Защита от обрыва фазы

ЗУ от обрыва фазы устанавливаются в цепи фидера питания с берега и предназначены для его отключения при обрыве фазы. Тем самым исключается массовый выход из строя судовых 3-фазных АД вследствие перегрузки по току при работе в 1-фазном режиме. Этот вид защиты может быть построен на операционном усилителе DA типа 140УД1В (рис. 20.1, а).

Принцип действия ЗУ основан на сравнении двух напряжений: входного U_вх и опорного U_on, приложенных соответственно к инверсному 9 и прямому 10 входам. Напряжение U_вх получено при помощи схемы выпрямления на диодах VD1-VD3 и пропорционально току фидера питания с берега. Напряжение U_on создано током, протекающим по цепи: "+" 6,3 В - потенциометр RP1 - корпус, снимается с нижней части потенциометра. Дифференциальное входное напряжение U = U_вх - U_оп между входами 9 и 10 имеет полярность большего из этих напряжений.

При нормальном режиме работы береговой сети U_вх > U_on (рис. 41.2, б), поэтому напряжение U имеет полярность: "+" на входе 9, "-" на входе 10. Через входы усилителя DA протекает ток по цепи: "+" схемы выпрямления - R4- вход 9 - вход 10 - R5-RP1 - "-" схемы выпрямления. На выходе усилителя DA существует небольшое отрицательное напряжение U_вых1 (рис. 20.1, в), недостаточное для включения реле KV1.

При обрыве фазы токи в исправных фазах одинаковы по значению и сдвинуты на 180°. При этом в промежутках времени t входное напряжение уменьшается до значения U_вх < U_on (рис. 9.4, г), вследствие чего полярность напряжения U изменяется на обратную. Через входы усилителя DA потечет ток обратного направления по цепи: "+" 6,3 В -верхняя часть RP1-R5 - вход 10 - вход 9 - VD4 - корпус. На выходе усилителя DA напряжение скачком изменится от U_вых1 до U_вых2 (рис. 2, д). При этом включается реле KV1, замыкающее свои контакты в цепи независимого расцепителя АВ питания с берега, который отключает береговую сеть от судна.

Диодный ограничитель напряжения на диоде VD4 предназначен для ограничения напряжения на входе 9 до безопасного значения при токах перегрузки и КЗ в цепи фидера питания с берега. При номинальном токе фидера ток через VD4 не протекает, так как прямое напряжение на диоде меньше порогового, при котором диод открыт. При увеличении тока в цепи фидера увеличивается выпрямленное диодами VD1-VD3 напряжение, вследствие чего напряжение на R4 становится больше порогового. Через резистор R4 и открытый диод протекает ток, создающий на VD4 практически неизменное напряжение. Последнее объясняется тем, что при увеличении выпрямленного напряжения одновременно возрастает падение напряжения на R4.

Рисунок 20.1 – Принципиальная схема защитного устройства от обрыва фазы (в) и графики напряжений (б, в, г, д)

Избирательность защиты электрических сетей. Это свойство защиты состоит в отключении в кратчайшее время поврежденного участка сети с сохранением бесперебойного снабжения электроэнергией остальных. Пусть работу приемников электроэнергии обеспечивает генератор G2, а генератор G1 отключен (рис. 20.2, а). Включены АВ: генератора QF4, секционный QF3, распределительного щита QF2 и отдельного приемника QF1. Точками К1-К4 обозначены возможные места (ступени) КЗ. При КЗ на любой из ступеней должен отключиться только один из перечисленных АВ. Избирательность защиты сети можно получить настройкой ЗУ по времени отключения или току срабатывания.

Рисунок 20.2. Избирательная защита участков электрической сети: а — принципиальная схема; б — временная диаграмма

Избирательность защиты по времени отключения достигается при выполнении условия t₁ < t₂ < ... < t_n, где t₁ t₂, . . ., t_n - время отключения АВ на соответствующем участке сети. Таким образом, быстрее остальных должен отключаться АВ, наиболее удаленный от генератора. Например, при КЗ в точке К1 первым должен отключиться выключатель QF1 (рис. 20.2, б). Нарушение этого условия приводит к необоснованному отключению неповрежденных участков сети и затрудняет поиск поврежденного участка.

Избирательность защиты по времени невозможно обеспечить при помощи установочных АВ, отключающих токи КЗ практически мгновенно, так как собственное время срабатывания всех аппаратов этого типа примерно одинаково и не регулируется. Поэтому установочные АВ применяют для защиты наиболее удаленных от генераторов участков электрической сети (в основном фидеров с приемниками электроэнергии). Создать систему избирательной защиты по времени позволяют селективные АВ типов AM и АМ-М, снабженные замедлителями расцепления с уставками на срабатывание в зоне токов КЗ: 0,18; 0,38; 0,63 и 1,0 с. Указанные уставки обеспечивают возможность построения 5-ступенной системы защиты по времени при условии, что на последней ступени применен установочный АВ с собственным временем срабатывания t_авт < 0,03 с.

Избирательность по времени можно получить при помощи предохранителей. Для этого необходимо, чтобы номинальные токи плавких вставок предохранителей на защищенных смежных участках сети отличались не менее чем на 3-4 ступени применяемого рода номинальных токов: 6, 10, 15, 20, 25, 60, 80, 100, 125, 160, 200, 225, 300, 350, 430, 500 и 600 А.

Избирательность защиты по току срабатывания достигается при выполнении условия i₁ < i₂ < . . . < i_n, где i₁, i₂. ….. i_n - токи срабатывания (отключения) ЗУ на отдельных участках сети. Таким образом, ток отключения ЗУ должен уменьшаться по ступеням защиты в направлении от источника электроэнергии к приемникам. Однако практически добиться полной избирательности по току не всегда возможно вследствие того, что токи КЗ отдельных участков электрической сети могут достигать значений, при которых происходит одновременное отключение АВ на двух-трех защищаемых смежных участках.