Релейная защита. 
Реконструкция системы электроснабжения Костаная

В сетях промышленных предприятий для защиты линий, трансформаторов, электродвигателей, преобразовательных агрегатов применяют релейную защиту, которая является основным видом электрической автоматики.

Релейной защитой называют специальные защитные устройства, выполняемые при помощи реле и других аппаратов, и предназначенные для отключения выключателем в установках напряжением выше 1 кВ или автоматическим выключателем в установках напряжением до 1 кВ поврежденного элемента системы электроснабжения, если данные повреждения представляют собой опасность для этой системы, или воздействующее на сигнализацию, если нет опасности.

Релейная защита силовых электродвигателей 10 кВ

На асинхронных электродвигателях напряжением выше 1 кВ устанавливают релейную защиту от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы:

Многофазных замыканий в обмотках статора и на ее выводах;

Замыканий на землю в обмотке статора;

Токов перегрузки;

Снижения напряжения.

Для защиты электродвигателей мощностью до 5000 кВт от многофазных замыканий в обмотках статора, согласно [15], используют токовую отсечку без выдержки времени, которая действует на отключение выключателя. Токовую отсечку выполняют двумя реле РТ-80, включенными на фазные токи по схеме" неполная звезда". Такое исполнение исключает возможность отключения защитой двойного замыкания на землю. Ток срабатывания реле определяется по формуле:

где: Ксх — коэффициент схемы;

Кн — коэффициент надежности;

Квоз — коэффициент возврата;

Кт.т — коэффициент трансформации трансформатора тока;

Iп — пусковой ток электродвигателя; А где: Кi — кратность пускового тока электродвигателя;

Iном.дв — номинальный ток электродвигателя;А По расчетному значению тока срабатывания реле (по справочным данным) выбирается ток уставки реле.

После определения тока уставки реле определяется коэффициент чувствительности защиты:

где: I_к.з⁽²⁾ — значение двухфазного тока короткого замыкания на зажимах электродвигателя; А Далее определяется ток срабатывания отсечки для защиты от многофазных коротких замыканий исходя из выражения:

Затем определяется ток срабатывания реле отсеки:

где: Ка — коэффициент, учитывающий влияние апериодической составляющей тока.

По расчетному значению тока срабатывания реле отсечки (по справочным данным) выбирается ток уставки для данного реле.

После выбора тока уставки производится уточнение значения тока срабатывания отсечки:

где: Iу.р.о — ток уставки реле отсечки, А Последним этапом является определение коэффициента чувствительности отсечки:

где: Iк. з⁽³⁾ — значение трехфазного тока короткого замыкания на зажимах электродвигателя; кА Выполним защиту от многофазных замыканий в обмотках статора для электродвигателя насоса № 1.

По формуле определим значение тока срабатывания реле РТ-80 для электродвигателя насоса № 1:

Ксх= 1 — для схемы включения схеме" неполная звезда";

Кн = 1,2 — для реле РТ-80;

Квоз = 0,85 — для реле РТ-80;

Кт.т = 20 — для трансформатора тока ТПОЛ-150/5;

Iп = 399,44 А.

где: Кi = 7,5;

Iном.дв = 53,26 А.

По справочным данным [16] выбираем ток уставки реле для реле РТ-80:

Iу =19 А.

По формуле определяем значение коэффициента чувствительности защиты:

I_к.з⁽²⁾ = 9539,01 А.

По формуле определяем ток срабатывания отсечки для защиты от многофазных коротких замыканий:

По формуле определяем ток срабатывания реле отсеки:

Ка = 2.

По расчетному значению тока срабатывания реле отсечки (по справочным данным [16]) выбираем ток уставки для данного реле Iу.р.о = 27 А.

По выражению произведем уточнение значения тока срабатывания отсечки:

По формуле определим коэффициента чувствительности отсечки:

Iк.з⁽³⁾ = 11,028 кА.

Защита от однофазных замыканий в обмотке статора, согласно [17], предусматривается на электродвигателях мощностью менее 2000 кВт при суммарном емкостном токе сети 10 А и более. Такое решение, бывшее до недавнего времени типовым, приводило, как показал опыт эксплуатации, к тому, что электродвигатели мощностью до 2000 кВт оказывались практически незащищенными ни от однофазных, ни от двойных (одно в фазе обмотки, другое — в сети) замыканий на землю. Результатом не отключенных своевременно замыканий было значительное число повреждений электродвигателей с оплавлением железа и выгоранием секций статора. Поэтому в настоящее время выполняется защита от замыканий в обмотке статора при суммарном емкостном токе сети более 5 А. Вместе с тем, следует подчеркнуть целесообразность установки данной защиты и при меньших токах. Это следует, прежде всего из того, что однофазные замыкания в обмотках статора — самый распространенный вид повреждений электродвигателей — даже при суммарном емкостном токе сети ниже 5 А не могут само ликвидироваться и являются опасными с точки зрения их медленного перехода в многофазные короткие замыкания. Поэтому, чем чувствительнее защита к однофазным замыканиям в обмотке статора, тем лучше, и тем больше вероятность того, что это повреждение не перейдет в многофазное или витковое короткое замыкание.

Для защиты электродвигателей от однофазных замыканий на землю применяют максимальную токовую защиту нулевой последовательности с помощью одного реле РТЗ-51, которое подключается к трансформатору тока нулевой последовательности. Ток срабатывания защиты при этом определяется из выражения:

где: Котс — коэффициент отстройки;

Кб — коэффициент, учитывающий бросок собственного емкостного тока в момент зажигания дуги;

Iс — собственный емкостный ток сети; А Значение собственного емкостного тока сети определяется как сумма емкостных токов электродвигателя и линии от места установки трансформатора тока нулевой последовательности до выводов электродвигателя:

Собственный емкостный ток электродвигателя определяется по формуле:

где: f — частота питающей сети; Гц.

— емкость фазы статора; Фр

Uн — номинальное напряжение электродвигателя; В Емкость фазы электродвигателя определяется по выражению:

где: Sном — номинальная мощность электродвигателя; МВА.

Uн — номинальное напряжение электродвигателя; кВ Собственный емкостный ток линии, входящей в зону защиты, определяется по выражению:

где: Сл — рабочая емкость жилы; мкФ/км (берется по справочным данным).

l — длина кабельной линии; км Выполним защиту от однофазных замыканий в обмотке статора для электродвигателя главного насоса№ 1.

По выражению определяем емкость фазы электродвигателя:

Sном = 0,879 МВА;

Uн = 10 кВ.

По выражению определим собственный емкостный ток электродвигателя:

f = 50 Гц;

Uн = 10 000 В.

По выражению определяем собственный емкостный ток линии, входящей в зону защиты:

Сл = 0,31 мкФ/км (берется по справочным данным [10] для сечения 95 мм²).

l = 0,05 км.

По выражению определяем значение собственного емкостного тока сети:

По формуле определяем ток срабатывания защиты:

Котс =1,3;

Кб =2,5 для реле РТЗ-51.

исходя из значения тока срабатывания защиты, по справочным данным[16], выбираем ток уставки для реле РТЗ-51 Iу = 2 А.

Защиту от токов перегрузки согласно [15] выполняют как однофазную или двухфазную максимальную токовую защиту и устанавливают только на электродвигателях, подверженных технологическим перегрузкам. Защита, как правило, действует на сигнал или на разгрузку механизма, а при отсутствии обслуживающего персонала защита действует на отключение.

Ток срабатывания реле определяется исходя из выражения:

По формуле определяем ток срабатывания реле для защиты от перегрузки:

По справочным данным [16] выбираем ток уставки для реле РТ-80 равным Iу = 4 А.

Аналогичным образом рассчитываем ток срабатывания, и выбираем ток уставки реле РТ-80 для защиты электродвигателей от перегрузки и результаты расчетов заносим в таблицу.

Защита от потери питания, согласно [17], устанавливается для предотвращения повреждения электродвигателей, затормозившихся в результате кратковременного или длительного понижения напряжения. Защиту электродвигателей от снижения напряжения выполняют для надежности действия с помощью трех реле минимального напряжения и устанавливается для отключения неответственных потребителей, обеспечивая тем самым самозапуск ответственных электродвигателей. Защита при этом выполняется с использованием энергии предварительно заряженных конденсаторов. Выдержку времени выстраивают от отсечек электродвигателей и устанавливают равной 0,5−1,5 с. Напряжение, при котором реле сработает определяют из выражения:

На этом расчет защит двигателей заканчивается.