Пример расчета защиты высоковольтного асинхронного электродвигателя

Выбрать типы защит и определить их уставки электродвигателя гидронасоса по данным: U_Д.ном= 6 кВ; Р_Д.ном = 400 кВт; I_Д.ном = 48,4 А; k_П = 5,1; ТТ с n_Т = 150/5 установлены на фазах А и С; ток трехфазного к.з. на шинах распределительного устройства собственных нужд (РУСН) I_к⁽³⁾ = 13000 А; ток замыкания на землю в РУСН I_з.< 10 А.

Решение. По технологии работы двигатель является неответственным. Согласно ПУЭ на таких электродвигателях мощностью менее 2000 кВт применяют однорелейную двухфазную токовую защиту без выдержки времени (отсечку), отстроенную по току от токов самозапуска, и защиту от перегрузки, отстроенную от токов самозапуска по времени (Рис. 38, а). Кроме того, при токе замыкания на землю более 10 A применяют токовую защиту нулевой последовательности без выдержки времени, состоящую из трансформатора тока нулевой последовательности типа ТЗЛ и реле типа РТ-40/0,2, РТЗ-51 (реле 1, 2 Рис. 38). Однолинейная схема защиты (токовая отсечка) включается на разность вторичных токов (обычно фаз А и С).

Рис. 38. Схемы соединений ТТ и реле защит электродвигателей:

а) - однорелейная двухфазная; б) – двухрелейная двухфазная.

1- реле РТ 10/0,2 (РТЗ-51); 2- реле РТ 40/2; 3,4 – реле РТ 90 или РТ 40

Если однорелейная схема отсечки двигателей мощностью менее 2000 кВт не обеспечивает требуемый по ПУЭ коэффициент чувствительности k_ч=2, то применяют двухфазную двухрелейную схему «неполная звезда», которая чувствительнее в раз (Рис. 34, б).

Первичный ток срабатывания защиты отстраивается от пускового тока электродвигателя и определяются по выражению:

, (2.1)

где k_Н=1,8 – для реле серии РТ-80 и k_Н=1,4– для реле серии РТ-40;

k_П – коэффициент пуска электродвигателя;

– номинальный ток двигателя.

Вторичный ток срабатывания определяется по выражению:

, (2.2)

где - коэффициент трансформации трансформаторов тока,

при включении реле на разность токов двух фаз ТТ (Рис. 38, а) и

при включении реле на токи фаз ТТ (Рис. 38, б).

Коэффициент чувствительности защиты для однорелейной схемы определяется при двухфазном к.з. на выводах электродвигателя между фазами А и В или В и С, при которых ток в реле в 2 раза меньше, чем при к.з. между фазами А и С, по выражению:

, (2.3)

Для двухрелейной схемы токи в обоих реле при к.з. между любыми двумя фазами одинаковы.

Из (2.2) и (2.3) следует, что при двухфазной двухрелейной схеме защита в раз чувствительнее, поэтому по ПУЭ ее требуется применять на электродвигателях мощностью 2000 кВт и более.

Ток срабатывания защиты от перегрузки определяется по условию отстройки от I_Д.ном по выражению:

, (2.4)

где k_Н=1,2 и k_в=0,8 – коэффициенты надежности и возврата реле соответственно.

Из (2.2) и (2.4) определяем выражение для вычисления тока срабатывания реле перегрузки

, (2.5)

Выдержка времени защиты от перегрузки при схеме с реле серии РТ-90 принимается 16с в независимой части, и если его недостаточно, то устанавливают еще дополнительное реле времени типа ЭВ-144 со шкалой 0-20с.

При схеме с независимой характеристикой выдержки времени принимают реле типа ЭВ - 144 или типа Е -513 со шкалой 6 - 60с, в зависимости от времени пуска или самозапуска двигателей.

Для заданного электродвигателя проверим возможность применения однорелейной схемы с реле типа РТ- 90.

Первичный ток срабатывания отсечки определяем по (2.1):

Вторичный ток срабатывания элемента отсеки в реле определяем по (2.2):

Коэффициент чувствительности вычисляем по (2.3):

Ток срабатывания индукционного элемента реле РТ-90 с выдержкой времени от перегрузки определяем по (2.5) (электромагнитная отсечка):

Принимаем реле типа РТ-90/2 с уставками I_ср=4,5 А и выдержкой времени в независимой части характеристики 16 с.

Кратность отсечки к уставке индукционного элемента:

По каталогу разброс тока срабатывания отсечки примерно 30%.

Коэффициент чувствительности защиты от перегрузки не определяется, поскольку она не предназначена для действия при к.з.

Опыт эксплуатации показал неправильное (излишнее) срабатывание отсечки в реле серии РТ-90, установленных в шкафах КРУ, от сотрясений при операциях с выключателями соседних шкафов. Поэтому в последнее время защита от перегрузки электродвигателей собственных нужд выполняется с независимой выдержкой времени посредством реле тока РТ- 40 и реле времени ЭВ - 144 для двигателей с временем пуска или самозапуска более 20 с.

Так как рассматриваемый двигатель неответственный, то предусматриваем его отключение от первой ступени защиты минимального напряжения: и t = 0,5с.

Защиту от замыканий на землю не предусматриваем, исходя из того, что для двигателей 6 кВ мене 2000 кВт при токе I_з. менее 10 А по ПУЭ она не устанавливается.

Рис. 39. Цифровая защита асинхронного двигателя 6-10 кВ SPAC 802-01

ПРИЛОЖЕНИЕ V