Инструменты, цифровые технологии, связь, измерения

Расчет уставок для цифровых устройств релейной защиты

7 сентября 2011 г. в 10:31

Параметры срабатывания любого устройства релейной защиты должны отвечать требованиям, изложенным ПУЭ [1] (см. главы 3.2, 5.3).

Для правильного выбора уставок срабатывания в руководствах по эксплуатации цифровых устройств релейной защиты, выпускаемых НТЦ «Механотроника», традиционно приводились методики их расчета только для наиболее сложных алгоритмов защиты.

В связи со значительным увеличением количества выпускаемых цифровых устройств и выдвижением новых требований организациями, проводящими аттестацию цифровых устройств для применения их на объектах ОАО «ФСК ЕЭС», в эксплуатационную документацию были введены методики расчета уставок для всех алгоритмов защиты, предусмотренных в цифровых устройствах производства НТЦ «Механотроника».

Для этого предприятие разработало методические указания по расчетам уставок, которые полностью учитывают:

  • требования и рекомендации, изложенные в ПУЭ;
  • особенности алгоритмов защиты, используемых в цифровых блоках серий БМРЗ и БМРЗ-100.

Разработка методических указаний была выполнена специалистами НТЦ «Механотроника» при участии к.т.н. Соловьёва А.Л., заведующего кафедрой релейной защиты и автоматики электрических станций, сетей и систем Петербургского Энергетического института повышения квалификации.

Настоящая публикация открывает серию статей в которых приведены методики расчета уставок, иллюстрированные практическими примерами.

Расчёт уставок токовой отсечки для электродвигателей

Согласно ПУЭ [1] однорелейная токовая отсечка [1], защищающая от многофазных замыканий, в обязательном порядке должна быть предусмотрена для электродвигателей мощностью менее 2 МВт.

В тех случаях, когда однорелейная токовая отсечка не удовлетворяет требованиям чувствительности, то для защиты электродвигателей мощностью менее 2 МВт можно использовать двухрелейную токовую отсечку.

Сразу необходимо отметить, что однорелейная токовая отсечка, в которой использован сигнал, получаемый как разность токов двух фаз, имеет в раз худшую чувствительность, чем двухрелейная схема с двумя трансформаторами тока [2].

ПУЭ рекомендует применять двухрелейную токовую отсечку для защиты электродвигателей мощностью 2 МВт и более, имеющих защиту от однофазных замыканий на землю, действующую на отключение.

Если же защита от однофазных замыканий на землю отсутствует, то для электродвигателей мощностью 2 МВт и более следует применять трехрелейную токовую отсечку с тремя трансформаторами тока.

ПУЭ допускает применять двухрелейную токовую отсечку для защиты электродвигателей мощностью 2 МВт и более, не имеющих защиты от однофазных замыканий на землю. Однако в этом случае необходимо дополнительно предусмотреть защиту от двойных замыканий на землю.

Наиболее просто и полно все требования, изложенные в ПУЭ, реализуются при использовании серийно выпускаемых устройств БМРЗ и БМРЗ-100 предназначенных для защиты синхронных и асинхронных электродвигателей. В ряде исключительных случаев для этих же целей возможно применить устройства БМРЗ и БМРЗ-100 для защиты кабельных и воздушных линий.

Для защиты асинхронных и синхронных электродвигателей используется первая ступень алгоритма максимальной токовой защиты МТЗ с нулевой выдержкой времени.

Упрощенная функциональная схема этого алгоритма приведена на рис. 1.


Рис. 1 Схема алгоритма максимальной токовой защиты
(ТО — первая ступень МТЗ) по [4]

При превышении любым из фазных токов IA, IB, IC уставки соответствующего компаратора 1-3 возникает сигнал «Пуск I>» [2] и при отсутствии блокирующих сигналов начинает отсчет времени элемент выдержки времени 5.

При использовании первой ступени МТЗ в качестве токовой отсечки ТО выдержка времени устанавливается равной нулю. Поэтому сигнал «Откл. I >» на выходе алгоритма появляется после сигнала «Пуск I>» без временной задержки.

Блокирование срабатывания любой ступени МТЗ выполняется элементом 4 как внешним сигналом, так и в цикле АПВ. Сигнал блокирования поступает на элемент 13.

В связи с тем, что в данном алгоритме устанавливается нулевое значение выдержки времени, то необходимость ускорения срабатывания алгоритма (при ручном включении выключателя или в цикле АПВ) отсутствует

В устройствах серий БМРЗ и БМРЗ-100 предусмотрено необходимое количество цифровых реле максимального тока для каждой фазы, поэтому применение предусмотренной в ПУЭ отсечки в виде однорелейной схемы на наш взгляд так же нецелесообразно.

Рассмотрение методики расчета уставок для ТО сопровождается практическими примерами, в которых используется асинхронный двухскоростной двигатель АДО-1600/1000-10/12 с прямым пуском на 1-й скорости.

Исходные данные для расчета

  • Мощность на валу двигателя для 1-ой скорости:
  • Мощность на валу двигателя для 2-ой скорости:
  • Коэффициент мощности для 1-ой скорости:
  • Коэффициент мощности для 2-ой скорости:
  • Номинальное напряжение:
  • КПД для 1-ой скорости:
  • КПД для 2-ой скорости:
  • Кратность пускового тока для 1-ой скорости:
  • Кратность пускового тока для 2-ой скорости:
  • Значение тока трехфазного КЗ на вводах питания электродвигателя:

Двигатель участвует в процессе самозапуска, который может осуществляться как на 1-ой, так и на 2-ой скорости.

Максимальное сопротивление токовых цепей со стороны питания электродвигателя (проектное значение) — не более 0,5 Ом.

Для расчета уставок токовой отсечки необходимо знать номинальный ток электродвигателя. Если значение этой характеристики не приведено в документации двигателя, определить его можно по формуле (1):

А
(1)

где — номинальная мощность электродвигателя, кВт; — номинальное линейное действующее напряжение двигателя, кВ; — номинальный к.п.д. электродвигателя; - номинальный коэффициент мощности электродвигателя.

Пример

1.1 Значение номинального тока для выбранного нами электродвигателя при работе на 1-й скорости согласно формуле (1) будет равно:

А
(1.1)

1.2 Номинальный ток выбранного нами электродвигателя при работе на 2-ой скорости определим также по формуле (1):

А
(1.2)

По номинальному току электродвигателя необходимо выбрать трансформаторы тока (сигнал с их вторичных обмоток поступает на токовые входы IA, IB, IC цифрового устройства, показанные на рис. 1) с таким коэффициентом трансформации, чтобы при номинальном токе электродвигателя вторичный ток не превышал 5 А. Рекомендуемый диапазон изменения вторичного тока от 1 до 4 А.

Пример

1.3 Для найденного по соотношению (1.1) значения тока (197, 3 А) предварительно выбираем трансформаторы тока ТЛМ10-5-82 с сердечником типа Р и коэффициентом трансформации kтр = 200/5.

При кратности тока до 17 и максимальном сопротивлении токовых цепей не более 0,5 Ом трансформаторы тока этого типа имеют погрешность не более 10% [3]. Указанная кратность тока соответствует току в первичной обмотке 3400 А (17×200 А).

Для оценки пригодности выбранного трансформатора тока по погрешности, соответствующей предельной кратности тока необходимо определить максимальные броски пускового тока электродвигателя (рис. 2)


Рис. 2 Пример пусковой характеристики электродвигателя

Принято считать, что процесс пуска электродвигателя завершен, когда пусковой ток станет меньше 1,25 Iном. дв..

Значение максимального пускового тока при прямом пуске электродвигателя с учетом апериодической составляющей находят по формуле (2):

А
(2)

где — коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую пускового тока машины, принимается 1,8; — кратность пускового тока машины (как правило, 3 ÷ 8).

Пример

1.4. При самозапуске электродвигателя на 1-й скорости

максимальный бросок пускового тока согласно формуле (2) составит:


(2-1)

1.5 Максимальный бросок тока самозапуска электродвигателя при его работе на 2-й скорости составит:


(2-2)

Уставку срабатывания ТО I>>> выбирают такой, чтобы выполнялось соотношение (3):


(3)

Пример

1.6 Используя соотношение (3) выбираем уставки срабатывания алгоритма ТО для первой и второй скоростей одинаковыми и равными .

При расчете уставок для двигателей с реакторным пуском максимальный бросок пускового тока двигателя при реакторном пуске определяют по формуле (4):

А
(4)

где - индуктивное сопротивление сети; - индуктивное сопротивление реактора.

Значение полного пускового сопротивления двигателя, входящее в формулу (4) находят по соотношению (5)

Ом
(5)

Обоснование этой формулы можно найти в работе [5] на стр. 22. Полученное таким образом значение используют в соотношении (3).

Для двигателя, работающего в режиме самозапуска, значение тока полученное по формулам (2) или (4) необходимо увеличить в 1,3 — 1,4 раза, так как в этом режиме напряжение на двигателе может достигать 1,3- 1,4 номинального значения.

Выбранный ранее трансформатор тока (см. п. 1.3 Примера) проверяем на соблюдение требования, установленного в п.п. в п. 3.2.29 ПУЭ [1]

(1,1I>>>) < (кТ х I ном)
(6)

  • Где кТ — кратность тока КЗ при допустимой погрешности 10% .
  • ном — номинальный первичный ток трансформатора тока.
Пример

1.7 Вычисляем

(1,1 I >>>1 = 1,1×3350 = 3685) > (17×200 = 3400)
(6-1)

Из соотношения (6-1) видно, что требование (6) при применении данного трансформатора тока не выполняется.

В связи с тем, что погрешность выбранного ранее трансформатора тока с коэффициентом трансформации kрт = 200/5 превышает 10% при токе двигателя, превышающем уставку срабатывания на 10% (),выбираем трансформаторы тока этого же типа, но с коэффициентом трансформации 300/5.

Проверим выполнения требования (6) для такого трансформатора.

Пример

1.8 Находим

< 5100 = (17×300) А
(6-2)

Как видно из соотношения (6-2) при той же допустимой кратности тока 17 погрешность трансформаторов тока не будет превышать 10% даже при токе, равном 5100 А (17Х300А) и максимальном сопротивлении токовых цепей не более 0,5 Ом

Убедившись в том. что выбранные трансформаторы тока соответствует требованиям, изложенным в ПУЭ, продолжим дальнейшие расчеты.

Значение тока двухфазного КЗ на вводах питания электродвигателя определяем по формуле (7):

А,
(7)

где - значение тока трехфазного КЗ на вводах питания электродвигателя (см. выше исходные данные для расчета).

Пример

1.9 Расчетный ток двухфазного КЗ на вводах питания электродвигателя составит:


(7-1)

Коэффициент чувствительности защиты при двухфазном КЗ находим по формуле (8):


(8)

Данный коэффициент чувствительности представляет собой отношение расчетного значения фазного тока при металлическом КЗ в пределах защищаемой зоны к фазному току, соответствующему срабатыванию защиты.

Пример

1.10 Коэффициент чувствительности защиты при двухфазном КЗ находим по соотношению (8):


(8-1)

1.11 Поскольку коэффициент чувствительности ТО оказался больше 2, нет необходимости применять дополнительно дифференциальную защиту для защиты данного двигателя от междуфазных КЗ.

Алгоритм защита от междуфазных КЗ работает без выдержки времени, как и ТО.

В заключение отметим, что при расчете уставок для синхронного двигателя следует учитывать, что машина запускается в асинхронном режиме, поэтому значение броска пускового тока находят аналогично тому, как это было сделано в приведенных примерах.

Отстройка ТО выполняется от двух параметров:

  • броска апериодической составляющей пускового тока;
  • тока несинхронного включения двигателя.

Литература

  1. Правила устройства электроустановок. М.: Госэнергонадзор России, 1998 год, 608 с.
  2. Александров А.М. Выбор уставок срабатывания защит асинхронных электродвигателей напряжением выше 1 кВ. СПб: ПЭИПК, 2010
  3. Королев Е.П., Либерзон Э.М. Расчеты допустимых нагрузок в токовых цепях релейной защиты. — М.:«Энергия», 1980/
  4. Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита. М.: Энергоатомиздат, 2007, 549 с.
  5. Корогодский В.И., Кужеков С.Л., Паперно Л.Б. Релейная защита электродвигателей напряжением выше 1 кВ. М.:Энергоатомиздат, 1987

[1] Существует мнение, что этот термин возник потому, что алгоритм токовой отсечки обеспечивает защиту только части объекта, его отсека (см. www.rza001.narod.ru).

[2] По традиции в цифровых устройствах, выпускаемых НТЦ «Механотроника» характеристики первой, второй и третьей ступеней обозначают так: I>>> (первая ступень), I>> (вторая ступень), I> (третья ступень)

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 защиты от скачков напряжения и дуговых разрядов УЗМ ( УЗМ-51М, УЗМ-50Ц, УЗМ-50МД, УЗМ-3-63К, УЗМ-16)

Обратите Ваше внимание на линейку устройств защиты Устройство защиты многофункциональное УЗМ-51М предназначено для: отключения оборудования при выходе значения напряжения в однофазных сетях за установленные параметры; защиты оборудования (в квартире, офисе и пр.) от разрушающего воздействия импульсных скачков напряжения, вызванных срабатыванием близкорасположенных и подключённых к этой же сети двигателей, пускателей (и т. д.), тем самым предотвращая выход оборудования из строя и его возможное возгорание; ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ Возможно применение в сетях любой конфигурации; TN-C, TN-S, TN-C-S, ТТ; Не заменяет другие аппараты защиты (автоматические выключатели, УЗИП, УЗО и пр.); При кратковременных (менее 0.5с) провалах сетевого напряжения, не отключает нагрузку; Номинальный ток коммутации 63А Двухпороговая защита от перенапряжения (задержка срабатывания): >240-290В/(0,2с), >300В ±15%/(20мс) Двухпороговая защита от снижения напряжения /(задержка срабатывания): верхнего порога срабатывания/(0,2с), >300В/(20мс) Двухпороговая защита от снижения напряжения /(задержка срабатывания): менее нижнего порога срабатывания/(10с) и менее 80В/(100мс) Встроенная варисторная защита от импульсных скачков сетевого напряжения Настраиваемая задержка повторного включения — 10-360 секунд; Сохраняет работоспособность в широком диапазоне напряжения питания — 0…440В Индикатор напряжения сети, тока нагрузки и мощности. Устройство защиты многофункциональное УЗМ-50МД предназначено для: отключения оборудования при выходе значения напряжения в однофазных сетях за установленные параметры; защиты оборудования (в квартире, офисе и пр.) от разрушающего воздействия импульсных скачков напряжения, вызванных срабатыванием близкорасположенных и подключённых к этой же сети двигателей, пускателей (и т. д.), тем самым предотвращая выход оборудования из строя и его возможное возгорание; защиты от дуговых явлений (искрения, тлеющих разрядов) в электропроводке; ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ Защита сетей от дуговых...
Смолич Елена · НПК Электроэнергетика · 19 февраля · Россия · Московская обл
Устройства защиты от скачков напряжения и дуговых разрядов УЗМ   ( УЗМ-51М, УЗМ-50Ц, УЗМ-50МД, УЗМ-3-63К, УЗМ-16)

ПРОДАМ: Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) серии MSR

Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) серии MSR изготавливают с использованием многокаскадных схем защиты. Применяются для защиты цепей связи, работающих с распространенными промышленными протоколами. В качестве грубой защиты в схемах используется газонаполненный разрядник, а в качестве элемента тонкой защиты диод-суппрессор(TVS), а также в некоторых исполнениях модули блокировки переходных процессов (TBU) от компании Bourns (США). Такое решение позволяет добиться высокой отводящей способности, достаточно низкого порога срабатывания защиты (напряжение срабатывания УЗИП) и высокой скорости срабатывания. Учитывая относительно невысокие значения разрядных токов (если сравнивать с цепями электропитания), эти каскады защиты вместе с элементами развязки можно разместить в едином компактном корпусе, устанавливаемом на DIN-рейку, шириной 18 или 36 мм. Данные УЗИП подключаются последовательно в цепи сигнальных цепей и цепей передачи данных с различными интерфейсами связи, такими как RS-485, RS-422, «токовая петля», HART, Profibus, Fieldbus и другие. Поэтому защитная схема должна учитывать не только допустимые уровни импульсных воздействий на защищаемое оборудование, но и внутренние особенности защищаемых цепей и интерфейсов, такие как номинальный ток — от 0,1 А до 0,5 А, номинальное напряжение — 6, 12, 24, 30 В и скорость передачи — до 10 Мбит/c. TVS-диоды обеспечивают рассеивание до 1500 Вт или до 3000 Вт импульсной мощности, в зависимости от применяемых компонентов. Предусмотрена возможность подключения как экранированных, так и не экранированных двухпроводных дифференциальных линии связи, с одной парой сигнальных проводов либо с двумя парами. Также предусмотрена возможность заземления экрана кабеля через шунтирующую емкость.
Петров Игорь · НТК Приборэнерго · 19 февраля · Россия · Чувашская республика - Чувашия
Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) серии MSR

ПРОДАМ: Защитное предохранительное устройство 5ГГ.674 350.000

- Защитное предохранительное устройство 5ГГ.674 350.000 – 3 шт. - Пружина 8ГГ.753 513.002 – 3 шт. - Резистор С2-33-Н-0,25 Р=0,25 Вт, R=11 Ом. Для трансформаторов типа ЗНОЛП 3 кВ - резистор на 9,1 Ом. Заменяемые части для ЗНОЛП трансформаторов. Трансформаторы ЗНОЛП выпускаются по принципу взаимозаменяемости отдельных деталей. В соответствии с этим отдельные детали или сборочные единицы представляют собой заменяемый элемент трансформатора ЗНОЛП. Заменяемыми являются: - пружина; - защитное предохранительное устройство; - резисторы: P=0,25 Вт, R=11 Ом и R=9,1 Ом. Вышеперечисленные части могут представлять собой предмет специальной покупки в случае их повреждения в ЗНОЛП трансформаторе. При этом в паспорте к ЗНОЛП трансформатора должна быть отметка с соответствующей записью о возможной причине отказа.
Павлов Виктор · ВолгаЭнергоКомплект · 19 февраля · Россия · Самарская обл
Защитное предохранительное устройство 5ГГ.674 350.000

ПРОДАМ: Предохранительные разъединители нагрузки

В настоящее время требования к предохранительным системам постоянно возрастают. Необходимо не только обеспечить высокую надежность, но и простоту эксплуатации, что неразрывно связанно с безопасностью в работе. Габариты устройств также являются важным параметром, все чаще отдается предпочтение компактным устройствам. Аппараты для отключения потребителей электросети от питания, имеющие в своем составе плавкий предохранитель, называются предохранительные разъединители нагрузки. Основной их задачей является создание видимого отключения с возможностью блокировки обратного ввода в работу. Плавкий предохранитель служит защитой от короткого замыкания. Обеспечение видимого разрыва цепи и последующая блокировка включения необходимы в случаях вывода оборудования в ремонт или технического обслуживания, для выполнения требований безопасного производства работ и исключения ошибочных действий персонала (ввод в эксплуатацию оборудования, на котором не закончены работы по ремонту или обслуживанию). Ассортимент устройств разъединения нагрузки включает в себя различные типы компоновки (шинные, одно- и многополюсные, модульные) и исполнения (вертикальные, горизонтальные). Также некоторые производители вносят свои особенные дополнения, такие как встроенный амперметр, токовые трансформаторы и т.д. Компоновка предохранительного разъединителя зависит от применяемой нагрузки. Для нужд управления подключением и выводом силового оборудования с номинальными токами до 1кА (распределительные трансформаторы на понижающих подстанциях) применяют шинные разъединители. К их особенностям можно отнести возможность фактически мгновенного отключения всех шин одновременно, наличие дугогасящих устройств, компактное исполнение, возможность применять плавкие вставки различных размеров. Модульные предохранительные разъединители применяют в сетях номинальным током до 100А. Главной задачей данных выключателей является создание безопасных условий для отключения и обратного ввода в работу...
Отдел продаж · Элснаб · Вчера · Россия · г Москва
Элснаб, ООО

ПРОДАМ: ОВОД-М дуговая защита, реле, электрооборудование

«ОВОД-М» (ОВОД-МД) устройство дуговой защиты на основе волоконной оптики и микропроцессорной техники для защиты ячеек КРУ, КСО высоковольтных электрических подстанций, применяется на новых объектах и при реконструкции. Устройства защиты и контроля: РНПП-301; РНПП-311; РН-101 и РН-111-однофазные; ПЭФ-301- переключатель фаз; РЭВ-201- реле времени с задержкой включения; МСК-301- блок управления тепловыми и холодильными установками; РН-112- реле макс/мин напряжения; блок PS-220/12-2,5; УБЗ-301- блок защиты асинхронных электродвигателей; БО-01-блок обмена и передачи данных; РН-16Т- суточно-недельный таймер. Наши специалисты готовы провести консультации по электрооборудованию, помочь подобрать оптимальную модель, ответить на Ваши вопросы. Вы можете оформить заказ любым удобным для Вас способом. Наши приборы Вы можете купить оптом и в розницу. Наша компания осуществляет доставку по Москве и всей России в кратчайшие сроки транспортными компаниями (Деловые Линии, СДЭК) и почтой России. Получить Ваш заказ Вы на можете на терминалах транспортных компаний в городах: Абакан, Альметьевск, Ангарск, Апатиты, Арзамас, Армавир, Архангельск, Асбест, Астрахань, Ачинск, Балаково, Балашиха, Барнаул, Белгород, Белорецк, Бердск, Березники, Березовский, Бийск, Благовещенск, Борисоглебск, Боровичи, Братск, Брянск, Бузулук, Великие Луки, Великий Новгород, Владивосток, Владикавказ, Владимир, Волгоград, Волгодонск, Волжский, Вологда, Воркута, Воронеж, Воскресенск, Всеволожск, Выборг, Гайдук, Глазов, Грозный, Дзержинск, Димитровград, Дмитров, Домодедово, Ейск, Екатеринбург, Забайкальск, Зеленоград, Златоуст, Зубчаниновка, Иваново, Игнатово, Ижевск, Иркутск, Йошкар-Ола, Казань, Калининград, Калуга, Каменск-Уральский, Каменск-Шахтинский, Камышин, Качканар, Кемерово, Керчь, Киров, Кирово-Чепецк, Клин, Клинцы, Ковров, Коломна, Комсомольск-на-Амуре, Королев, Кострома, Котельники, Котлас, Красногорск, Краснодар, Краснокамск, Красноярск, Кузнецк, Курган, Курск, Ленинск-Кузнецкий, Ливны, Липецк,...
Смолич Елена · НПК Электроэнергетика · 16 февраля · Россия · Московская обл
ОВОД-М дуговая защита, реле, электрооборудование
ООО «Копос Электро» — представительство чешской корпорации KOPOS KOLIN а.s. в Российской Федерации. Основным видом производства компании является электромонтажные изделия для кабельных систем. Количество изделий в серийных линейках продукции бренда KOPOS превышает 8 тысяч наименований.