Релейная защита и автоматика систем электроснабжения промышленных предприятий

 

I_сз=K_отсдз·I_ном.дв =1,4·276=386,4   А,                                                      (5.2)

где: K_отсдз = l,4÷2,0 для защиты с реле РТМ и РТ-40. Чувствительность защиты определяется коэффициентом:

 

              K_Ч=I⁽²⁾_к.мин /(I_сз•K_сх)=4380/386,4•1,73=6,55≥2,0                                 (5.3.)              

    где: I⁽²⁾_к.мин - ток двухфазного к.з. на выводах электродвигателя.

Ток срабатывания реле:

 

                  I_ср=(K_cх•I_cз)/n_Т=1,73•386,4/60=11,14 А,                                             (5.4)

  где: K_cх =1,73 - при однорелейной ТО;

 K_cх =1,00 - при двухрелейной ТО.

Защита от замыканий на землю  предусматривается на электродвигателях  соответствующей мощности [3]: для Р≤2000 кВт ток срабатывания токовой защиты нулевой последовательности 1_СЗ ≤ 10 А; для Р ≥ 2000 кВт - 1_СЗ ≤ 5 А.

Дополнительно применяют схему контроля изоляции.

 

5.1.1. Защита от перегрузки.

В соответствии с [3] защита от перегрузки предусматривается на электродвигателях, подверженных перегрузке по технологическим причинам, а также на электродвигателях с особо тяжелыми условиями пуска и самозапуска длительностью 20 с и более. Перегрузка является симметричным режимом, поэтому защита от нее может быть выполнена одним реле, включенным в одну фазу электродвигателя. Выдержка времени защиты отстраивается от длительности пуска электродвигателя в нормальных режимах и самозапуска после действия УАВР и УАПВ, при этом наиболее удобны характеристики тепловых и индукционных реле [2].

Ток срабатывания МТЗ от перегрузки устанавливается из условий отстройки  от номинального тока электродвигателей:

I_сз=(K_отс·I_ном.дв)/K_в=1,05·276/0,85=340,94 А,

где: K_отс=1,05, K_в =0,85 для реле РТ-40 и РТ-80.

 

5.1.2. Минимальная защита  напряжения.

В общем случае защита выполняется  двухступенчатой. Первая ступень предназначена для облегчения самозапуска ответственных электродвигателей, она отключает электродвигатели неответственных механизмов. Напряжение срабатывания первой ступени устанавливается примерно равным

U_c3= 0,7U_HOMf=0,7·6=4,2 В,

а выдержка времени принимается  на ступень селективности больше времени действия быстродействующих  защит от многофазных коротких замыканий;

t_сз=0,5÷1,5 с .

Вторая ступень защиты отключает  часть электродвигателей ответственных механизмов, самозапуск которых недопустим по условиям техники безопасности или из-за особенностей технологического процесса. Напряжение срабатывания 2 ступени

 

U"_с3=0,5U_HOM=0,5·6=3 В,

а выдержка временипринимается  t"_с3=10÷15 с.

 

5.2. Защита низковольтных электродвигателей: 4A200S-6 и 4A315S-4.

Для защиты асинхронных  двигателей напряжением до 1 КВ. oт коротких замыканий применяются предохранители с плавкими вставками или расцепителями автоматических выключателей и тепловыми реле магнитных пускателей.

Выбор плавких вставок предохранителей  и уставок автоматов производится в следующей последовательности [2].

1. Номинальное  напряжение предохранителей и  автоматов должно быть не ниже напряжения сети.

2. Ток плавкой вставки и расцепителей автоматов выбирают с учетом следующего:

I_всном≥К_отc·I_ном.дв; I_всном1≥1,1·32=35,2  А; I_всном2≥1,1·170=187 А;

I_всном≥I_{пуск.дв}/К_пер ; I_всном≥224/2=112 А;   I_всном≥1190/2=595 А   ;                                                                                                                                                          

I_всном≤I_Кmin/(10..15); I_всном≤269/10=26,9 A; I_всном≤275/10=27,5 A;

    где: 1_{вс ном} - номинальный ток вставок предохранителей или автомата;

I_ном.дв -номинальный ток двигателя;

I_{пуск.дв} - пусковой ток двигателя;

I_{К min}- минимальный ток короткого замыкания;

К_отc= 1,1÷1,25 - коэффициент отстройки;

             К_пер =1,6÷2,5 - коэффициент перегрузки, зависит от условий пуска двигателя.

Выбираем предохранители: ПП 57-34: U_сети1=660 В; I_ВСном1=160 А ; ПП 57-39: U_сети2=660 В; I_ВСном2=630 А .

3. Ток уставки срабатывания электромагнитного расцепителя автомата мгновенного  действия   I_уэ принимается на  25÷30%  выше  пускового тока двигателя:

 

I_у.э.≥(1,25÷1,35)· 1_пуск,_дв;       I_у.э.≥1,25· 224=280 А;           I_у.э.≥1,25· 1190=1487,5 А;                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           

где: 1_пуск,_дв = (6 ÷7) • 1_ном._дв..

Ток уставки (срабатывания) теплового расцепителя автомата I_у.T или магнитного пускателя отстраивается от максимального рабочего тока, т. е.

I_у.T= (1,1 ÷1,3) • 1_ном._дв ; I_у.T= 1,1 • 32 =35,2  А; I_у.T= 1,1  • 170=187 А ;

Выбираем  автоматы: ВА 51Г31: I_{ном р}=63 А; ВА 51Г33: I_{ном р}=250 А

После выбора предохранителей  и автоматов необходимо убедиться, что плавкая вставка и расцепители автомата надежно защищают участок сети, на котором они установлены. В четырехпроводных сетях 380/220 В и 660/380 В с глухозаземленной нейтралью однофазное замыкание на землю является коротким замыканием и должно отключаться защитой.

 

6. РЕЛЕЙНАЯ  ЗАЩИТА ПОНИЖАЮЩИХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

 

6.1. Защита  трансформаторов от многофазных  коротких замыканий в обмотках  и на выводах

 

Для защиты от повреждений в обмотках и на выводах должны быть предусмотрены  следующие виды защит.

1. Продольная дифференциальная  защита на трансформаторах мощностью  6,3 МВА и более. Дифференциальная  защита может быть предусмотрена  на трансформаторах меньшей мощности, но не менее 1 МВА, если токовая отсечка не удовлетворяет требованиям чувствительности, а МТЗ имеет выдержку времени более 0,5 с.

2. Токовая отсечка без выдержки  времени, устанавливаемая со стороны  питания и охватывающая часть  обмотки трансформатора, если не  предусматривается дифференциальная защита.

 

6.1.1. Продольная  дифференциальная защита с реле  типа РНТ-565

 

Если чувствительность защиты с  реле типа РНТ-565 недостаточна, применяется  дифференциальная защита с торможением с реле типа ДЗТ-11.

Порядок расчета дифзащиты с реле РНТ-565 следующий.

1. Определяем первичные токи  для всех обмоток защищаемого  трансформатора, соответствующие его номинальной мощности:

I_н = S_н / (Ö3•U_н )                                                                                           (6.1)

I_{н вн} = 63000 / ( •230 ) = 158,33 А,

I_{н нн}= 63000 / ( •6,3 ) = 5780,35 А,

2. Выбираем типы трансформаторов  тока, их коэффициенты трансформации  и схемы соединений для всех  сторон защищаемого трансформатора. Коэффициенты трансформации целесообразно выбирать такими, чтобы вторичные токи в плечах защиты не превышали 5 А.

ВН: ТА  300/5,  к_т = 60,

НН: ТА 6000/5, к_т = 1200,

3. Определяем вторичные токи в  плечах защиты:

I_н2 = К⁽³⁾_сх•I_н / К_I ,                                                                                         (6.2)

 

где К⁽³⁾_сх - коэффициент схемы для симметричного режима.

I_{н2 вн} = •158,33 / 60 = 4,57 А,

I_{н2 нн} = 1•5780,35 / 1200 = 4,8 А,

4. Выбираем основную сторону  защищаемого трансформатора. За  основную принимаем сторону, которой соответствует наибольший из вторичных токов в плечах защиты – НН.

5. Рассчитывают первичный ток  срабатывания защиты I_сз . Отстройка от расчетного тока небаланса I_{нб.расч} при переходном режиме внешнего КЗ производится по выражению:

I_сз ³ К_отс•I_{нб.расч} ,                                                                                          (6.3)

где I_{нб.расч} представляет из себя сумму вида:

I_{нб.расч} = I^`_{нб.расч} + I^``_{нб.расч} + I^```_{нб.расч}  ,                                                          (6.4)

I^`_{нб.расч} - составляющая тока небаланса, обусловленная погрешностью трансформатора тока;

I^``_{нб.расч} - составляющая тока небаланса, обусловленная регулированием напряжения защищаемого трансформатора;

I^```_{нб.расч} - составляющая тока небаланса, обусловленная неточностью установки на реле расчетных чисел витков для неосновной стороны.

I^`_{нб.расч} = К_а•К_одн•e•I_к.макс ;                                                                         (6.5)

I^`_{нб.расч} = 1•1•0,1•41,71·10³ = 4171 А,

 

I^``_{нб.расч} = DU_*•I_к.макс ;                                                                                   (6.6)

I^``_{нб.расч} = 0,16•41,71·10³ = 6674 А,

I^```_{нб.расч} = ( w_расч - w_ф )•I_к.макс /w_расч ,                                                           (6.7)

  где     I_к.макс = I⁽³⁾_max(×)2ВН - периодическая составляющая тока, проходящего через трансформатор при расчетном внешнем КЗ, приведенного к основной стороне;

К_а =1 - коэффициент, учитывающий влияние на быстродействующие защиты переходных процессов при КЗ, которые сопровождаются прохождением апериодических составляющих в токе КЗ;

К_одн = 1 - коэффициент однотипности ТА;

e = 0.1 - погрешность ТА;

DU_* - половина регулировочного диапазона устройства РПН в о.е.;

w_расч - расчетное число витков обмотки насыщающегося трансформатора тока (НТТ) реле неосновной стороны;

w_ф - фактическое (целое) число витков обмотки НТТ неосновной стороны.

Так как число витков w_расч заранее не определено, вначале I_{нб.расч} рассчитываем как сумма двух составляющих:

I_{нб.расч} = I^`_{нб.расч} + I^``_{нб.расч} = 4171 + 6674 = 10845 А,                                 (6.8)

Отстройка от броска намагничивающего тока при включении трансформатора в холостом режиме или при восстановлении напряжения после отключения короткого замыкания производится по выражению:

I_сз ³ К_отс•I_н ,                                                                                                 (6.9)

где I_н - номинальный ток, соответствующий номинальному  напряжению среднего ответвления устройства РПН и номинальной мощности трансформатора (ток должен быть приведен к высокой стороне); К_отс = 1,3 - коэффициент отстройки от броска намагничивающего тока.

I_сз = К_отс•I_{нб.расч} =  1,3 •10845 = 14099 А,

I_н = S_н / ( •U_н ) = 63000 / •230= 158,33 А,

I_сз = К_отс•I_н = 1,3•158,33 = 205,83 А,

Из  двух значений, полученных по (6.3) и (6.9), принимается большее: I_сз = 14099 А.

6. Предварительная проверка чувствительности  выполняется по выражению:

                           К_ч = I⁽²⁾_к.мин• /I_сз  = 26890 • /14099 = 3,3> 2,          (6.10)

где      I^(m)_к.мин - минимальное значение периодической составляющей тока КЗ рассматриваемого вида (m) в защищаемой зоне (·)-2, приведенного к стороне основного питания (НН);

I_сз -ток срабатывания защиты, приведенный к стороне основного питания;

К^(m)_сх - коэффициент схемы, определяемый видом повреждения (m), схемой соединений ТА на стороне основного питания и схемой соединений обмоток защищаемого трансформатора.

Коэффициент чувствительности должен быть не менее 2 (ПУЭ).

7. Определяется ток срабатывания  реле, приведённый к основной  стороне (НН):

                                I_ср.осн = I_cp·К⁽³⁾_сх / К_I = 14099 · /1200 = 20,33 А.                    (6.11)

8. Определяется число витков обмотки  НТТ реле для основной стороны:

                                 w_{осн.расч.} = F_ср / I_ср.осн  = 100/20,33 = 4,92 ,                        (6.12)

где F_ср - магнитодвижущая сила (МДС) срабатывания реле РНТ-565, принимается равной 100 А.

Принимается ближайшее меньшее  число витков w_осн= 5 , которое может быть установлено на НТТ реле.