Для защиты асинхронных электродвигателей напряжением выше 1000 В предусматриваются следующие защиты:

1) токовая отсечка;

2) защита от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ);

3) защита от перегруза — МТЗ с выдержкой времени;

4) защита минимального напряжения.

2.1 Токовая отсечка

1) Защита выполняется с помощью токового реле РСТ 13.

2) Для выбора трансформатора тока определим номинальный ток двигателя:

, (2.1)

где – номинальная мощность двигателя, Вт (см. таблицу 4);

– номинальное напряжение двигателя, В (см. таблицу 4);

– номинальный коэффициент мощности двигателя.

А.

К установке принимаем трансформатор тока ТЛК10-100-0,5/10Р: А, А. Коэффициент трансформации трансформатора тока:

.

Схема включения трансформаторов тока и реле — неполная звезда, коэффициент схемы .

3) Определим ток срабатывания защиты, который отстраивается от пускового тока двигателя:

, (2.2)

где — коэффициент отстройки.

Найдем пусковой ток по следующему выражению:

, (2.3)

где – коэффициент пуска двигателя.

А.

Тогда по выражению (2.2) ток срабатывания защиты

А.

4) Коэффициент чувствительности определяется при двухфазном коротком замыкании в минимальном режиме на шинах, к которым подключен двигатель:

. (2.4)

Так как коэффициент чувствительности превышает нормируемое значение, то защита удовлетворяет требованию чувствительности.

5) Ток срабатывания реле:

А. (2.5)

Принимаем к установке реле РСТ 13-29, у которого ток срабатывания находится в пределах .

Определим сумму уставок:

. (2.6)

Принимаем сумму уставок .

Найдем ток уставки реле:

А.

2.2 Защита от однофазных замыканий на землю

Защита электродвигателей мощностью менее 2 МВт от однофазных замыканий на землю должна предусматриваться при токах замыкания на землю 5 А и более. Ток замыкания на землю складывается из емкостного тока двигателя и емкостного тока кабельной линии.

1) Найдем емкость фазы электродвигателя:

, (2.7)

здесь – номинальная мощность двигателя, МВт;

– номинальное линейное напряжение, кВ.

Ф.

Тогда емкостный ток двигателя:

, (2.8)

здесь Гц – частота сети;

– номинальное фазное напряжение двигателя, В.

А.

2) Определим ёмкостный ток кабельной линии. Номинальный ток двигателя А. Исходя из этого выбираем кабель марки М-25 с допустимым током 120 А. Длину кабельной линии примем м.

Емкостный ток кабельной линии:

, (2.9)

где А/км – удельный емкостный ток выбранного кабеля.

А.

3) Суммарный ток замыкания на землю

А < 5 А,

следовательно, защита от однофазных замыканий на землю не устанавливается.

2.3 Защита от перегруза — МТЗ с выдержкой времени

1) Защита выполняется с помощью токового реле РСТ 13 с коэффициентом возврата .

2) Перегруз является симметричным режимом, поэтому защита выполняется одним реле, включенным в одну из фаз. Используем те же трансформаторы тока, что и для токовой защиты (коэффициент трансформации , коэффициент схемы ).

3) Ток срабатывания защиты определяется из условия отстройки от номинального тока двигателя:

, (2.10)

где – коэффициент отстройки.

А.

4) Коэффициент чувствительности не определяется.

5) Ток срабатывания реле:

А. (2.11)

Принимаем к установке реле РСТ 13-19, у которого ток срабатывания находится в пределах .

Определим сумму уставок:

. (2.12)

Принимаем уставку .

Найдем ток уставки реле:

А.

6) Выдержка времени защиты отстраивается от времени пуска электродвигателя и равна с. Используем реле времени РВ-01.

2.4 Защита минимального напряжения

Защита выполняется двухступенчатой. Первая ступень отключает неответственную нагрузку.

1) Для выполнения защиты будем использовать реле типа РСН 16, которое имеет коэффициент возврата .

2) Выбираем трансформатор напряжения типа ЗНОЛ.06-10: В, В.

Коэффициент трансформации трансформатора напряжения:

.

3) Напряжение срабатывания первой ступени отстраивается от минимального рабочего напряжения, которое составляет 70 % от номинального: :

В, (2.13)

здесь – коэффициент отстройки.

4) Коэффициент чувствительности не рассчитывается, так как неизвестно минимальное остаточное напряжение на шинах при металлическом коротком замыкании в конце зоны защищаемого объекта.

5) Напряжение срабатывания реле первой ступени

В.

Принимаем к установке реле РСН 16-28, у которого напряжение срабатывания находится в пределах .

Определим сумму уставок:

. (2.14)

Принимаем уставку .

Найдем напряжение уставки реле I ступени:

В.

6) Выдержка времени принимается на ступень селективности больше времени действия быстродействующей защиты от многофазных коротких замыканий. Примем с. Реле времени РВ-01.

Вторая ступень защиты отключает сам двигатель.

1) Вторую ступень защиты также выполним на реле РСН 16, коэффициент возврата .

2) Реле включается во вторичные цепи того же трансформатора напряжения, что и реле первой ступени.

3) Напряжение срабатывания второй ступени:

В, (2.15)

здесь – коэффициент отстройки.

4) Коэффициент чувствительности не определяем.

5) Напряжение срабатывания реле первой ступени

В.

Принимаем к установке реле РСН 16-23, у которого напряжение срабатывания находится в пределах .

Определим сумму уставок:

. (2.16)

Принимаем уставку .

Найдем напряжение уставки реле I ступени:

В.

6) Время срабатывания второй ступени защиты принимаем с, так как по технологии недопустим самозапуск двигателя от напряжения . Используем реле времени РВ-01.

3. 3 Расчет защиты трансформатора Т5

Полупроводниковый преобразователь подключается к питающей сети переменного тока через трансформатор Т5, образуя преобразовательный агрегат. Повреждения и ненормальные режимы возможны как в трансформаторе, так и в полупроводниковом преобразователе, поэтому необходима установка защит как со стороны питания, так и в цепи нагрузки преобразователя.

Основными защитами трансформатора преобразовательного агрегата являются:

1) МТЗ без выдержки времени от многофазных коротких замыканий в обмотках и на выводах трансформатора;

2) газовая защита от внутренних повреждений и понижения уровня масла;

3) токовая защита от перегруза.

Определим номинальную мощность трансформатора:

кВА, (3.1)

где – выпрямленное напряжение, В;

– выпрямленный ток, А;

– КПД питающего трансформатора.

Поскольку номинальная мощность трансформатора меньше 400 кВА, то газовая защита не устанавливается.

3.1 МТЗ без выдержки времени

1. Защита выполняется с помощью токового реле РСТ 13.

2. Максимальный рабочий ток трансформатора, равный номинальному току:

А. (3.2)

Выбираем трансформатор тока ТПЛК-10-30-0,5/10Р: А, А. Коэффициент трансформации трансформатора тока: . Трансформаторы тока и реле включены по схеме неполной звезды с реле в нулевом проводе: .

1. Ток срабатывания защиты отстраивается от максимального рабочего тока:

А, (3.3)

где – коэффициент отстройки от бросков тока намагничивания при включении ненагруженного трансформатора и от возможных толчков тока нагрузки.

1. Коэффициент чувствительности определяется при двухфазном коротком замыкании в минимальном режиме на выводах высокого и низкого напряжений:

. (3.4)

Определим ток двухфазного короткого замыкания на выводах низкого напряжения, приняв напряжение короткого замыкания трансформатора %:

. (3.5)

Тогда эквивалентное сопротивление:

о.е.

Зная эквивалентное сопротивление, можно определить мощность короткого замыкания:

МВА.

Ток двухфазного короткого замыкания на выводах низкого напряжения, приведенный к высокому напряжению трансформатора:

А. (3.6)

Определим коэффициент чувствительности на выводах низкого напряжения:

. (3.7)

Так как коэффициент чувствительности в обоих случаях превышает нормируемое значение, то защита удовлетворяет требованию чувствительности.

5) Ток срабатывания реле:

А. (3.8)

Принимаем к установке реле РСТ 13-24, у которого ток срабатывания находится в пределах .

Определим сумму уставок:

. (3.9)

Принимаем сумму уставок .

Найдем ток уставки реле:

А.

3.2 Максимальная токовая защита с выдержкой времени – защита от перегруза

1) Защита выполняется с помощью токового реле РСТ 13 с коэффициентом возврата .

2) Принимаем к установке уже выбранный в п.3.1 трансформатор тока ТПЛК-10-30-0,5/10Р. Трансформаторы тока включены по схеме неполной звезды, реле устанавливается в одну фазу (так как перегруз является симметричным режимом): . Коэффициент трансформации .

3) Определим ток срабатывания защиты, который отстраивается от максимального рабочего тока на ВН трансформатора:

, (3.10)

где – коэффициент отстройки;

– кратность тока перегрузки по отношению к максимальному рабочему;

– максимальный рабочий ток трансформатора.

А. (3.11)

4) Коэффициент чувствительности не определяется.