Расчет защиты от замыканий на корпус двигателя выше 1 кВ

Требуется определить уставки токовой защиты от замыкания на корпус обмотки статора для неявнополюсного синхронного электродвигателя типа СТД-5000-2 на напряжение 10 кВ, мощностью 5000 кВт.

Суммарный емкостной ток на секции с минимальным количеством включенных ячеек составляет IсΣmin = 6 А.

Электродвигатель связан с КРУ линией, состоящей из трех кабелей типа ААШв — 3х(1х150), сечением 150 мм2 каждый. Длина линии составляет — 35 м. Схема главных цепей шкафа КРУ-10 кВ отходящей линии к электродвигателю показана на рис.1.

Микропроцессорный терминал типа Sepam M81 подключен к трем соединенным параллельна трансформаторам тока нулевой последовательности (ТТНП) типа ТЗЛМ-I с коэффициентом трансформации 25/1.

Схема подключения ТТНП к терминалу защиты показана на рис.2.

Решение

Чтобы определить собственный емкостной ток двигателя, нужно знать емкость фазы статора принимаемую по данным завода-изготовителя. В настоящее время заводы-изготовители двигателей не предоставляют данные значения.

1. Поэтому определять емкость фазы статора для неявнополюсного синхронного двигателя будем по приближенной формуле [Л1, с.215]:

где:

• Sном. = Pном./ cosφ = 5000/0,86 = 5,814 МВА – номинальная полная мощность электродвигателя;
• Uном. = 10 кВ – номинальное напряжение электродвигателя;
• cosφ = 0,86 – коэффициент мощности.

Для ряда синхронных турбодвигателей типа СТД значения 3Сд приведены в табл. 6.1 3 [Л1, с.215]. Обращаю ваше внимание, что в таблице 6.1 приведены расчетные значения емкости обмотки статора на ТРИ фазы.

При расчете собственного емкостного тока двигателя, например для СТД-5000-2 значение емкости фазы статора Сд = 0,085 мкФ нужно разделить на 3. В результате мы получим емкость фазы статора для одной фазы Сд = 0,085/3 = 0,028 мкФ.

Как видно из результатов расчета, значения не сильно и отличаются, поэтому если завод-изготовитель не предоставляет значение Сд, можете его определить по упрощенной формуле.

2. Определяем собственный емкостной ток электродвигателя СТД-5000-2 по формуле 6.3 [Л1, с.215]:

где:

• fном. = 50 Гц – номинальная частота сети;
• Uном. = 10000 В – номинальное напряжение электродвигателя.

Если же у вас отличаются исходные данные, от рассматриваемого примера, например у вас воздушная линия или другой тип двигателя. Рекомендую ознакомится со статьей: «Расчет емкостных токов присоединений в сети 6(10) кВ».

3. Определяем собственной емкостной ток линии по формуле 6.4 [Л1, с.215]:

где:

• Ic = 1,3 А/км – удельный емкостной ток кабельной линии, принимается по данным завода-изготовителя. Если же данные значения отсутствуют можно воспользоваться таблицей из [Л2, с.141].
• L = 0,035 км – длина кабельной линии;
• m = 3 – число проводов (кабелей) в фазе линии.

4. Определяем первичный ток срабатывания защиты по формуле 6.1 [Л1, с.214] учитывая сумму емкостных токов ЭД (IсД) и кабельной линии (IсЛ) от места установки ТТНП до линейных выводов ЭД:

где:

• kотс. – коэффициент отстройки, принимается равным 1,2 – 1,3. (В некоторой технической литературе, может называться – коэффициентом надежности);
• kб – коэффициент, учитывающий бросок собственного емкостного тока в момент зажигания дуги, для электромеханических реле принимается в диапазоне от 2 – 2,5. Для цифровых реле (например серии SPACOM, Sepam) принимается 1 – 1,5 (данный коэффициент уточняется у завода-изготовителя) [Л2, с.149].
• Ic = IсД + Iсл – значение емкостного тока защищаемого присоединения.

5. Определяем коэффициент чувствительности защиты по формуле [Л2, с.149]:

где: IсΣmin = 6 А — суммарный емкостной ток на секции с минимальным количеством включенных ячеек.

Согласно ПУЭ 7-издание пункт 3.2.21 коэффициент чувствительности должен быть для:

• кабельных линий – 1,25;
• воздушных линий – 1,5.

Если же чувствительность защиты не обеспечиваться из-за большого собственного емкостного тока линии, то ТТНП следует перенести к линейным выводам ЭД, а расчет повторить, принимая Iс = IcД.

6. Определяем вторичный ток срабатывания защиты с учетом коэффициента трансформации трансформатора тока нулевой последовательности типа ТЗЛМ:

где: nт – коэффициент трансформации ТТНП принимается по таблице 1.

Таблица 1– Коэффициенты трансформации трансформаторов тока нулевой последовательности (ТТНП)

Литература:

1. Корогодский В.И., Кужеков С.Л., Паперно Л.Б. Релейная защита электродвигателей напряжением выше 1 кВ, 1987 г.
2. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. М.А. Шабад -2003 г.