Способы повышения чувствительности защит электродвигателей и электрогенераторов

Самобалансирующая дифференциальная защита от повреждений в электродвигателях и электрогенераторах напряжением выше 1 кВ.

При коротком замыкании (КЗ) в электродвигателе (ЭД) или электрогенераторе (ЭГ) ток, протекающий в месте повреждения, может вызвать мощную дугу в месте КЗ и пожар. Помимо разрушения дугой могут иметь место существенные деформации обмотки статора. Последствия короткого замыкания для электродвигателя и электрогенератора так тяжелы, что их ремонт обычно не обходится без замены части, а иногда и всей обмотки статора.

Короткие замыкания могут вызвать резкое снижение напряжения на зажимах неповрежденных электродвигателей и значительное динамическое воздействие на лобовые и пазовые части обмоток статора.

Для защиты электродвигателя и электрогенератора мощностью более 5 МВт, а также 5 МВт и меньше, если установка токовой отсечки или дифференциальной токовой отсечки не удовлетворяют требованиям чувствительности при КЗ на выводах электродвигателя и электрогенератора (согласно ПУЭ Кч < 2), предусматривается продольная дифференциальная защита.

Для уменьшения тока срабатывания путем отстройки от тока пуска, самозапуска, внешнего КЗ или несинхронного включения применяются реле типа ДЗТ-11 [Л1].

Для повышения чувствительности защиты к повреждениям в ЭД целесообразно уменьшить ток срабатывания защиты и выполнить схему, в которой ток в реле будет определяться геометрической суммой первичных, а не вторичных токов [Л1], как это осуществляется в схеме продольной дифференциальной защиты.

Для осуществления защиты необходимо через окно шинных трансформаторов тока ТА, установленных в шкафу нулевых выводов, пропустить одножильные кабели, присоединяемые к началу и концу фазной обмотки статора (см. рис.1).

Токи фаз одножильных кабелей в каждом трансформаторе проходят во встречных направлениях, благодаря чему ток небаланса в реле весьма мал и составляет на основании опыта эксплуатации так называемой «самобалансирующей защиты» в зарубежных странах (0,05-0,2) Iном [Л1].

При таком подключении отпадает необходимость отстройки от апериодических составляющих при внешних КЗ, пусках и самозапусках. При разрыве в силовом кабеле защита действует на отключение электродвигателя, исключая тем самым неполнофазный режим. В случае несрабатывания реле KL1 реле КА1-КАЗ действуют с выдержкой времени реле КТ1 на отключение.

Дифференциальная фильтровая направленная защита обратной последовательности электродвигателей напряжением выше 1 кВ

Повышение чувствительности может быть также осуществлено при помощи дифференциальной фильтровой направленной защиты обратной последовательности.

Пусковой ток и ток самозапуска электродвигателей и электрогенераторов содержат незначительную периодическую составляющую тока обратной последовательности (см. рис. 2). Это обстоятельство дает возможность существенно уменьшить ток срабатывания дифференциальной защиты, отстроив ее от тока небаланса в реле в указанных режимах, применив устройство для фильтра токов обратной последовательности, выполненное с использованием дифференциального реле КА серии РНТ[Л2]. Устройство подключается по дифференциальной схеме к трансформаторам тока ТА1 и ТА2 (см. рис.2). Для исключения срабатывания устройства при внешнем несимметричном коротком замыкании (КЗ) со стороны питания устанавливается реле мощности КW1 обратной последовательности, действующее при повреждении в ЭД или ЭГ.

При обрыве в токовых цепях защита не действует, так как ток в реле меньше тока обратной последовательности в нагрузочном режиме.

При несимметричном КЗ в электродвигателе срабатывают реле КW1 и КА. После замыкания контактов срабатывает реле КL1 с действием на отключение.

Для возможности действия реле в случае перехода двухфазного КЗ в трехфазное реле КL1 действует с выдержкой времени на размыкание. В случае несрабатывания реле КL1 реле КW1 действует с выдержкой времени реле КТ1 на отключение.

Ток срабатывания реле КА определяется по условию отстройки от тока небаланса обратной последовательности:

где:

• Котс. — коэффициент отстройки (Котс=1,3);
• I₂ – ток небаланса обратной последовательности; определяется при натурных испытаниях.
  

Ток срабатывания реле определяется по выражению:

где:

• Kсх — коэффициент схемы соединения трансформаторов тока в треугольник (Ксх= 1,73);
• Kтт — коэффициент трансформации трансформаторов тока.
  

Число витков уравнительной и дифференциальной обмоток принимается одинаковыми и определяется по выражению:

Литература:

1. Корогодский В.И., Кужеков CA., Паперно Л.Б. Релейная защита электродвигателей напряжением выше 1 кВ. — М.: Энергоатомиздат, 1987.
2. Шинкаренко С.М., Шинкаренко A.C. Устройство для фильтра токов обратной последовательности трех фазной электрической установки. Патент 2134475. Опубликован 10.08.1999.