Принципы настройки комплексной защиты электродвигателя

Thread Content

Последнее изменение в этом посте было сделано пользователем jennifer12580 13.09.2016 в 09:19. Принципы настройки комплексной защиты электродвигателя: 1) Защита от перегрузок по принципу дифференциального тока. Настройка осуществляется с учетом максимального временного тока, возникающего при запуске электродвигателя без нагрузки, а также максимального значения несбалансированного тока при коротком замыкании. Обычно используется формула: Idz = KIe/n. Где: Idz – ток, при котором срабатывает защита; Ie – номинальный ток электродвигателя; K – коэффициент, обычно составляющий 6–12. 2) Защита по принципу продольного дифференцирования. 1) Настройка минимального тока, при котором срабатывает защита. Минимальный ток должен быть больше, чем несбалансированный ток, возникающий во время запуска электродвигателя: Idz.min = KKΔmIe/n. Где: Ie – номинальный ток электродвигателя; n – коэффициент трансформации тока; KK – коэффициент надежности, обычно составляющий 3–4; Δm – погрешность, возникающая из-за неполного соответствия коэффициентов трансформации тока, обычно равна 0,1. В практических расчетах можно использовать значение Idz.min = (0,3–0,6)Ie/n. 2) Коэффициент торможения K рассчитывается с учетом условия, при котором дифференциальная защита не будет срабатывать при максимальном внешнем коротком замыкании. Максимальный коэффициент торможения рассчитывается по формуле: Kmax = KKKfzq · Ktx · Kc. Где: Ktx – коэффициент однотипности трансформатора тока; Ktx = 0,5. KK – коэффициент надежности; его значение составляет 2–3. Kc – относительная погрешность трансформатора тока; ее значение составляет 0,1. Kfzq – коэффициент непериодических компонентов; его значение составляет 1,5–2,0. Рассчитанное значение Kmax равно 0,3. Однако с учетом эффектов насыщения трансформатора тока и искажений его временных характеристик, в практических расчетах можно использовать значение K в диапазоне 0,5–1,0.

3) Защита от быстрого прерывания тока фазы
1) Максимальное значение тока, при котором срабатывает защита, Isdg: Isdg = Kk / Ist. Где Ist – ток запуска двигателя (А). Kk – коэффициент надежности; его значение может составлять 1,3.
2) Минимальное значение тока, при котором срабатывает защита, Isdd: его значение может составлять 0,7–0,8·Isdg; обычно используется значение 0,7·Isdg.
3) Время срабатывания защиты, tsd: если в цепи двигателя используется вакуумный или маломасляный выключатель, то tsd = 0,06 секунд. Если же в цепи используется выключатель типа FC, то необходимо установить соответствующую задержку, чтобы предохранитель сработал раньше, чем защита от быстрого прерывания тока. 4. Время запуска электродвигателя tqd определяется на основе фактического времени его запуска с учетом соответствующего запаса; можно принять значение tqd = 1,2 раза больше фактического времени запуска. 5. Защита от тока в негативном направлении
1) Ток, при котором срабатывает защита в негативном направлении, I2dz. Значение I2dz определяется с учетом допустимого уровня тока в негативном направлении в условиях нормальной работы. Как правило, для защиты от отсутствия фазы или серьезного дисбаланса мощностей можно использовать значение I2dz = (0,6–0,8)Ie. Для более чувствительной защиты от дисбаланса можно использовать значение I2dz = (0,2–0,4)Ie.
2) Постоянное время срабатывания защиты в негативном направлении T2. При коротком замыкании двух фаз на шине в цепях двигателей возникает значительный ток в негативном направлении. Поэтому значение T2 должно быть больше максимального времени отключения при коротком замыкании двух фаз. В цепи FC необходимо избегать срабатывания предохранителя при асимметричном коротком замыкании, то есть защита от негативных последствий не должна срабатывать раньше, чем сгорит предохранитель. 3) Устанавливаются два уровня защиты с временными интервалами действия: 6. Защита от замыкания на землю. Ток, при котором начинается действие устройства защиты двигателя, определяется с учетом необходимости избежания протекания емкостного тока через защищаемые элементы в случае однофазного замыкания на землю снаружи защищаемой цепи. Кроме того, значение тока Idz определяется с учетом минимального коэффициента чувствительности 1,25: Idz ≥ Kk·Icx, где Idz ≤ (Ic∑ – Icx)/1,25. В формулах: Icx – емкостный ток, протекающий через защищаемые элементы при однофазном замыкании на землю снаружи цепи; Ic∑ – общий емкостный ток однофазного замыкания в сети; Kk – коэффициент надежности, который может составлять от 4 до 5. 7. Защита от перегрева. Защита от перегрева основана на двух параметрах: времени разогрева Tfr и времени охлаждения Tsr. 1) Константа времени нагрева Tfr. Константу времени нагрева Tfr должен указать производитель двигателя. Если производитель не указывает этого значения, его можно оценить с помощью одного из следующих методов. Значение Tfr оценивается на основе данных о способности двигателя к перегрузке, предоставленных производителем. Если двигатель может работать при перегрузке в X раз в течение t секунд, то формула будет выглядеть так: Tfr = (X² – 1,052) × t. Если имеется несколько наборов данных о способности к перегрузке, берется наименьшее из полученных значений Tfr. B. Если известны показатель прироста температуры двигателя и плотность тока, то значение Tfr можно рассчитать по следующей формуле:
Tfr = (150×θe) × (θM / θe – 1) / (1,05×Je²).
Здесь:
θe – допустимый прирост температуры обмоток статора;
θM – предельный прирост температуры изоляционного материала двигателя;
Je – допустимая плотность тока в обмотках статора.
Например, если двигатель имеет изоляцию класса B, то его предельный прирост температуры θM составляет 80°C, а допустимый прирост температуры обмоток статора θe – 45°C. Плотность тока в обмотках статора Je равна 3,5 А/мм². Тогда:
Tfr = { (150×45) / (1,05×3,5²) } × (80/45–1) = 408 секунд.

C. Константа времени нагрева Tfr определяется на основе прироста температуры статора при запуске двигателя:
Tfr = (θ×Ist²×tst) / θ1st.
Здесь:
θ – стабильный прирост температуры двигателя при непрерывной работе;
Ist – коэффициент запускового тока;
tst – время запуска двигателя;
θ1st – прирост температуры обмоток статора во время запуска.

D. Значение Tfr можно оценить на основе правил эксплуатации двигателя. Например, если предусмотрено, что количество последовательных запусков двигателя от холодного состояния до полной скорости не должно превышать двух раз, и известны коэффициент запускового тока Ist и время запуска tst, то:
Tfr ≤ 2 × (Ist²–1,05²) × tst.

2) Время охлаждения Tsr определяется как время, необходимое для возвращения двигателя к нормальному состоянию после перегрева. 8. Защита от повторного запуска при перегреве двигателя. Значение порога перегрева θb задается с учетом возможности успешного повторного запуска двигателя в нормальных условиях; обычно принимается значение θb = 0,5. 9. Защита от длительного запуска. Защита от длительного запуска связана с двумя параметрами: номинальным током запуска электродвигателя Iqde и допустимым временем пробуксовки электродвигателя tyd. 1) Номинальный ток запуска двигателя Iqde принимается равным току запуска двигателя в условиях его номинальной работы (А). 2) Время, в течение которого двигатель может находиться в состоянии застревания, tyd, определяется как максимально допустимое безопасное время застревания двигателя (S). 10. Защита от тока перегрузки в нормальном направлении. Защита от тока перегрузки в нормальном направлении включает два параметра: ток, при котором срабатывает защита, I1g1, и время срабатывания защиты, t1g1. 1) Ток срабатывания защиты от перегрузки по прямой последовательности I1gl обычно выбирается как I1gl = (1,5–2,0) Ie.
2) Время срабатывания защиты от перегрузки по прямой последовательности t1gl обычно выбирается как t1gl = (1,5–2,0) tyd.

11. Защита от пониженного напряжения
1) Уставка пониженного напряжения определяется исходя из условий отключения несущественных электродвигателей:
Для электростанций средней температуры и давления: Udz = 60–65% Ue;
Для электростанций высокой температуры и давления: Udz = 65–70%.
Для обеспечения самозапуска важных электродвигателей минимальное время задержки составляет t = 0,5 сек.
2) Уставка пониженного напряжения определяется с учетом минимально допустимого напряжения на шинах питания при самозапуске электродвигателей, а также с учетом коэффициента надежности и коэффициента возврата реле напряжения:
Для электростанций средней температуры и давления: Udz = (60–65%) Ue / KKKf; обычно принимается значение 40% Ue.
Для электростанций высокой температуры и давления: Udz = (65–70%) Ue / KKKf; обычно принимается значение 45% Ue.
Уставка выбирается так, чтобы обеспечить техническую безопасность и соответствие особенностям технологического процесса; время задержки достаточно велико – отключение электродвигателя происходит лишь при длительном снижении или исчезновении напряжения. Обычно принимается значение t = 9 сек.

Принципы настройки защит трансформаторов
1. Защита от дифференциального тока
Уставка определяется с учетом необходимости исключения воздействия тока намагничивания при включении трансформатора без нагрузки, а также максимального несимметричного тока при внешних коротких замыканиях. Обычно принимается значение: Idz = K Ie / n.
Где:
Idz – ток срабатывания защиты;
Ie – номинальный ток трансформатора;
K – коэффициент;
Для трансформаторов мощностью до 6300 кВА: 7–12;
Для трансформаторов мощностью 6300–31500 кВА: 4,5–7,0;
Для трансформаторов мощностью 40000–120000 кВА: 3,0–6,0;
Для трансформаторов мощностью 120000 кВА: 2,0–5,0.

2. Продольная дифференциальная защита
1) Определение минимального тока срабатывания защиты
Минимальный ток срабатывания должен быть больше несимметричного тока при номинальной нагрузке на трансформатор:
Idz.min = KK (Kc + ΔU + Δm) Ie / n.
Где:
Ie – номинальный ток трансформатора;
n – коэффициент трансформации тока;
KK – коэффициент надежности, обычно принимается равным 1,3–1,5;
Kc – погрешность токового трансформатора; для типов 10P принимается значение 0,03×2, для типов 5P и TP – 0,01×2;
ΔU – погрешность, возникающая при регулировании напряжения; принимается равным максимальному отклонению от номинального значения в диапазоне регулирования;
Δm – погрешность, возникающая из-за несовпадения коэффициентов трансформации токовых трансформаторов; обычно принимается значение 0,05.
В практических расчетах можно принять значение Idz.min = (0,3–0,5) Ie / n. 2) Регулировка коэффициента замедления K. Ток срабатывания защиты от разницы токов должен быть больше, чем ток дисбаланса, протекающий по дифференциальной цепи при внешнем коротком замыкании. Ibph=(Kfzq Ktx Kc+ΔU+Δm)IK.max/n, где: Ktx – коэффициент однотипности трансформатора тока; Ktx=1,0. IK.max – максимальная периодическая составляющая тока при внешнем замыкании. Kfzq – коэффициент непериодических составляющих; если трансформаторы тока обоих типов относятся к классу TP, то этот коэффициент равен 1,0; если же трансформаторы тока обоих типов относятся к классу P, то этот коэффициент составляет 1,5–2,0. ΔU: Ошибка, возникающая в результате регулировки напряжения трансформатора; берется максимальное отклонение от номинального значения в диапазоне регулировки.
Δm: Ошибка, возникающая из-за того, что коэффициенты трансформации токовых трансформаторов не совпадают полностью; обычно принимается значение 0,05.
KK: Коэффициент надежности; принимается значение в диапазоне 1,3–1,5.
Ток, при котором срабатывает защита от дифференциальных токов: Idz.max = KK · Ibph.max.
Максимальный коэффициент торможения: Kmax = Idz.max / Izd.max. Когда Izd.max = IK.max, то Kmax = KK · Ibph.max / IK.max.
Здесь: IK.max – максимальный ток короткого замыкания. В практических расчетах можно использовать значение K = 0,3–1,0.
3) Установка коэффициента торможения вторичными гармониками: обычно принимается значение 15%–20%.
4) Установка угла прерывания тока: угол блокировки может составлять 60°–70°.
3. Защита от дифференциальных токов нулевой последовательности: при использовании защиты с коэффициентным торможением все происходит так же, как и при использовании защиты от продольных токов. ΔU=0. При использовании регулировки без дифференциальной защиты с коэффициентом торможения. 1) Значение Idz.0 определяется с учетом несбалансированного тока при избегании внешнего однофазного замыкания на землю по формуле: Idz.0 = KK(Kfzq · Ktx · Kc + Δm) · 3I0.max/n. Где: Idz.0 – ток, при котором срабатывает защита от дифференциальных токов нулевой последовательности; Ktx – коэффициент однотипности трансформаторов тока; при однотипности он равен 0,5, а при различной типологии – 1,0; KK – коэффициент надежности, значение которого составляет 1,3–1,5; Kc – относительная погрешность трансформаторов тока, значение которой составляет 0,1; Kfzq – коэффициент непериодических компонентов; если трансформаторы тока обоих концов относятся к классу TP, то этот коэффициент равен 1,0, а если они относятся к классу P, то его значение составляет 1,5–2,0. Δm: Ошибка, возникающая из-за неполного совпадения соотношений трансформаторов тока; обычно принимается значение 0,05.
3I0.max: Тройное значение максимального однофазного или двухфазного тока короткого замыкания за пределами зоны защиты.
2) Значение Idz.0 определяется с учетом несбалансированного тока при внешнем трехфазном коротком замыкании:
Idz.0 = KKKfzq × Ktx × Kc × IK.max/n
Где:
Ktx – коэффициент однотипности трансформаторов; при однотипных трансформаторах принимается значение 0,5, при разнотипных – 1,0.
KK – коэффициент надежности; принимается значение от 1,3 до 1,5.
Kc – коэффициент относительной погрешности трансформатора тока; принимается значение 0,1.
Kfzq – коэффициент непериодических составляющих тока; при однотипных трансформаторах принимается значение 1,0, при трансформаторах класса P с обеих сторон – значение от 1,5 до 2,0. IK.max: Максимальный внешний ток короткого замыкания трех фаз. 3) Регулировка параметров с учетом тока нулевой последовательности, возникающего в результате импульсного тока возбуждения; обычно берется значение Idz.0 = (0,3–0,4)·Ie/n. Также проверяется чувствительность защиты при металлическом замыкании на землю в зоне действия защиты нулевой последовательности. 4) Расчет параметров защиты от быстрого протекания тока: 1) Регулировка параметров с учетом тока короткого замыкания трех фаз на низковольтной стороне трансформатора: Idz.gl ≥ (KkKjx/Kf)·Kzq·(Ie/n). Kk – коэффициент надежности; его значение составляет 1,2–1,3 ； Kf: коэффициент возврата, значение от 0,8 до 0,95 ； Kzq: коэффициент самостарта нагрузки, принимается в пределах от 1,2 до 1,5 ； Kjx: Коэффициент подключения; n: Изменение тока в трансформаторе тока. 2) Рассчитывается исходя из суммы максимальных токов запуска всех электродвигателей, которые должны запуститься автоматически на соответствующих ветвях сети. Формула: Idz.gl = (KkKjx/Kf)×Kzqd×(Ie/n). Kk – коэффициент надежности; Kzq – коэффициент перенапряжения, возникающего при повторном запуске всех электродвигателей, которые должны запуститься автоматически. Этот коэффициент можно оценить с помощью приведенной выше формулы. 3) Калибровка по чувствительности: Klm = I(2)d.min/Idz.gl(n), где I(2)d.min — минимальный ток короткого замыкания двух фаз при неисправности на низковольтной стороне трансформатора ； Klm: Чувствительность при неисправностях на низковольтной стороне трансформатора. Обычно время срабатывания защиты от перегрузок задается следующим образом: tfz: Время срабатывания низковольтного выключателя ； tdz = tfz.max + △t Время срабатывания должно быть на величину △t меньше времени срабатывания защиты от перегрузки более высокого уровня (при этом △t принимается равным 0,5 сек.). Обычно время срабатывания предохранителей при низком напряжении для отключения неисправностей составляет около 0,1 секунды; поэтому время срабатывания при перегрузке должно быть больше 0,5–0,8 секунды. △t: Разница во времени; принимаем △t = 0,5 с. 5. Расчет параметров защиты от избыточного тока нулевой последовательности на низковольтной стороне. 1) Определение максимального значения несбалансированного тока, проходящего по нейтральному проводу низковольтной стороны трансформатора в условиях нормальной работы: Idz = Kk·(0,25Ie). Kk – коэффициент надежности; принимаем его значение равным 1,2 ； То есть: номинальный ток трансформатора. 2) Настройка в соответствии с током, при котором срабатывает защита соседних элементов. а) Когда у низковольтного трансформатора нет ответвлений, настройка осуществляется в соответствии с защитой низковольтных двигателей: Idz = Kk·Kph·Kqd·Ie. Здесь Kk – коэффициент надежности, принимается равным 1,2; Kph – коэффициент согласования, принимается равным 1,1; Kqd – коэффициент самостарта (коэффициент, умножающий ток запуска двигателя), принимается равным 5; Ie – максимальный номинальный ток двигателя. б) Когда у низковольтного трансформатора есть ответвления, настройка осуществляется в соответствии с защитой от нулевого тока на этих ответвлениях: Idz = Kph·Kqd·fz. Здесь Kph – коэффициент согласования, принимается равным 1,1; Kqd·fz – ток, при котором срабатывает защита от нулевого тока на ответвлениях. в) Проверка чувствительности: Klm = I(1)d.min/Idz. Здесь I(1)d.min – значение тока, проходящего через трансформатор при однофазном замыкании на низковольтной стороне трансформатора в условиях минимальной нагрузки. Требуется, чтобы Klm находилось в диапазоне 1,5–2. г) Настройка времени срабатывания защиты от нулевого тока на низковольтной стороне: настройка осуществляется в соответствии с защитой от быстрого перегрузочного тока на низковольтной стороне: Tgldz = t0,4/sddz+△T. 6. Защита от перегрузки на высоковольтной стороне IG. Ток, при котором срабатывает защита от симметричной перегрузки, определяется с учетом необходимости избежания превышения номинального тока: Idz = Kk/KF×(Ie/n). Здесь I2 – ток отрицательной последовательности у низковольтного трансформатора; Kk – коэффициент надежности, принимается равным 1,05; KF – коэффициент возврата, принимается равным 0,85; Ie/n – номинальный ток на стороне установки защиты. 7. Защита от тока отрицательной последовательности. 1) Ток, при котором срабатывает защита от отрицательной последовательности, I2dz, определяется с учетом необходимости избежания превышения допустимого уровня тока отрицательной последовательности в условиях нормальной работы (например, при асимметрии напряжения на шине может возникать ток отрицательной последовательности). В общем случае, при серьезных нарушениях баланса тока, таких как отсутствие фазы или обратное соотношение фаз, в качестве параметра чувствительности защиты можно использовать значение I2dz = (0,8–1,0) Ie. Для защиты от негативного тока можно использовать значение I2dz = (0,2–0,4) Ie. 2) Постоянная времени срабатывания защиты от негативного тока T2 должна быть установлена так, чтобы она превышала максимальное время отключения при двухфазном коротком замыкании. Это связано с тем, что при двухфазном коротком замыкании в цепях двигателей возникает значительный негативный ток. В цепи FC необходимо избегать срабатывания предохранителя при асимметричном коротком замыкании, то есть защита от негативных последствий не должна срабатывать раньше, чем сгорит предохранитель. Принципы настройки комплексной защиты ответвлений электроснабжения

1. Защита от токов короткого замыкания с фиксированным временем срабатывания
1) Значение тока срабатывания Idz определяется так, чтобы оно было больше максимального трехфазного тока короткого замыкания на конце соседнего элемента или значения тока срабатывания защиты от токов короткого замыкания соседнего элемента. Выбирается большее из этих двух значений. Idz = Kk * Kjx * Id.max(3) / n, где:
Kk – коэффициент надежности; обычно принимается равным 1,2–1,5.
Id.max(3) – установившийся трехфазный ток короткого замыкания на конце соседнего элемента в условиях максимальной нагрузки.
Kjx – коэффициент соединения; при подключении к фазному току принимается равным 1, при подключении к разности фазных токов – √3.
n – коэффициент трансформации токоизмерительного трансформатора.
2) Время срабатывания tsd должно быть больше времени срабатывания защиты от токов короткого замыкания соседнего элемента. Обычно принимается значение 0,5–0,7 секунд.
3) Проверка чувствительности: при коротком замыкании на конце линии Km = Id.min(2) / Idz.

2. Защита от перегрузок
1) Значение тока срабатывания Idz определяется так, чтобы оно было больше суммы максимальных пусковых токов всех электродвигателей, которые необходимо запустить автоматически. Idz = KK * Kzq * Ie, где:
KK – коэффициент надежности; обычно принимается равным 1,2.
Ie – номинальный ток трансформатора или линии.
Kzq = 1 / (Ud% / 100 + Se / Kqd * Sd∑); здесь Ud% – процентное значение импеданса трансформатора; Se – номинальная мощность трансформатора; Sd∑ – суммарная мощность всех электродвигателей, которые необходимо запустить автоматически; Kqd – коэффициент увеличения тока при пуске электродвигателя; обычно принимается равным 5.
2) Проверка чувствительности: при коротком замыкании на конце линии Km = Id.min(2) / Idz.

3. Защита от перегрузок по току
Значение тока срабатывания Idz определяется исходя из номинального тока нагрузки: Idz = Kk * Ie / n * KF, где:
Kk – коэффициент надежности; обычно принимается равным 1,1–1,2.
Ie – номинальный ток трансформатора или линии.
n – коэффициент трансформации токоизмерительного трансформатора.
KF – коэффициент возврата; обычно принимается равным 0,85.

4. Защита от утечек тока на землю
Значение тока срабатывания защиты определяется так, чтобы оно было больше емкостного тока, протекающего через защищаемый элемент при однофазном замыкании на землю вне данного ответвления, а также с учетом минимального коэффициента чувствительности, равного 1,25. Idz ≥ Kk * Icx; Idz ≤ (Ic∑ - Icx) / 1,25, где:
Icx – емкостный ток, протекающий через защищаемый элемент при однофазном замыкании на землю вне данного ответвления.
Ic∑ – суммарный емкостный ток однофазных замыканий на землю в сети.
Kk – коэффициент надежности; обычно принимается равным 4–5