Инструменты, цифровые технологии, связь, измерения

Расчет уставок для цифровых устройств релейной защиты. Часть 3

7 сентября 2011 г. в 14:13

В первой части данной работы [1] были рассмотрены примеры расчета уставок токовой отсечки, а во второй [2] — пример расчета уставок дифференциальных защит с применением дифференциальной токовой отсечки, уставки по току срабатывания которых меньше номинального тока электродвигателя.

Продолжим рассмотрение методик расчета уставок для цифровых устройств релейной защиты.

Часть 3. Алгоритм дифференциальной защиты электродвигателя с торможением

На рис. 3 в предыдущей части была приведена обобщенная структурная схема алгоритма торможения [3].

В блоках серий БМРЗ и БМРЗ-100, используемых для защиты электрических машин и трансформаторов, применяется алгоритм торможения, характеристика которого имеет два участка (рис. 7)


Рис. 7 Характеристика ДЗТ

На рис. 7 приняты такие обозначения для уставок, задаваемых пользователем

  • IДЗТ 1 — уставка по начальному дифференциальному току срабатывания;
  • IТ-2 — начальный ток торможения на участке б;
  • КТОРМ-2 — коэффициент торможения на втором участке тормозной характеристики.

Расчет значений всех токов производят по алгоритму, показанному на рис. 8, где начальные значения переменных обозначены как Pusk-Idzt_a =0...


Рис. 8 Алгоритм расчета токов

Остальные обозначения следующи

  • Id_a (о.е.) — действующее значение дифференциального тока фазы А;
  • IТ-а (о.е) — действующее значение тока торможения фазы А;
  • Pusk_Idzt_a — признак срабатывания реле по дифференциальному току фазы А.

3.1 Расчет уставок защиты для асинхронного двигателя с устройством плавного пуска

Методика расчета сопрождаетсяво практическими примерами, в которых используется асинхронный электродвигатель АО-3150-6000.

Исходные данные для расчета

  • Мощность на валу двигателя:
  • Коэффициент мощности:
  • Напряжение:
  • КПД:
  • Кратность пускового тока:
  • Значение тока трехфазного КЗ на вводах питания электродвигателя и на вводах устройства плавного пуска (УПП):
  • Пуск двигателя плавный, в соответствии с настройками УПП, максимальная кратность пускового тока:
  • Двигатель участвует в самозапуске при питании от сети.
  • Максимальное сопротивление токовых цепей со стороны питания электродвигателя (по проекту) — не более 0,5 Ом.
  • Максимальное сопротивление токовых цепей со стороны нейтрали электродвигателя (по проекту) — не более 1 Ом.
  • Схема с УПП асинхронного электродвигателя АО-3150-6000 и цифровыми блоками релейной защиты БМРЗ приведена на рис. 9.
  • Для расчета уставок защиты необходимо знать номинальный ток электродвигателя. Если значение этой характеристики не приведено в документации электродвигателя, то для её определения используем формулу (1), приведенную в [1].

Пример 3: 3.1 [2] Номинальный ток электродвигателя АО-3150-6000 согласно формуле (1) равен:

А,
(1-4)

По расчетному значению номинального тока выбирает трансформаторы тока типа ТЛМ10-5-82 с сердечником типа Р и коэффициентом трансформации kтр = 400/5.

Для трансформатора тока этого типа погрешность не превышает 10% при кратности тока до 22 (400 х 22 = 8800 А).

При этом максимальное сопротивление токовых цепей не должно превышать 0,5 Ом [3].


Рис. 9 Асинхронный электродвигательсУППиблокамизащитыБМРЗ

Определим максимальный бросок пускового тока (см. рис. 2 в [1]), учитывая что данный электродвигатель участвует в процессе самозапуска при питании от сети. В этом случае значение Iбр.пуск, полученное по формуле (2), нужно увеличить в 1,4 раза.

Пример 3: 3.2 Максимальный бросок пускового тока при самозапуске составит:


(2-4)

Ток срабатывания токовой отсечки выбираем равным или большим полученного расчетного значения броска пускового тока, т.е. . Выбранные нами трансформаторы тока проверяем по соотношению (6) [1]:

Пример 3: 3.3 Вычисляем

(1,1 I >>>1 = 1,1×5250 = 5775) < (22×400 = 8800)
(6-4)

Из соотношения (6-4) видно, что для выбранных трансформаторов тока соотношение (6) выполняется, так погрешность трансформаторов тока не будет превышать 10%. Поэтому можно продолжать расчет.

В связи с тем, что в [2] необходимость использования дифференциальной токовой защиты связана с коэффициентом чувствительности ТО, необходимо определить значение тока двухфазного КЗ на вводах питания электродвигателя по формуле (7) [1]:

Пример 3: 3.4 Расчетный ток двухфазного КЗ на вводах питания электродвигателя:


(7-3)

Коэффициент чувствительности, представляет собой отношение расчетного значения фазного тока при металлическом двухфазном КЗ на выводах питания двигателя к фазному току срабатывания защиты. Значение коэффициента чувствительности  вычисляем по формуле (8) [1]:

Пример 3: 3.5 Коэффициент чувствительности:


(8-3)

В связи с тем, что значение коэффициента чувствительности равно 1,32 (т.е. меньше 2), необходимо применять дифференциальную токовую защиту.

Расчетное значение максимального тока небаланса Iнб.пуск соответствующее максимальному броску пускового тока электродвигателя Iбр.пуск находим по формуле (9), приведенной в [2].

Для вычисления по этой формуле необходимо знать полную относительную погрешность трансформатора тока при токе, соответствующем максимальному броску апериодической составляющей пускового тока электродвигателя (для ТТ, установленных со стороны нейтрали электродвигателя).

Для определения этой погрешности можно воспользоваться типовой кривой намагничивания [5] (см. также рис. 5 в [2]). Однако для повышения точности расчета желательно использовать кривую намагничивания для того типа трансформатора тока, который использован в системе защиты.

Для дальнейшего расчета по кривой, приведенной на рис. 5, принимаем значения = 0,1.

Значения остальных величин, входящих в формулу (9) приведены в [2], что позволяет найти искомое значение:

Пример 3: 3.5 Расчетное значение максимального тока небаланса Iнб.пуск, соответствующее максимальному значению броска пускового тока электродвигателя с учётом апериодической составляющей Iбр.пуск:


(9-2)

  • Основная относительная погрешность измерения дифференциального тока цифровым устройством РЗА =0,05 и складывается из погрешностей измерения двух токовых каналов, погрешность каждого — 2,5%;
  • Технологический запас, обусловленный наличием дополнительной погрешности измерения устройством, в данном расчете принимается равным половине основной погрешности измерения дифференциального тока ().

Максимальный ток небаланса в цепях дифференциальной защиты находим по формуле (10) [2] в которой учтено значение коэффициента отстройки =1,2:

Пример 3: 3.6 Используя полученное в формуле (9-2) значение, находим:


(10-2)

Коэффициент торможения дифференциальной защиты находим по формуле (11) [2], а результат округляем в большую сторону (до сотых долей):

Пример 3: 3.7 Вычисляем


(11-2)

Следующий этап расчета — определение уставки срабатывания дифференциальной токовой отсечки ДТО по формуле (12) [2]:

Пример 3: 3.8 Подставив полученные ранее значения коэффициента торможения и максимального броска пускового тока в формулу (12), получим значение уставки IДТО:


(12-1)

Расчет уставки Iдзт начнем с определения максимального тока небаланса при номинальном токе электродвигателя по формуле (13) [2]:

Пример 3: 3.9 Подставив полученные ранее значения в формулу (13) получим:


(13-1)

Значения и δ соответствуют использованным в формуле (9-2), а значение полной относительной погрешности ТТ установленных со стороны нейтрали электродвигателя при номинальном токе электродвигателя .

В связи с тем, что по заданию ток срабатывания ДЗТ должен превышать номинальный ток двигателя, то в формулу для определения уставки Iдзт (14) [2] подставляем значения номинального тока электродвигателя и коэффициента отстройки :

Пример 3: 3.10 Учитывая сказанное, значение уставки Iдзт равно:


(14-1)

Для построения характеристики ДЗТ определим значения тока торможения IT2, при котором происходит излом характеристики дифференциальной защиты по формуле (16) [2]:

Пример 3: 3.11 Учитывая сказанное,значение тока торможения Iторм1 равно:


(16-1)

Получив значение тока торможения, проверяем трансформаторы, установленные в нейтрали электродвигателя. Такая проверка необходима потому, что сопротивление токовых цепей со стороны нейтрали (по проекту — 1 Ом) выше, чем сопротивление токовых цепей со стороны питания [по проекту 0, 5 Ом, см. формулу (6-4)].

Увеличение сопротивления токовых цепей приводит к уменьшению кратности тока, при которой погрешность трансформатора тока данного типа не превышает 10%, до 15 [3].

Проверяем выполнения соотношения (6) [1] для расчетного значения тока торможения Iторм1:

Пример 3: 3.12 Подстави в значения в соотношение (6), получим:

Iторм1 = 2157 < (15×400 = 6000)
(6-5)

Выполнение соотношения (6-5) позволяет использовать выбранные трансформаторы тока в данной схеме защиты. Характеристика дифференциальной токовой защиты, построенная по результатам расчета приведена на рис. 10.

Рис. 10 Характеристика дифференциальной защиты, установленной в ячейке питания двигателя

Проверяем чувствительность ДЗТ и ДТО, для чего находим значения коэффициентов чувствительности защиты при двухфазном КЗ на вводах питания электродвигателя по формуле (17) [2]:

Пример 3: 3.13 Подставив значения в формулу (17) получим:


(17-3)

(17-4)

Поскольку коэффициенты чувствительности для значений IДЗТи IДТОбольше 2, то защита удовлетворяет требованиям ПУЭ [2].

Выдержка времени для ДТО и ДЗТ устанавливается нулевой.

Для исключения ложного срабатывания дифференциальных защит вводим их блокирование при снижении максимального из трёх фазных токов со стороны питания электродвигателя ниже 75% тока холостого хода.

Таким образом, в ячейке питания двигателя от сети в блоке БМРЗ предусмотрено три защиты — ТО, ДТО и ДЗТ.

Продолжим расчет уставок для блока БМРЗ, установленного в ячейке, обеспечивающей питание устройства плавного пуска УПП электродвигателя.

В связи с тем, что условия прямого пуска для данной ячейки те же самые, значение максимального броска пускового тока при участии в самозапуске будет таким же, как найденное ранее по формуле (2-4), т.е. = 5229 А.

Ток срабатывания ТО выбираем таким же, как ранее, т.е. . В ранее выполненных расчетах было показано, что условие (6) выполняется [см. (6-4)], поэтому для этой части схемы защиты можно использовать трансформаторы тока ТЛМ10-5-82 с сердечником типа Р и коэффициентом трансформации 400/5 при сопротивлении токовых цепей не превышающем 1 Ом.

Значение тока двухфазного КЗ на вводах питания УПП при одинаковых исходных данных будет равно ранее вычисленному по формуле

(7-3) значению, т.е. А.

Коэффициент чувствительности для выбранного тока срабатывания ТО и рассчитанного значения двухфазного тока КЗ будет равен найденному ранее по формуле (8-3), т.е. 1,32. В связи с тем, что коэффициент чувствительности меньше 2, то в блоке БМРЗ, установленном в этой ячейке, помимо токовой отсечки ТО необходимо применить дифференциальную токовую отсечку ДТО (см. рис. 9)

Продолжим расчет и определим максимальный бросок пускового тока при плавном пуске с помощью устройства УПП по формуле (18):

где - предельная кратность пускового тока, задаваемая при настройке устройства плавного пуска (УПП).

Значение kУПП выбирают из диапазона 3 ÷ 4 или ориентируются на указания, приведенные в документации на УПП.

Пример 3: 3.14 Подставив значения в формулу (18) получим:


(18-1)

Уставку срабатывания ДТО находят по формуле (19):


(19-1)

Пример 3: 3.15 Подставив значения в формулу (19) получим:


(19-1)

Проверим выполнение соотношения (6) и убедимся, что трансформаторы тока обеспечивают погрешность не более 10% для данного значения уставки срабатывания и сопротивления токовых цепей.

Для проверки чувствительности ДТО найдем коэффициент чувствительности защиты при двухфазном КЗ на вводах питания электродвигателя по формуле (17):

Пример 3: 3.16 Подставив значения в формулу (17) получим:


(17-5)

Поскольку значение коэффициента чувствительности больше 2, данная защита удовлетворяет требованиям ПУЭ. По полученным при расчете данным строим характеристику защиты (рис. 11).


Рис. 11 Характеристика дифференциальной токовой отсечки

Для данной защиты принимаем выдержку времени равной нулю. Применять дифференциальную токовую защиту с торможением в ячейке с УПП нецелесообразно.

Литература

  1. Гондуров С.А., Михалев С.В., Пирогов М.Г., Захаров О.Г. Расчет уставок для цифровых устройств релейной защиты. Токовая отсечка. //Материал размещен на странице: http://bmrz-zakharov.narod.ru/raschet/to.htm.
  2. Гондуров С.А., Михалев С.В., Пирогов М.Г., Захаров О.Г. Расчет уставок для цифровых устройств релейной защиты. Дифференциальная защита электродвигателя. //Материал размещен на странице: http://bmrz-zakharov.narod.ru/raschet/DZT_DTO.htm.
  3. Королев Е.П., Либерзон Э.М. Расчеты допустимых нагрузок в токовых цепях релейной защиты. М.: Энергия, 1980.
  4. Правила устройства электроустановок. М.: Госэнергонадзор России, 1998, 608 с.
  5. Шабад М.А. Трансформаторы тока в схемах релейной защиты. Экспериментальная и расчетная проверки. Конспект лекций. СПб, ПЭИПК, 2010.
  6. Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита. М.: Энергоатомиздат, 2007, 549 с.
  7. Александров А.М. Выбор уставок срабатывания защит асинхронных электродвигателей напряжением выше 1 кВ. М.: Энергоатомиздат 1987.
  8. Информация об алгоритмах, выполняемых блоками БМРЗ и БМРЗ-100 различных исполнений и модификаций // Материал размещен на странице: http://bmrz-zakharov.narod.ru/algoritmy.htm.
  9. Алгоритмы защиты, выполняемые БМРЗ// Материал размещен на странице: http://bmrz-zakharov.narod.ru/new/_ANSI.htm.

[1] Нумерация рисунков, формул и таблиц продолжает нумерацию, начатую в статьях [1, 2]

[2] Нумерация примеров и формул продолжает нумерацию, начатую в [1]

Гондуров С.А., Михалев С.В.,
Пирогов М.Г., Захаров О.Г.
НТЦ «Механотроника», С-Петербург

👉 Подписывайтесь на Elec.ru. Мы есть в Телеграм, ВКонтакте и Одноклассниках

Информация о компании

Санкт-Петербургский научно-технический центр «Механотроника», созданный в 1990 году, первым в России начал разрабатывать и выпускать цифровые устройства релейной защиты и автоматики (РЗА). В настоящее время предприятие производит как уже ставшие широко известными в России и СНГ микропроцессорные блоки релейной защиты серии БМРЗ и БМРЗ-100, цифровые устройства частотной автоматики и центральной сигнализации, так и шкафы релейной защиты подстанционного и станционного оборудования 6(10), 35, 110,…
Читайте также
Новости по теме
Объявления по теме

ПРОДАМ: Устройства защитного отключения Энергия АВДТ-32 (УЗО)

Устройство защитного отключения (УЗО) — механический коммутационный аппарат, состоящий из отдельных элементов, которые замеряют и сравнивают с заданными величинами дифференциальный ток и находят замыкания и размыкания электрической цепи (разъединителей). То есть, УЗО созданы для того, чтобы не допустить возможные последствия перегрузки в сети: возгораний электропроводки и пожара всей квартиры. Устройства защитного отключения обязательно применяются в современных жилых и офисных помещениях, на складских и производственных площадях. Даже, при случайном прикосновении к оголенной проводке, устройства тут же срабатывают и отключают питание в сети. Рекомендуем установить УЗО на каждую линию потребителей. Например: группа розеток, все освещение, электроприборы с большой мощностью. В первую очередь их устанавливают в помещении с повышенной влажностью: в душевые и ванные комнаты, на кухни и т.д. Принцип действия: Устройства защитного отключения УЗО работают на основе фиксации дифференциального тока, возникающего при его утечке на землю. Дифференциальный трансформатор тока служит сигнализатором наличия тока утечки, с трансформатора сигнал подается на катушку устройства отключения токового расцепителя, выполненную на основе постоянного магнита. Токовый расцепитель срабатывает вследствие размагничивания катушки. В обычном состоянии магнитное поле удерживает рычаг, который под действием пружины готов оторваться от магнита и отключить УЗО. Как только на обмотку подается напряжение, возникает магнитное поле обратного направления, контур размагничивается и пружина возвращает рычаг, который приводит в действие механизм отключения УЗО.
Рыжов Сергей · ЭТК Энергия · 26 февраля · Россия · г Москва
Устройства защитного отключения Энергия АВДТ-32 (УЗО)

ПРОДАМ: Ищите аналог Simocode? Встречайте: реле защиты электродвигателя PMAC801A!

Реле защиты электродвигателя PMAC801A является аналогом системы защиты электродвигателя Simocode Pro-V. Основное предназначение PMAC801A это управление и защита электродвигателем от последствий нагрузок, перегрузок, разбаланса тока, обрыва фазы, коротких замыканий. В последнее время возросли требования к системам управления энергопотребления и этим требованиям соответствует многофункциональная и гибкая система защиты электродвигаетеля PMAC801A. PMAC801A используется в технологических процессах, где остановка оборудования может привести к значительным потерям (например, в металлургической, цементной, нефтеперерабатывающей промышленности) и где важно быстро обнаружить и устранить простои или неисправности оборудования для поддержания его непрерывной работоспособности. Применение: В условиях повышенной опасности (химическая, нефтяная и газовая промышленность) С тяжелыми условиями пуска (бумажная, цементная и металлургическая промышленность) На предприятиях с высоким коэффициентом готовности оборудования (цементная, нефтегазовая, химическая, обрабатывающая промышленность, энергетические предприятия) Реле защиты электродвигателя PMAC801A доступна по цене и со склада в Москве. Доставляем по всей России.
Отдел Продаж · ООО «Энергометрика» · Вчера · Россия · г Москва
Ищите аналог Simocode? Встречайте: реле защиты электродвигателя PMAC801A!

ПРОДАМ: Защита асинхронных электродвигателей по току БЗ-031 (диапазон контролируемых токов 0-200А и 100-900А)

Защита трехфазных асинхронных электродвигателей БЗ-031. Диапазон контролируемых токов: 0-200А и 100-900А. Габариты 200×145×71 (мм). Датчики тока в комплекте. Масса в сборе (блок + датчики тока) 1,3 кг. Внутренний диаметр датчиков до 200А — 37 мм, внутренний диаметр датчиков до 900А — 75 мм. Потребляемая мощность — не более 5 Вт. Полная гальваническая развязка. Защита от всех неполно-фазных режимов: отключение двигателя от питающей сети при любых недопустимых перегрузках, при потере нагрузки по току (падение «зеркала» для погружных насосов, «холостой» ход для любых других насосов), при нарушении симметрии фазных токов, при обрыве любой из фаз; при коротком замыкании (функция МТЗ-максимальная токовая защита), счетчик моточасов. Особенность — электромеханическое реле с нагрузкой до 16А (220В переменного тока) блок сохраняет работоспособность (удерживает реле при падении напряжения до 50% от номинала) (протокол испытаний на помехоустойчивость, помехозащищенность), фильтр питания держит броски напряжения до 470В. Степень защиты IP-54: корпус металл-механическая прочность, защита от внешних электромагнитных, электрических, климатических воздействий, спец. точка заземления. 2-х строчный ЖКИ-монитор (отображение рабочего режима БЗ на русском языке), простота программирования, обслуживания. Инструкция по эксплуатации на сайте предприятия.
Ковешникова Елена · ПКФ Электротрейд · Вчера · Россия · Липецкая обл
Защита асинхронных электродвигателей по току БЗ-031 (диапазон контролируемых токов 0-200А и 100-900А)

ПРОДАМ: УДЗ-1 - устройство дифференциальной защиты

УДЗ-1 Устройство дифференциальной токовой защиты НАЗНАЧЕНИЕ УДЗ-1 1. Устройство дифференциальной токовой защиты УДЗ-1 предназначено для установки в цепях питания трѐхфазных электроустановок (электродвигателей, трансформаторов и других ответственных агрегатов) для их аварийного отключения при возникновении внутренних повреждений. 2. Устройство УДЗ-1 является трехфазным прибором, срабатывающим по действующим значениям дифференциальных токов в трех фазах контролируемой электроустановки. Команда на отключение выдается в виде переключения перекидного управляющего контакта устройства. 3. Устройство УДЗ-1 является 2-х ступенчатым прибором. Первая ступень — дифференциальная отсечка без выдержки времени (ДО), вторая ступень — чувствительная дифференциальная защита с регулируемой выдержкой времени (ДТЗ). 4. Устройство изготавливается в исполнении УХЛ категории 3 по ГОСТ 15150 и предназначено для работы при температуре окружающей среды от –40 до +40° С при относительной влажности до 95%. Степень защиты корпуса устройства — IP60 (IP65 — по требованию заказчика) ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УДЗ-1 1. Пределы контролируемых дифференциальных токов в каждой из трѐх фаз электроустановки — от 0,01 до 12.5 А. 2. Пределы регулирования режимных уставок срабатывания устройства (Iдо для ДО и Iдтз для ДТЗ) — от 0,01 до 10 А, шаг 0,1 А. 3. Время задержки срабатывания (для ДО) — не более 0,05 сек при двукратном значении дифференциального тока относительно уставки Iдо. 4. Время задержки срабатывания (для ДТЗ) — в соответствии со значением уставки Тдтз, регулируемой в пределах от 0,1 до 5 сек. с шагом 0,1 сек. 5. Устройство коммутирует выходными контактами электрическую цепь переменного или постоянного тока от 0,01 до 5А при напряжении до 240 В. 6. Питание устройства осуществляется от сети переменного (частотой (50±2) Гц) или постоянного тока напряжением в пределах от 100 до 240 B или от источника постоянного тока напряжением 24 В. 7. Мощность, потребляемая устройством от источника...
Литвинова Ольга · САВЭЛ · 15 февраля · Россия · Красноярский край
УДЗ-1 - устройство дифференциальной защиты

ПРОДАМ: Устройства защиты трехфазного асинхронного электродвигателя УЗД

Устройство УЗД осуществляет защиту асинхронного электродвигателя путем управления коммутационным оборудованием и предназначено для: Защиты от перегрузки по току (время-токовая защита); Защиты от обрыва фазы; Защиты от нарушения изоляции, как обмотки статора, так и токоведущих проводов от пускателя до двигателя; Отключения двигателя по команде с датчика внешнего технологического оборудования с «сухим» замыкающим контактом; Защиты от перегрева двигателя (или технологического оборудования) по сигналу с датчика температуры; Контроля и защиты от превышения максимального тока двигателя (стопор), с выдачей сигнала («сухой» нормально замкнутый контакт); Дистанционного контроля сигналов срабатывания первых трех защит («сухой» нормально разомкнутый контакт); Анализа аварийной ситуации по световым индикаторам, с сохранением информации при наличии даже одной питающей фазы сети.
Петров Игорь · НТК Приборэнерго · 26 февраля · Россия · Чувашская республика - Чувашия
Устройства защиты трехфазного асинхронного электродвигателя УЗД
АО «Контактор» входит в число крупнейших заводов электротехнической промышленности России. Высококачественная продукция завода используется на всех ведущих предприятиях энергоемких отраслей России, а также стран ближнего и дальнего зарубежья.