Расчет защит высоковольтного электродвигателя

Высоковольтные электродвигатели должны иметь следующие основные виды защит [18-20]:

1. Защита от перегрузки.

2. Защита от коротких замыканий.

3. Защита от замыканий на землю.

4. Защита от понижений напряжения.

5. Защита от асинхронного режима (от выпадения из синхронизма) – для синхронных двигателей.

Защиты от перегрузки и КЗ могут выполняться на полупроводниковых (например, РСТ-80АВ) и индукционных реле тока (например, РТ-80) по схемам «неполная звезда», «разность токов двух фаз» и т. д.

1. Расчет защиты от перегрузки (МТЗ).

Номинальный ток электродвигателя рассчитывается по    формуле, А:

,

где номинальная активная мощность двигателя, кВт; номинальное напряжение, кВ; коэффициент мощности двигателя; к. п. д. двигателя.

Ток срабатывания защиты от перегрузки, А:

,

где коэффициенты запаса и возврата (см. п. 4.4).

Коэффициент чувствительности МТЗ

,

где ток трехфазного к. з. в конце линии, питающей данный электродвигатель.

Ток срабатывания реле МТЗ электродвигателя рассчитывается аналогично току срабатывания реле МТЗ кабельной линии, ТТ выбираются и проверяются по тем же условиям (см. п. 4.4).

Выдержка времени МТЗ

t_МТЗ= t_пуск+ t_зап,

где t_зап – время запаса для защиты от перегрузки, с; t_пуск – время пуска электродвигателя, с. То есть выдержка времени МТЗ отстраивается от времени пуска и принимается равной 10−20 с.

2. Расчет защиты от к. з. (ТО).                                        

Предварительно необходимо рассчитать пусковой ток электродвигателя, учитывая паспортную кратность пускового тока (К_П):

I_пуск = К_П I_ном.дв.

Затем рассчитывается ток срабатывания защиты ТО:

.

Производится проверка по чувствительности:

,

где ток трехфазного к. з. в начале линии, питающей данный электродвигатель.

Ток срабатывания реле ТО электродвигателя рассчитывается аналогично току срабатывания реле ТО кабельной линии, ТТ проверяются по тем же условиям (см. п. 4.4).

Для индукционных реле необходимо рассчитать и проверить кратность отсечки.

3. Расчет защиты от замыканий на землю (ЗНЗ).

Рассчитывается емкостный ток кабельной линии, А:

I_c.КЛ = I_с.уд ∙ L,

где I_{с. уд} – удельный емкостной ток (в зависимости от сечения и типа кабеля), А/км; L – длина линии, км.

Емкость фазы статора двигателя определяется по эмпирической формуле, Ф:

,

где Р_ном.дв – номинальная мощность двигателя, кВт; U_ном − номинальное напряжение двигателя, кВ.

Емкостный ток электродвигателя:

,

где  частота сети.

Определяется суммарный емкостной ток двигателя и кабельной линии, питающей этот двигатель):

I_с = I_Д+ I_с.КЛ.

Ток замыкания на землю и ток срабатывания защиты от ЗНЗ двигателя определяются аналогично соответствующим величинам защиты ЗНЗ кабельной линии.

Для выполнения защиты можно использовать реле тока РТЗ-51 и трансформаторы тока нулевой последовательности типа ТЗЛ (ТЗЛМ).

4. Расчёт защиты электродвигателя от понижения напряжения (защита минимального напряжения).

Уставка по минимальному напряжению первой ступени защиты, предназначенной для отключения несамозапускающихся двигателей, принимается равной, В.

                                             .        

Выдержку времени берут равной большему значению времени действия основных защит элементов сети от многофазных к. з.:

 с.

Коэффициент трансформации трансформатора напряжения (ТН):

,

где вторичное напряжение принимается равным 100 В.

Напряжение срабатывания реле первой ступени защиты, В:

.

Уставка защиты по минимальному напряжению второй ступени, В:

.

Вторая ступень работает на отключение тех из ответственных двигателей, самозапуск которых недопустим по соображениям технологии или техники безопасности (вторая ступень предназначена для защиты от резкого уменьшения напряжения) – с выдержкой времени

 с.

Напряжение срабатывания реле второй ступени защиты, В:

.

5. Защита от выпадения из синхронизма или асинхронного хода (для синхронных двигателей).

Защита синхронных двигателей от асинхронного хода рассчитывается на ток срабатывания, который принимается равным, А:

.

Ток срабатывания реле можно определить по известной формуле, А:

.

После расчета защит электродвигателя выбирают соответствующие вспомогательные реле.

Схемы защит высоковольтных электродвигателей представлены в [18−20]. Пример комплексной схемы защиты приведен на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Схемы измерительных и оперативных цепей защит
высоковольтного электродвигателя