Самозапуск электродвигателей и защита минимального напряжения

Расчет самозапуска необходим для выбора уставок защит элементов энергосистемы, а также для определения предельной мощности самозапускающихся электродвигателей, т. е. нахождение максимального количества электродвигателей, которые будут участвовать в самозапуске.

Рисунок 5 — Расчетная схема для расчета режима самозапуска.

Рисунок 6 -Схема замещения для расчета режима самозапуска Задача расчета сводится к определению суммарного тока самозапуска электродвигателей и остаточного напряжения на их зажимах. Расчет самозапуска электродвигателей выполняется для наиболее тяжелого режима при остановленных электродвигателях.

Ток в момент пуска или самозапуска электродвигателя равен току трехфазного к.з. за сопротивлением остановленного электродвигателя.

Для схемы, представленной на рисунке 5 при включении секционного выключателя устройством АВР после исчезновения напряжения на первой секции шин нагрузка Sн и электродвигатели ЭД переходят в режим самозапуска. Задача сводится к определению остаточного напряжения Uост (рисунок 6).

Найдем сопротивления схемы замещения для расчета самозапуска электродвигателей, представленной на рисунке 6.

Суммарное сопротивление цепи питания:

Где Iк. макс — максимальный ток к.з. за трансформатором (точка К3);

Uср — среднее напряжение ступени напряжения.

Сопротивление нагрузки второй секции шин с учетом электродвигателей:

Где Sнагр — мощность нагрузки секции шин;

Sном — номинальная мощность электродвигателя;

n — количество электродвигателей на одной секции шин.

Сопротивление нагрузки первой секции шин:

Где Хнагр. отн — относительное сопротивление обобщенной нагрузки;

Sном — номинальная мощность трансформатора;

Сопротивление кабельной линии:

Где Худ. кл — удельное сопротивление кабеля, Худ. кл = 0,087 Ом/км;

Пусковое сопротивление одного электродвигателя:

Эквивалентное сопротивление всех электроприемников равно:

Суммарный ток самозапуска и нагрузки на шинах низкого напряжения подстанции:

Следует отметить, что данные токов самозапуска отличаются от ранее вычисленных значений в токовых защитах линии и трансформатора, так как ранее для упрощения расчетов не учитывались отдельно мощности электродвигателей, которые реально входят в состав нагрузки трансформатора и также участвуют в самозапуске. Здесь же более подробно проводится этот расчет.

Напряжение на секции шин равно:

Остаточное напряжение на электродвигателе находится по следующей формуле:

Что составляет:

Условие самозапуска обеспечивается.

При невыполнении условия необходимо исключить часть двигателей и заново проверить возможность процесса самозапуска для оставшихся электродвигателей.

Допустим, что остаточное напряжение на зажимах электродвигателя оказалось меньше минимального возможного для выполнения самозапуска электродвигателей, например 59%.

Тогда необходимо исключить часть электродвигателей из режима самозапуска. Это возможно с применением защиты минимального напряжения, которое отключает электродвигатель при исчезновении напряжения питания и препятствует повторному автоматическому включению его после восстановления питания.

Для начало проверим возможность выполнения условия с 4 электродвигателями на каждой секции шин, т. е. исключаем из самозапуска по одному электродвигателю с каждой секции шин. Вновь проверим условия самозапуска для оставшихся двигателей.

Сопротивление нагрузки второй секции шин с учетом ЭД:

Эквивалентное сопротивление всех электроприемников равно:

Суммарный ток самозапуска и нагрузки на шинах низкого напряжения подстанции:

Напряжение на секции шин равно:

Остаточное напряжение на электродвигателе:

Что составляет:

Условие самозапуска обеспечивается. При невыполнении условия исключить еще по одному электродвигателю с каждой секции шин и повторить все расчеты пока условие не выполнится.

Устройства автоматического включения резерва (АВР) применяются в распределительных сетях и на подстанциях, имеющих два или более источников питания, но работающих по схеме одностороннего питания.

Устройства АВР должны отвечать следующим требованиям:

Схема АВР должна приходить в действие при исчезновении напряжения на шинах подстанции, по любой из двух причин:

• — при аварийном, ошибочном или самопроизвольном отключении выключателя рабочего питания.
• — при исчезновении напряжения на шинах или на линии, откуда питается рабочий источник. Для выполнения этого требования в схеме АВР должен предусматриваться специальный пусковой орган, состоящий из реле, реагирующих на снижение напряжения рабочего источника питания, и реле, контролирующего наличие напряжения на резервном источнике питания.

Напряжение срабатывания контактов реле, реагирующих на снижение напряжения, следовало бы выбирать таким образом, чтобы пусковой орган срабатывал только при полном исчезновении напряжения. Однако по условиям термической стойкости стандартных реле их напряжение срабатывания не должно быть ниже 15 В. Наряду с этим выбор очень низкого напряжения срабатывания вызовет замедленное действие АВР, поскольку двигатели нагрузки, вращаясь по инерции после отключения питания, могут при определённых условиях поддерживать на шинах достаточно медленно снижающееся напряжение. Поэтому рекомендуется принимать напряжение срабатывания минимального реле напряжения:

Напряжение срабатывания максимального реле напряжения, контролирующего наличие напряжения на резервном источнике, определяется из условия отстройки от минимального рабочего напряжения:

Пуск схемы местного АВР при снижении напряжения на шинах ниже принятого по формуле должен производиться с выдержкой времени для предотвращения излишних действий АВР при к.з. в питающей сети или на отходящих элементах, а также для создания при необходимости определённой последовательности действий устройств противоаварийной автоматики в рассматриваемом узле. Время срабатывания реле времени пускового органа напряжения местного АВР должно выбираться по следующим условиям:

— по условию отстройки от времени срабатывания тех защит, в зоне действия которых к.з. могут вызвать снижение напряжения ниже принятого по формуле:

Где t1 — наибольшее время срабатывания защиты присоединений шин, высшего напряжения подстанции;

t2 — то же для присоединений шин, где установлен АВР;

• ?t — ступень селективности, принимаемой равной 0,6с.
• — по условию согласования действий АВР с другими устройствами противоаварийной автоматики (АПВ):

Где tс. з — время действий той ступени защиты линии, которая надёжно защищает всю линию;

tАПВ — уставка по времени первого цикла АПВ линии, tАПВ =3ч6 с;

tзап — запас по времени в зависимости от типов выключателей, tзап.=2,5ч3,5с.

Окончательно выбирается большее из рассчитанных значений tср.АВР.

Действие АВР должно быть однократным. Однократность обеспечивается: в схемах АВР на переменном оперативном токе использованием энергии предварительно поднятого груза или натянутых пружин в приводах выключателей, или энергии предварительно заряженных конденсаторов, а в схеме АВР на постоянном оперативном токе — применением специального промежуточного реле однократности включения, имеющего наибольшее замедление на возврат после снятия напряжения с его катушки.

Выдержка времени при возврате этого реле должна несколько превышать время включения выключателя резервного питания:

Где tв. в — время включения выключателя резервного источника питания tв. в =0,1ч0,15с;

tзап — время запаса, принимаемое равным 0,3ч0,5с.

Для ускорения отключения выключателя резервного источника питания при включении на не устранившееся к.з. должно предусматриваться автоматическое кратковременное ускорение защиты. Выдержка времени ускоряемых защит не должна быть менее 0,5с. Защиты, имеющие время срабатывания более 1,2с, допускается не ускорять при действии АВР.