Пример расчета дифзащиты (взят из фирменных материалов)

Исходные материалы:

двухобмоточный трансформатор (рис. 5.6) номинальной мощности S_тном = 2,5 МВ·А, номинальные напряжения обмоток 1 и 2 U_n1 = 20,8 кВ, U_n2 = 420 В; пиковый пусковой ток I_in2 = 9,6I_n; 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

А;

кА.

Датчики тока допускают перегрузку 115% при работе РПН

А;

кА.

Основное условие для датчиков тока:

; .

; .

В соответствии с этими двумя ограничениями выбираем значения:

I_TTn1=100; I_TTn2=4 кА.

Пусковые токи обмоток

А; кА.

Определяем кратности токов

; .

Для датчика тока обмотки 1 предельная кратность

K_1пред = 3·6,7 = 20;

для датчика тока обмотки 2

K_2пред = 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 отсечки

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

,

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

Погрешность датчика тока , погрешность реле.

Таким образом, минимальный ток срабатывания в первой зоне при допустимом пределе

.

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

Третий участок по рекомендации фирмы должен иметь наклон 70%, начиная с 6I_n1.

Уставка дифференциальной отсечки выбирается больше пускового тока

.

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

5.2. Защиты 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, а также для электродвигателей мощностью менее 2 МВт, когда защита по п.1 не удовлетворяют 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.

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 0,7U_ном, выдержка времени 0,51 с, действует на отключение неответственных электродвигателей для обеспечения самозапуска электродвигателей ответственных механизмов.

Вторая ступень – уставка по напряжению 0,5U_ном, 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 0,25U_ном, 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

,

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

I_расч – расчетный ток, принимается большим из значений I_{нс вкл} и I_пуск.

Ток несинхронного включения

,

где U_с и x_с – напряжение и сопротивление системы;

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

,

где U₀ – напряжение электродвигателя до момента снятия напряжения, кВ;

cosφ_ном – номинальный коэффициент мощности;

I₀ – ток до момента снятия напряжения, кА;

x_ад – сопротивление электродвигателя, Ом.

,

где K_пуск – кратность пуска;

U_{ном д}, S_{ном д} – номинальные напряжение и мощность электродвигателя.

Пусковой ток электродвигателя , гдеI_{ном д} – номинальный ток электродвигателя.

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

SPAD346C состоит из трех модулей:

- модуль дифференциального реле SPCD3D53;

- модуль реле защиты от замыканий на землю SPCD2D55;

- модуль 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.

Дифференциальный ток , тормозной ток, где,– 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

,

где К_отс =1,8 – коэффициент отстройки;

К_б – коэффициент, учитывающий бросок собственного емкостного тока присоединения в начальный момент внешнего замыкания на землю;– для цифровой защиты, но эту величину следует уточнить по инструкции фирмы-изготовителя;

I_c – утроенное значение собственного емкостного тока присоединения.

,

где I_{c дв} – емкостной ток электродвигателя;

I_{c 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 электродвигателя 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.