Розрахунок уставок для цифрових пристроїв релейного захисту

1. Розрахунок уставок струмового відсічення для електродвигунів
2. Вихідні дані для розрахунку
3. література

Параметри спрацювання будь-якого пристрою релейного захисту повинні відповідати вимогам, викладеним ПУЕ [1] (див. Глави 3.2, 5.3).

Для правильного вибору уставок спрацьовування в керівництві з експлуатації цифрових пристроїв релейного захисту, що випускаються НТЦ «Механотроніка», традиційно наводилися методики їх розрахунку тільки для найбільш складних алгоритмів захисту.

У зв'язку зі значним збільшенням кількості випущених цифрових пристроїв і висуненням нових вимог організаціями, які проводять атестацію цифрових пристроїв для застосування їх на об'єктах ВАТ «ФСК ЄЕС», в експлуатаційну документацію були введені методики розрахунку уставок для всіх алгоритмів захисту, передбачених в цифрових пристроях виробництва НТЦ « механотроніка ».

Для цього підприємство розробило методичні вказівки за розрахунками уставок, які повністю враховують:

• вимоги і рекомендації, викладені в ПУЕ;
• особливості алгоритмів захисту, що використовуються в цифрових блоках серій БМРЗ і БМРЗ-100.

Розробка методичних вказівок була виконана фахівцями НТЦ «Механотроніка» за участю к.т.н. Соловйова А.Л., завідувача кафедрою релейного захисту та автоматики електричних станцій, мереж і систем Петербурзького Енергетичного інституту підвищення кваліфікації.

Ця публікація відкриває серію статей в яких наведені методики розрахунку уставок, ілюстровані практичними прикладами.

Розрахунок уставок струмового відсічення для електродвигунів

Згідно ПУЕ [1] однорелейная струмовий відсічення [1], що захищає від багатофазних замикань, в обов'язковому порядку повинна бути передбачена для електродвигунів потужністю менше 2 МВт.

У тих випадках, коли однорелейная струмовий відсічення не задовольняє вимогам чутливості, то для захисту електродвигунів потужністю менше 2 МВт можна використовувати дворелейним струмовий відсічення.

Відразу необхідно зазначити, що однорелейная струмове відсічення, в якій використаний сигнал, одержуваний як різниця струмів двох фаз, має в раз гіршу чутливість, ніж дворелейним схема з двома трансформаторами струму [2].

ПУЕ рекомендує застосовувати дворелейним струмовий відсічення для захисту електродвигунів потужністю 2 МВт і більше, мають захист від однофазних замикань на землю, що діє на відключення.

Якщо ж захист від однофазних замикань на землю відсутній, то для електродвигунів потужністю 2 МВт і більше слід застосовувати трирелейним струмовий відсічення з трьома трансформаторами струму.

ПУЕ допускає застосовувати дворелейним струмовий відсічення для захисту електродвигунів потужністю 2 МВт і більше, які не мають захисту від однофазних замикань на землю. Однак в цьому випадку необхідно додатково передбачити захист від подвійних замикань на землю.

Найбільш просто і повно всі вимоги, викладені в ПУЕ, реалізуються при використанні серійно випускаються пристроїв БМРЗ і БМРЗ-100 призначених для захисту синхронних і асинхронних електродвигунів. У ряді виняткових випадків для цих же цілей можливо застосувати пристрої БМРЗ і БМРЗ-100 для захисту кабельних і повітряних ліній.

Для захисту асинхронних і синхронних електродвигунів використовується перший ступінь алгоритму максимального струмового захисту МТЗ з нульовою витримкою часу.

Спрощена функціональна схема цього алгоритму наведена на рис. 1.

Мал. 1 Схема алгоритму максимального струмового захисту
(ТО - перша сходинка МТЗ) по [4]

При перевищенні будь-яким з фазних струмів IA, IB, IC уставки відповідного компаратора 1-3 виникає сигнал «Пуск I>» [2] і при відсутності блокуючих сигналів починає відлік часу елемент витримки часу 5.

При використанні першого ступеня МТЗ як струмового відсічення ТО витримка часу встановлюється рівною нулю. Тому сигнал «Вимкнути. I> »на виході алгоритму з'являється після сигналу« Пуск I> »без тимчасової затримки.

Блокування спрацьовування будь-якого ступеня МТЗ виконується елементом 4 як зовнішнім сигналом, так і в циклі АПВ. Сигнал блокування надходить на елемент 13.

У зв'язку з тим, що в даному алгоритмі встановлюється нульове значення витримки часу, то необхідність прискорення спрацьовування алгоритму (при ручному включенні вимикача або в циклі АПВ) відсутній

У пристроях серій БМРЗ і БМРЗ-100 передбачено необхідну кількість цифрових реле максимального струму для кожної фази, тому застосування передбаченої в ПУЕ відсічення у вигляді однорелейной схеми на наш погляд так само недоцільно.

Розгляд методики розрахунку уставок для ТО супроводжується практичними прикладами, в яких використовується асинхронний двошвидкісний двигун АДО-1600 / 1000-10 / 12 з прямим пуском на 1-й швидкості.

Вихідні дані для розрахунку

Двигун бере участь в процесі самозапуску, який може здійснюватися як на 1-ій, так і на 2-ий швидкості.

Максимальний опір струмових ланцюгів з боку харчування електродвигуна (проектне значення) - не більше 0,5 Ом.

Для розрахунку уставок струмового відсічення необхідно знати номінальний струм електродвигуна. Якщо значення цієї характеристики не наведено в документації двигуна, визначити його можна за формулою (1):

А
(1)

де - номінальна потужність електродвигуна, кВт; - номінальна лінійна чинне напруга двигуна, кВ; - номінальний ККД електродвигуна; - номінальний коефіцієнт потужності електродвигуна.

приклад

1.1 Значення номінального струму для обраного нами електродвигуна при роботі на 1-й швидкості згідно з формулою (1) дорівнюватиме:

А
(1.1)

1.2 Номінальний струм обраного нами електродвигуна при роботі на 2-ий швидкості визначимо також за формулою (1):

А
(1.2)

За номінального струму електродвигуна необхідно вибрати трансформатори струму (сигнал з їх вторинних обмоток надходить на струмові входи IA, IB, IC цифрового пристрою, показані на рис. 1) з таким коефіцієнтом трансформації, щоб при номінальному струмі електродвигуна вторинний струм не перевищував 5 А. Рекомендований діапазон зміни вторинного струму від 1 до 4 А.

приклад

1.3 Для знайденого по співвідношенню (1.1) значення струму (197, 3 А) попередньо вибираємо трансформатори струму ТЛМ10-5-82 з сердечником типу Р і коефіцієнтом трансформації Kтр = 200/5.

При кратності струму до 17 і максимальному опорі струмових ланцюгів не більше 0,5 Ом трансформатори струму цього типу мають похибка не більше 10% [3]. Зазначена кратність струму відповідає току в первинній обмотці 3400 А (17 × 200 А).

Для оцінки придатності вибраного трансформатора струму по похибки, що відповідає граничної кратності струму необхідно визначити максимальні кидки пускового струму електродвигуна (рис. 2)

Мал. 2 Приклад пускової характеристики електродвигуна

Прийнято вважати, що процес пуску електродвигуна завершений, коли пусковий струм стане менше 1,25 Iном. дв ..

Значення максимального пускового струму при прямому пуску електродвигуна з урахуванням аперіодичної складової знаходять за формулою (2):

А
(2)

де - коефіцієнт, що враховує аперіодичну складову пускового струму машини, приймається 1,8; - кратність пускового струму машини (як правило, 3 ÷ 8 ).

приклад

1.4. При самозапуску електродвигуна на 1-й швидкості

максимальний кидок пускового струму відповідно до формули (2) складе:

1.5 Максимальний стрибок струму самозапуску електродвигуна при його роботі на 2-й швидкості складе:

(2-2)

Уставку спрацьовування ТО I >>> вибирають такий, щоб виконувалося співвідношення (3):

(3)

приклад

1.6 Використовуючи співвідношення (3) вибираємо уставки спрацьовування алгоритму ТО для першої і другої швидкостей однаковими і рівними .

При розрахунку уставок для двигунів з реакторних пуском максимальний кидок пускового струму двигуна при реакторному пуску визначають за формулою (4):

А
(4)

де - індуктивний опір мережі; - індуктивний опір реактора.

Значення повного пускового опору двигуна, що входить в формулу (4) знаходять за співвідношенням (5)

Ом
(5)

Обгрунтування цієї формули можна знайти в роботі [5] на стор. 22. Отримане таким чином значення використовують у співвідношенні (3).

Для двигуна, що працює в режимі самозапуску, значення струму отримане за формулами (2) або (4) необхідно збільшити в 1,3 - 1,4 рази, так як в цьому режимі напруга на двигуні може досягати 1,3 1,4 номінального значення.

Обраний раніше трансформатор струму (див. П. 1.3 Прімера) перевіряємо на дотримання вимоги, встановленого в п.п. в п. 3.2.29 ПУЕ [1]

(1,1I >>>) <(кТ х I ном)
(6)

• Де кТ - кратність струму КЗ при допустимої похибки 10%.
• I ном - номінальний первинний струм трансформатора струму.

приклад

1.7 Обчислюємо

(1,1 I >>> 1 = 1,1 × 3350 = 3685)> (17 × 200 = 3400)
(6-1)

Зі співвідношення (6-1) видно, що вимога (6) при застосуванні даного трансформатора струму не виконується.

У зв'язку з тим, що похибка обраного раніше трансформатора струму з коефіцієнтом трансформації kрт = 200/5 перевищує 10% при струмі двигуна, що перевищує уставку спрацьовування на 10% ( ), Вибираємо трансформатори струму цього ж типу, але з коефіцієнтом трансформації 300/5.

Перевіримо виконання вимоги (6) для такого трансформатора.

приклад

1.8 Знаходимо

<5100 = (17 × 300) А
(6-2)

Як видно зі співвідношення (6-2) при тій же допустимої кратності струму 17 похибка трансформаторів струму не буде перевищувати 10% навіть при струмі, що дорівнює 5100 А (17Х300А) і максимальному опорі струмових ланцюгів не більше 0,5 Ом

Переконавшись в тому. що обрані трансформатори струму відповідає вимогам, викладеним в ПУЕ, продовжимо подальші розрахунки.

Значення струму двофазного КЗ на вводах живлення електродвигуна визначаємо за формулою (7):

А,
(7)

де - значення струму трифазного КЗ на вводах живлення електродвигуна (див. Вище вихідні дані для розрахунку).

приклад

1.9 Розрахунковий струм двофазного КЗ на вводах живлення електродвигуна складе:

Коефіцієнт чутливості захисту при двофазному КЗ знаходимо за формулою (8):

(8)

Даний коефіцієнт чутливості являє собою відношення розрахункового значення фазного струму при металевому КЗ в межах зони, що захищається до фазного струму, відповідному спрацьовування захисту.

приклад

1.10 Коефіцієнт чутливості захисту при двофазному КЗ знаходимо по співвідношенню (8):

(8-1)

1.11 Оскільки коефіцієнт чутливості ТО виявився більше 2, немає необхідності застосовувати додатково диференціальну захист для захисту даного двигуна від міжфазних КЗ.

Алгоритм захист від міжфазних КЗ працює без витримки часу, як і ТО.

На закінчення відзначимо, що при розрахунку уставок для синхронного двигуна слід враховувати, що машина запускається в асинхронному режимі, тому значення кидка пускового струму знаходять аналогічно тому, як це було зроблено в наведених прикладах.

Відбудова ТО виконується від двох параметрів:

• кидка аперіодичної складової пускового струму;
• струму несинхронного включення двигуна.

література

1. Правила улаштування електроустановок. М .: Держенергонагляд Росії, 1998 рік, 608 с.
2. Александров А.М. Вибір уставок спрацьовування захистів асинхронних електродвигунів напругою вище 1 кВ. СПб: ПЕІПК 2010
3. Корольов Е.П., Ліберзон Е.М. Розрахунки допустимих навантажень в струмових ланцюгах релейного захисту. - М.: «Енергія», 1980 /
4. Шнеерсон Е.М. Цифрова релейний захист. М .: Вища школа, 2007, 549 с.
5. Корогодський В.І., Кужеков С.Л., Паперно Л.Б. Релейний захист електродвигунів напругою вище 1 кВ. М.: Вища школа, 1987

[1] Існує думка, що цей термін виник тому, що алгоритм струмового відсічення забезпечує захист тільки частини об'єкта, його відсіку (див. www.rza001.narod.ru ).

[2] За традицією в цифрових пристроях, що випускаються НТЦ «Механотроніка» характеристики першої, другої і третьої ступенів позначають так: I >>> (перший ступінь), I >> (другий ступінь), I> (третій ступінь)

Гондуров С.А., Міхальов С.В.,
Пирогов М.Г., Захаров О.Г.
НТЦ «Механотроніка», С-Петербург