Защита и автоматика асинхронных электродвигателей напряжением выше 1000 В

Для асинхронных электродвигателей напряжением выше 1000 В предусматриваются устройства релейной защиты, действующие при: многофазных коротких замыканиях на выводах и в обмотках статора; перегрузках, вызванных технологическими причинами и затянувшимися пуском или самозапуском; исчезновении или дли­тельном снижении напряжения. В необходимых случаях должна устанавливаться защита от однофазных замыканий на землю. Обычно эти защиты выполняются с помощью вторичных реле прямого действия или реле косвенного действия на оперативном пере­менном токе. Наряду с защитой асинхронные электродвигатели снабжаются устройствами АПВ и АВР.

Защита от многофазных коротких замыканий. Для защиты от многофазных коротких замыканий применяются плавкие предохра­нители, токовые отсечки без выдержки времени и продольные диф­ференциальные защиты.

Плавкие предохранители могут быть использованы при под­ключении электродвигателя к сети через выключатель нагрузки. Предохранитель должен удовлетворять условиям (5.1) и (5.2).

Токовая отсечка без выдержки времени устанавливается на электродвигателях мощностью Р _д < 5000 кВт. Причем для элек­тродвигателей мощностью менее Р _д < 2000 кВт она выполняется однорелейной с включением реле на разность токов двух фаз. Если чувствительность отсечки оказывается недостаточной (k _ч < 2,0 при металлическом коротком замыкании на выводах обмотки ста­тора) или если привод выключателя имеет два реле тока прямого действия, то применяют двухрелейную отсечку, которая является обязательной для электродвигателей мощностью Р д > 2000 кВт.

Возможные схемы токовых отсечек показаны на рис. 14.7. В первых двух схемах (рис. 14.7, а, б) применяются реле тока КА прямого действия и реле с переключающим контактом, дешунтирующим электромагнит отключения YAT. Применение насыщающе­гося трансформатора тока TLA в третьей схеме (рис. 14.7, в) и промежуточного реле KL в последней схеме (рис. 14.7, г) необхо­димо для уменьшения нагрузки на контакты реле тока. Ток сра­батывания токовой отсечки выбирается по условию (14.1) с уче­том отстройки от максимального пускового тока электродвигателя /пек max при выведенных пусковых устройствах. При этом в (14.1) принимают /_пек = /_пек max, а коэффициент запаса берут в преде­лах k _эап = 2,0 - 2,5 для реле прямого действия; k _эап = 1,8 - 2,0 для электромагнитного элемента индукционных реле типа РТ-80;

k _эап = 1,4 - 1,5 для электромагнитных реле типа РТ-40.

Дифференциальная токовая защита устанавливается на элек­тродвигателях мощностью Р _д³ 5000 кВт и меньшей мощности, если токовая отсечка оказывается недостаточно чувствительной. Для упрощения защита выполняется двухфазной. В трехфазном исполнении она рекомендуется только если двигатели мощностью Р _д ³ 5000 кВт не имеют быстродействующей защиты от замыка­ния на землю.

Схемы дифференциальной защиты электродвигателя выполня­ются аналогично схемам дифференциальной защиты генератора (см. рис. 12.4 и 12.5). Расчетный первичный ток срабатывания диф­ференциальной защиты /_с.а = k _зап /_д.пом, где коэффициент запаса при условии идентичности трансформаторов тока и допустимой полной погрешности составляет k _зап = 1,4 -2,0 для защиты с реле РТМ или РТ-40 и k _эап = 0,5 -1,0 для защиты с реле РНТ.

Защита от перегрузок и замыканий на землю. Для защиты от перегрузок можно использовать электротепловые реле. Однако электротепловые защиты на электродвигателях напряжением выше 1000В применяются относительно редко из-за недостатков, прису­щих электротепловым реле. Защита от перегрузок обычно осуще­ствляется индукционными элементами реле тока РТ-80, причем электромагнитные элементы реле используются для защиты от ко­ротких замыканий. Если при этом защита от перегрузки должна действовать на сигнал или на автоматическую разгрузку, то при­меняются реле типа РТ-84 с раздельными контактами индукцион­ного и электромагнитного элементов. Ток срабатывания реле вы­бирают по условию (14.2), а выдержка времени в независимой части характеристики должна превышать расчетное время пуска и самозапуска двигателя. Это время может достигать t _пск = 10 -15 с.

Защита от замыканий на землю предусматривается на элек­тродвигателях соответствующей мощности, если токи замыкания на землю достигают указанных выше (см. § 14.1) значений. Реле защиты подключается к однотрансформаторному фильтру тока ну­левой последовательности. Если число кабелей, соединяющих рас­пределительное устройство с электродвигателем, больше трех, то используются трансформаторы тока нулевой последовательности с подмагничиванием переменным током (см. § 1.7). При выполне­нии схемы и выборе параметров защиты руководствуются положе­ниями, изложенными выше (см. § 6.12).

Для определения тока срабатывания используют условие (6.30), вводя в него вместо тока 3 /_од⁽¹⁾ собственный емкостный ток элек­тродвигателя /_од⁽¹⁾.

Минимальная защита напряжения. В общем случае защита вы­полняется двухступенчатой. Первая ступень предназначена для об­легчения самозапуска ответственных электродвигателей: она от­ключает электродвигатели неответственных механизмов. Напря­жение срабатывания первой ступени устанавливается примерно равным U ¹_сз = 0,7 U _ном, а выдержка времени принимается на сту­пень селективности больше времени действия быстродействующих защит от многофазных коротких замыканий; t ¹_сз = 0,5 -1,5с. Вто­рая ступень защиты отключает часть электродвигателей ответст­венных механизмов, самозапуск которых недопустим по условиям техники безопасности или из-за особенностей технологического процесса. Напряжение срабатывания второй ступени не превышает U ¹¹ = 0,5 U _ном, а выдержка времени принимается t ¹¹_сз = 10 -15с. Схемы минимальной защиты напряжения выполняются таким об­разом, чтобы исключить ее ложное действие при нарушениях во вторичных цепях трансформаторов напряжения.

Наиболее простая - однорелейная схема защиты - применяется только при использовании реле прямого действия типа РНВ. Одна из таких схем показана на рис. 14.8 [88]. В схеме используются минимальные реле напряжения KVT1 - KVT4, установленные на четырех электродвигателях M1 - М4. Для повышения надежности в схеме защиты:

фаза b цепей напряжения заземлена не наглухо, а через пробивной предо­хранитель FV, поэтому при однофазных замыканиях на землю фаз а и с уста­новленные в цепях автоматы SF1 и SF2 не отключаются;

приборы и счетчики подключены к цепям напряжения через отдельный авто­мат SF3 с мгновенным расцепителем, поэтому короткие замыкания в цепях из­мерительных приборов устраняются раньше, чем сработают реле KVT;

между фазами а и с включен конденсатор С = 30 мкФ, через который по­дается напряжение на соответствующие реле KVT после отключения автомата SF1 или SF2 при двухфазных коротких замыканиях в цепях защиты; при за­мыкании между фазами а и & или а и с отключается автомат SF1, имеющий мгновенный расцепитель (автомат SF2 имеет тепловой расцепитель и при замы­кании между фазами а и с отключиться не успевает) и напряжение на реле KVTI к KVT2 при этом поступает через конденсатор С от фазы с; при замы­кании между фазами бис отключается автомат SF2, и напряжение на реле KVT3 и KVT4 поступает через конденсатор С от фазы а; подаваемое через кон­денсатор напряжение достаточно для возбуждения реле KVT, поэтому ложного действия защиты не происходит.

Сигнализация неисправности цепей напряжения осуществляется контактами реле напряжения MY1 — KV3 и вспомогательными контактами автоматов SF1 - SF3.

Минимальная защита напряжения с реле косвенного действия выполняется обычно групповой, т. е. действующей на отключение группы двигателей. Наиболее простой и наименее надежной явля­ется схема с одним реле, включенным на междуфазное напряже­ние. Более надежны схемы с двумя реле, питаемыми от разных трансформаторов напряжения либо от разных междуфазных на­пряжений одного трансформатора напряжения, а также трехре­лейные.

Устройства АПВ и АВР. Устройство АПВ электродвигателей высокого напряжения, схема которого показана на рис. 14.9, на­чинает работу при действии минимальной защиты напряжения. Отключая электродвигатели, защита одновременно включает про­межуточное реле KL1, которое затем самоудерживается контак­том KL1.1. После восстановления напряжения до U = (0,8 ¸ 0,9) U _ном реле напряжения KV запускает реле времени КТ (типа ЭВ-225 или ЭВ-245), которое импульсным контактом KT1 кратковременно замыкает цепь об­мотки выходного реле K. L2. Для надеж­ного включения выключателей возврат реле KL2 должен происходить через вре­мя t _в > 0,1 - 0,2с после его срабатыва­ния. Это условие обеспечивается тем, что время замкнутого состояния импульс­ного контакта КТ1 реле времени состав­ляет t = 0,45 - 0,65 с (реле ЭВ-225) или t = 1,0 - 1,5с (реле ЭВ-245). Контакт КТ2 реле времени служит для возврата схемы в исходное состояние.

Индивидуальное АПВ электродвигателей может выполняться с применением реле типа РПВ-358 и допол­нительного реле, контролирующего наличие напряжения на шинах питания. Включающие воздействия в схемах УАПВ электродвигате­лей подаются через контакты ключей управления, замкнутые в по­ложении «Включено», чтобы исключить возможность запуска элек­тродвигателей, отключенных персоналом до момента снижения на­пряжения.

На рис. 14.10 показана схема УАВР, выполненная применительно к уста­новке с тремя электродвигателями, подключаемыми к источникам питания вы­ключателями с пружинно-грузовым приводом. Схема управления каждого из трех электродвигателей выполняется в соответствии с рис. 14.10,6. В этой схеме натяжение пружин привода осуществляется только перед включением выключа­теля. При этом исключаются длительное пребывание пружин в заведенном со­стоянии и возможность самопроизвольного включения выключателя. Любой из трех двигателей может быть рабочим или резервным. Это устанавливается избирательным ключом управления SA1 положения которого на рис. 14.10,5 обо­значены Р (резерв), М (местное управление) и Д (дистанционное управление). Ключ SA2 служит для дистанционного управления пуском и остановом электро­двигателя, а кнопочные выключатели SB / и SB2 - для местного управления. Реле КСС осуществляет пуск электродвигателя при действии устройства АВР. Рабочий электродвигатель должен иметь дистанционное и местное управления, а резервный - пуск только от устройства АВР и дистанционное и местное управ­ления остановом. Для достижения этого в схеме рабочего электродвигателя ключ SA1 находится в положении Д, а ключ SA2 - в нейтральном положении (после включения). При этом замкнуты контакты SA1.2, SA1.4 и SA2.3. В схеме резервного электродвигателя ключ SA1 находится в положении Р, а ключ SA2 - в нейтральном положении (после отключения). Замкнутыми оказываются кон­такты SA1.4 и SA1.4. Как в той, так и в другой схеме (рис. 14.10,6) все реле не возбуждены.

В общих цепях УАВР (рис. 14,10, а) возбуждено реле KB запрета автоматики, обеспечивающее однократность действия УАВР. Его контактом KB под­готавливается цепь обмотки реле включения резерва КСС. При аварийном от­ключении рабочего электродвигателя в цепях его управления замыкается цепь несоответствия, образованная контактом SA2.3 ключа SA2 и вспомогательным контактом выключателя Q1.5 в цепи обмотки реле KQT1. Реле срабатывает и контактом KQT1.1 размыкает цепь автоматического пуска электродвигателя, а контактом KQT12 замыкает цепь аварийной сигнализации. В общих цепяхсхе­мы УАВР реле контактом KQTL3 размыкает цепь обмотки реле блокировки KB и контактом KQT1.4 замыкает цепь обмотки реле включения резерва КСС. Реле срабатывает и замыкает контакты КСС в цепях управления всех электродвига­телей. Однако при этом замкнутой оказывается только цепь обмотки реле KL1 в схеме резервного электродвигателя (контакт SA1.3 ключа SA1 и контакты ре­ле КСС1 и KQTI. J), которое после срабатывания самоудерживается контак­том KL1.1 и подает (контактом KL1.2} напряжение на электродвигатель М, за­водящий пружины привода. По окончании завода пружин конечный выключа­тель Q.1.4 отключает электродвигатель М, вспомогательный контакт готовности привода Q1.6 замыкает цепь электромагнита включения YAC и выключатель резервного электродвигателя включается. При этом самоудерживание реле KL1 прекращается (размыкается контакт Q1.1). Промежуточное реле KL2 действует в случае дистанционного отключения электродвигателя.

Все электродвигатели имеют защиту от перегрузки, выполненную на пере­менном оперативном токе (реле тока с зависимой характеристикой, контакт KT которого и указательное реле КН показаны на рис. 14.10,6). Защиты от корот­ких замыканий и от понижения напряжения выполняются с помощью реле пря­мого действия, встроенных в приводы выключателей (на рис. 14.10 не показаны).