для зашиты с ненаправленными реле сопротивления

Z³ с. з.< Zраб.мин = Upaб.мин / Iраб.mах ,

где Iраб.mах -максимальный рабочий ток;

Uраб.мин- минимально возможное напряжение при максимальном рабочем токе.

Время срабатывания защиты выбирается по ступенчатому принципу, аналогично токовым защитам.

Третья ступень дистанционной  защиты предназначена для дальнего резервирования защит предыдущего  участка.

Карта селективности для трехступенчатых  дистанционных защит радиальной сети с двухсторонним питанием приведена  на рисунке

Рис.7.

Дифференциальная  защита.

Как было рассмотрено ранее, дистанционные защиты не позволяют  осуществить защиту без выдержки времени всей линии. Кроме того невозможно получить приемлемые характеристики защиты по быстродействию и чувствительности линий, когда Z 0, а также сборных шин. Для устранения указанных недостатков используется продольная дифференциальная защита. Защита основана на сравнении токов в начале и в конце защищаемого элемента. С обеих сторон защищаемой линии устанавливаются трансформаторы тока (ТТ) с одинаковыми коэффициентами трансформации Кт. Вторичные обмотки ТТ соединяются между собой соединительными проводами в дифференциальную схему.

Отсюда следует, что поскольку  дифференциальная защита не реагирует на КЗ на другом оборудовании, она не требует выдержки времени, т.е. является селективной по принципу действия.

Такие защиты называются защитами с абсолютной селективностью, в отличии от защит с относительной селективностью (рассмотрены ранее), где для обеспечения селективности вводится выдержка времени.      

 Ip=I12-I22

По данному выражению  определяется ток в реле при внешнем  КЗ, при внутреннем КЗ направление тока I21 поменяется на противоположное, следовательно, поменяется на противоположное направление и I22. B результате ток в реле равен сумме внутренних токов ТТ.

При КЗ в зоне защиты через реле будет протекать ток равный сумме вторичных токов ТТ и защита будет работать.

При внешних КЗ в реле КА проходит некоторый ток, называемый током небаланса. Он равен разности токов намагничивания ТТ, установленных по концам защищаемой линии

Iр=Iнб=I12-I22=I2нам-I1нам.

Ток небаланса тем больше, чем больше первичный ток КЗ, нагрузка ТТ и апериодическая составляющая тока КЗ.

Для предотвращения неправильной работы дифференциальной защиты ее ток  срабатывания следует выбирать с  учетом тока небаланса.

Iс.з. = Кзап. х I нб.мах

Чувствительность защиты определяется

Кч = Iк.з.min / Iс.з.

где Iк.з.min – минимальный ток КЗ в зоне действия защиты.

Считается необходимым иметь Кч ³ 2

Защита электродвигателей.

Виды повреждений  и ненормальных режимов работы ЭД.

Повреждения электродвигателей. В обмотках электродвигателей могут возникать замыкания на землю одной фазы статора, замыкания между витками и многофазные КЗ. Замыкания на землю и многофазные КЗ могут также возникать на выводах электродвигателей, в кабелях, муфтах и воронках. Короткие замыкания в электродвигателях сопровождаются прохождением больших токов, разрушающих изоляцию и медь обмоток, сталь ротора и статора. Для защиты электродвигателей от многофазных КЗ служит токовая отсечка или продольная дифференциальная защита, действующие на отключение.

Однофазные замыкания  на землю в обмотках статора электродвигателей  напряжением 3—10 кВ менее опасны по сравнению с КЗ, так как сопровождаются прохождением токов 5—20 А, определяемых емкостным током сети. Учитывая сравнительно небольшую стоимость электродвигателей мощностью менее 2000 кВт, защита от замыканий на землю устанавливается на них при токе замыкания на землю более 10 А, а на электродвигателях мощностью более 2000 кВт — при токе замыкания на землю более 5 А защита действует на отключение.

Защита от витковых замыканий  на электродвигателях не устанавливается. Ликвидация повреждений этого вида осуществляется другими защитами электродвигателей, поскольку витковые замыкания в  большинстве случаев сопровождаются замыканием на землю или переходят  в многофазное КЗ.

Электродвигатели напряжением  до 600 В защищаются от КЗ всех видов (в том числе и от однофазных) с помощью плавких предохранителей или быстродействующих электромагнитных расцепителей автоматических выключателей.

Ненормальные  режимы работы. Основным видом ненормального режима работы для электродвигателей является перегрузка их токами больше номинального. Допустимое время перегрузки электродвигателей, с, определяется по следующему выражению:

Рис. 6.1. Зависимость тока электродвигателя от частоты вращения ротора.

где k — кратность тока электродвигателя по отношению к номинальному; А — коэффициент, зависящий от типа и исполнения электродвигателя: А == 250 — для закрытых электродвигателей, имеющих большую массу и размеры, А = 150 — для открытых электродвигателей.

 

Перегрузка электродвигателей  может возникнуть вследствие перегрузки механизма (например, завала углем мельницы или дробилки, забивания пылью  вентилятора или кусками шлака  насоса золоудаления и т. п.) и его  неисправности (например, повреждения  подшипников и т. п.). Токи, значительно  превышающие номинальные, проходят при пуске и самозапуске электродвигателей. Это происходит вследствие уменьшения сопротивления электродвигателя при уменьшении его частоты вращения. Зависимость тока электродвигателя I от частоты вращения п при постоянном напряжении на его выводах приведена на рис. 6.1. Ток имеет наибольшее значение, когда ротор электродвигателя остановлен; этот ток, называемый пусковым, в несколько раз превышает номинальное значение тока электродвигателя. Защита от перегрузки может действовать на сигнал, разгрузку механизма или отключение электродвигателя.  После отключения КЗ напряжение на выводах электродвигателя восстанавливается и частота его вращения начинает увеличиваться. При этом по обмоткам электродвигателя проходят большие токи, значения которых определяются частотой вращения электродвигателя и напряжением на его выводах. Снижение частоты вращения всего на 10—25 % приводит к уменьшению сопротивления электродвигателя до минимального значения, соответствующего пусковому току. Восстановление нормальной работы электродвигателя после отключения КЗ называется самозапуском, а токи, проходящие при этом, — токами самозапуска.

На всех асинхронных электродвигателях  самозапуск может быть осуществлен без опасности их повреждения, и поэтому их защита должна быть отстроена от режима самозапуска. От возможности и длительности самозапуска асинхронных электродвигателей основных механизмов собственных нужд зависит бесперебойная работа тепловых электростанций. Если из-за большого снижения напряжения нельзя обеспечить самозапуск всех работающих электродвигателей, часть из них приходится отключать. Для этого используется специальная защита минимального напряжения, отключающая неответственные электродвигатели при снижении напряжения на их выводах до 60—70 % номинального. В случае обрыва одной из фаз обмотки статора электродвигатель продолжает работать. Частота вращения ротора при этом несколько уменьшается, а обмотки двух неповрежденных фаз перегружаются током в 1,5—2 раза большим номинального. Защита электродвигателя от работы на двух фазах применяется лишь на электродвигателях, защищенных предохранителями, если двухфазный режим работы может повлечь за собой повреждение электродвигателя.

На мощных тепловых электростанциях  в качестве привода для дымососов, дутьевых вентиляторов и циркуляционных насосов получили широкое распространение  двухскоростные асинхронные электродвигатели напряжением 6 кВ. Эти электродвигатели выполняются с двумя независимыми статорными обмотками, каждая из которых подключается через отдельный выключатель, причем обе статорные обмотки одновременно не могут быть включены, для чего в схемах управления предусмотрена специальная блокировка. Применение таких электродвигателей позволяет экономить электроэнергию путем изменения их частоты вращения в зависимости от нагрузки агрегата. На таких электродвигателях устанавливается по два комплекта релейной защиты.

В эксплуатации применяются  также схемы электропривода, предусматривающие  вращение механизма (например, шаровой  мельницы) двумя спаренными электродвигателями, которые присоединяются к одному выключателю. При этом все защиты являются общими для обоих электродвигателей, за исключением токовой защиты нулевой  последовательности, которая предусматривается  для каждого электродвигателя и  выполняется с помощью токовых  реле, подключенных к ТТ нулевой последовательности, установленным на каждом кабеле.

Защита асинхронных  ЭД от междуфазных к.з., перегрузок и замыканий на землю.

Для защиты от многофазных  КЗ электродвигателей мощностью до 5000 кВт обычно используется максимальная токовая отсечка. Наиболее просто токовую отсечку можно выполнить с реле прямого действия, встроенными в привод выключателя. С реле косвенною действия применяется одна из двух схем соединения ТТ и реле, приведенных на рис. 6.2 и 6.3. Отсечка выполняется с независимыми токовыми реле. Использование токовых реле с зависимой характеристикой (рис. 6 3) позволяет обеспечить с помощью одних и тех же реле защиту от КЗ и перегрузки. Ток срабатывания отсечки выбирается -по следующему выражению:

где kсх — коэффициент схемы, равный 1 для схемы на рис. 6.3 и v3 для схемы на рис. 6.2; Iпуск —пусковой ток электродвигателя.

Если ток срабатывания реле отстроен от пускового тока, отсечка, как правило, надежно отстроена  и от. тока, который электродвигатель посылает в сечь при внешнем КЗ.

Зная номинальный ток  электродвигателя Iном и кратность пускового тока kп, указываемую в каталогах, можно подсчитать пусковой ток по следующему выражению:

Рис. 6.2 Схема защиты электродвигателя токовой отсечкой с одним токовым  реле мгновенного действия: а — цепи тока, б — цепи оперативного постоянного тока

Как видно по осциллограмме, приведенной на рис. 6.4, на которой  показан пусковой ток электродвигателя питательного насоса, в первый момент пуска появляется кратковременный  пик намагничивающего тока, превышающий  пусковой ток электродвигателя. Для  отстройки от этого пика ток срабатывания отсечки выбирается с учетом коэффициента надежности: kн=1,8 для реле типа РТ-40, действующих через промежуточное реле; kн = 2 для реле типов ИТ-82, ИТ-84 (РТ-82, РТ-84), а также для реле прямого действия.

Рис. 6.3. Схема защиты электродвигателя от коротких замыканий и перегрузки с двумя реле типа РТ-84: 
а— цепи тока, б — цепи оперативного постоянного тока.

Т

Рис. 6 4. Осциллограмма пускового  тока электродвигателя.

токовую отсечку электродвигателей мощностью до 2000 кВт следует выполнять, как правило, по наиболее простой и дешевой однорелейной схеме (см. рис. 6.2). Однако недостатком этой схемы является более низкая чувствительность по сравнению с отсечкой, выполненной по схеме на рис. 6.3, к двухфазным КЗ между одной из фаз, на которых установлен ТТ, и фазой без ТТ. Это имеет место, так как ток срабатывания отсечки, выполненной по однорелейной схеме, согласно (6.1) в vЗ раз больше, чем в двухрелейной схеме. Поэтому на электродвигателях мощностью 2000—5000 кВт токовая отсечка для повышения чувствительности выполняется двухрелейной. Двухрелейную схему отсечки следует также применять на электродвигателях мощностью до 2000 кВт, если коэффициент чувствительности однорелейной схемы при двухфазном КЗ на выводах электродвигателя меньше двух.

На электродвигателях  мощностью 5000 кВт и более устанавливается  продольная дифференциальная защита, обеспечивающая более высокую чувствительность к КЗ на выводах и в обмотках электродвигателей. Эта защита выполняется в двухфазном или в трехфазном исполнении с реле типа РНТ-565 (аналогично защите генераторов). Ток срабатывания рекомендуется принимать 2Iном.