Защита воздушных и кабельных линий 6-35 kb

ДМ2

 

ЗАЩИТА ВОЗДУШНЫХ И КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ 6-35 KB

ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРОВ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

В процессе эксплуатации в обмотках трансформаторов могут возникать КЗ между фазами, замыкание одной или двух фаз на землю, замыкание между витками одной фазы и замыкания между обмотками разных напряжений. На вводах трансформаторов и автотрансформаторов, ошиновке и в кабелях могут также возникать КЗ между фазами и на землю. В эксплуатации могут происходить нарушения нормальных режимов работы трансформаторов, к которым относятся: прохождение через трансформатор или автотрансформатор сверхтоков при повреждении других связанных с ними элементов, перегрузка, выделение из масла горючих газов, понижение уровня масла, повышение его температуры. В зависимости от опасности повреждения для нарушения нормального режима трансформатора, защита, фиксирующая нарушение, действует на сигнал, разгрузку или отключение трансформатора.

По количеству обмоток трансформаторы делятся на двух и трехобмоточные. Весьма часто используются трансформаторы с расщепленной вторичной обмоткой - для уменьшения токов КЗ, вместо одной вторичной обмотки на полную мощность, наматываются 2, или даже 3 обмотки НН меньшей мощности.

Обмотки трехфазных трансформаторов соединяются в схему звезды (Y) или треугольника (∆). В схеме звезды кроме фазных выводов обычно выводится нейтраль. Вывод нейтрали либо заземляется наглухо, либо заземляется через разрядник или дугогасящий реактор в сетях с компенсированной нейтралью. Иногда вывод нейтрали остается незаземленным.

Каждая пара обмоток трансформатора образует группу соединения, основные из них: Y/Y-12, Y/Δ-11. Кроме схемы соединения, в названии группы указывается число, показывающее сдвиг напряжения (или тока) по фазе между вторичной и первичной обмотками. Число, показывающее сдвиг по фазе вторичной обмотки соответствует положению часовой стрелки (низшее напряжение) относительно минутной (высшее напряжение) установившейся в положении 12 часов. Наиболее часто используется группа Y/Y-12, в этой группе вторичное напряжение совпадает по фазе с первичным - часовая и минутная стрелки на 12 часов, илиY/Δ-11- часовая стрелка находится в положении 11 часов, а минутная - на 12. Вторичное напряжение опережает первичное на угол 30°.

Трансформаторы могут присоединяться к сети с помощью:

• выключателей;

• плавких предохранителей или открытых плавких вставок;

• автоматических отделителей или выключателей нагрузки, предназначенных для отключения трансформатора в бестоковую паузу.

Присоединение трансформаторов к сети через плавкие предохранители используется в схемах упрощенных подстанций 6-35 кВ при отсутствии аппаратуры на стороне высокого напряжения трансформатора.

Предохранители ПСН-35 применяются для трансформаторов напряжением 35 кВ малой мощности (до 1 МВА), обычно на передвижных подстанциях. С помощью таких предохранителей практически невозможно обеспечить селективность защиты трансформатора с защитой ввода, поэтому они согласовываются непосредственно с защитой отходящих от шин линий 6-10 кВ. Были также разработаны, но не нашли применения, стреляющие предохранители 110 кВ типа ПС-110У1.

Плавкие предохранители рассчитаны на отключение тока КЗ в трансформаторе, поэтому они проверяются по номинальному отключаемому току КЗ. Номинальный ток отключения для предохранителей 6-10 кВ может быть в пределах 2,5÷40 кА. Кроме того, требуется выбрать номинальное напряжение предохранителя. Одинаково недопустимо устанавливать предохранитель напряжением 6 кВ на трансформатор 10 кВ, и предохранитель 10 кВ на трансформатор напряжением 6 кВ. В первом случае может произойти перекрытие предохранителя по по­верхности, а во втором может не погаснуть дуга внутри предохранителя.

Кроме рассмотренных выше предохранителей, которые обеспечивают отключение короткого замыкания, ранее применялись открытые плавкие вставки для трансформаторов напряжением 110 кВ. Трансформатор подключался к линии через тонкие алюминиевые провода, при перегорании которых возникала электрическая дуга. Открытые плавкие вставки не могли отключить ток КЗ, после их перегорания возникало короткое замыкание на стороне ВН, которое должно было отключаться защитой питающей линии.

При высшем напряжении 35 кВ и более, наиболее распространенным для трансформаторов мощ­ностью более 1,0 МВт способом подключения трансформатора отпаечной и тупиковой подстанции к линии является подключение через автоматический отделитель (ОД)с установкой короткоза-мыкателя (КЗ)(рис. 8.1 б, в). Короткозамыкатель устанавливается в 2-х фазах при напряжении 35 кВ, и в одной фазе при напряжении 110 кВ и выше. В этом случае при повреждении в трансформаторе его релейная защита дает команду на включение КЗ, после чего срабатывает релейная защита питающей линии, и отключается выключатель (В) этой линии. Наступает бестоковая пауза, во время которой автоматика дает команду на отключение ОД, а линия включается снова от устройства АПВ.

Наиболее предпочтительным является присоединение трансформатора через выключатель (рис.8.1, а). На рисунке показан выключатель со встроенными в него трансформаторами тока (ТВ). При наличии у защищаемого трансформатора встроенных трансформаторов тока (ТВТ) требуется установить более дешевый выключатель без встроенных ТТ, стоимость установки которого может оказаться соизмеримой с установкой короткозамыкателя и отделителя. Большинство строящихся в настоящее время подстанций комплектуются именно выключателями на стороне ВН.

Рис.8 1 Схемы присоединения понижающего трансформатора к питающей сети: с помощью выключателя (а) и ОД и КЗ (б и в).

ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Согласно ПУЭ, для трансформатора требуются следующие защиты:

- Защита от внутренних повреждений для трансформаторов менее 4 МВт - максимальная защита и токовая отсечка, для трансформаторов большей мощности - дифференциальная защита.

- Защита от повреждения внутри бака трансформатора или РПН - газовая защита трансформатора и устройства РПН с действием на сигнал и отключение.

- Защита от внешних коротких замыканий - максимальная защита с блокировкой по напряжению или без нее. Она же используется как резервная защита трансформаторов от внутренних повреждений.

- Защита от однофазных коротких замыканий на сторонах трансформатора с глухозаземленной нейтралью.

- Защита от перегрузки с действием на сигнал. В ряде случаев, на ПС без обслуживающего персонала, защита от перегрузки выполняется с действием на разгрузку или на отключение.

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА

ГАЗОВАЯ ЗАЩИТА

Газовая защита (ГЗ) - это защита от внутренних повреждений трансформатора, сопровож­дающихся выделением газа, понижением уровня масла в газовом реле, или интенсивным движением потока масла из бака трансформатора в расширитель. Для правильной работы ГЗ корпус трансформатора устанавливается с наклоном 1,5-2% в сторону расширителя. Газовое реле устанавливается в рассечку трубопровода от корпуса трансформатора к расширителю. Газовая защита абсолютно селективна и не реагирует на повреждения вне бака трансформатора. Газовая защита трансформатора выполняется двухступенчатой:

Первая ступень ГЗ срабатывает при не значительном выделении газа, или понижении уровня масла в газовом реле, и с выдержкой времени действует на сигнал.

Вторая ступень ГЗ срабатывает при значительном выделении газа, понижении уровня масла в газовом реле, или при интенсивном движении потока масла из бака трансформатора в расширитель, и действует на отключение трансформатора со всех сторон без выдержки време­ни.

Образующиеся при местном перегреве или при дуговом замыкании внутри бака трансформа­тора газы выталкивают масло из трубопровода и газового реле, а затем прорываются в рас­ширитель, заполняя по пути газовое реле. При незначительном выделении газа, он через трубу заполняет верхнюю часть газового реле, а излишек проходит в расширитель.

Выброс масла или выделение сразу большого объема газа происходит при серьезном повре­ждении внутри бака, поэтому, вторая ступень ГЗ действует на отключение без выдержки вре­мени. Отключающий элемент срабатывает также при отсутствии масла в газовом реле. Обычно это происходит при течи из бака, когда масло целиком ушло из расширителя и газо­вого реле. Но существует и другая возможность: между газовым реле и расширителем име­ется кран, перекрывающий выход масла из расширителя.

Если этот кран оставить в закрытом состоянии, то при понижении температуры масла в трансформаторе уровень его понизится и масло уйдет из газового реле. Трансформатор отключится. Поэтому оперативный персонал обязан проверить положение крана перед включением трансформатора.

Новый трансформатор должен включаться с введенным на отключение сигнальным поплав­ком газовой защиты, который может сработать и при начинающемся повреждении трансформатора, до короткого замыкания в нем.

ЗАЩИТА ОТ СВЕРХТОКОВ ПРИ ВНЕШНИХ КЗ (МАКСИМАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА)

Максимальная токовая защита (МТЗ) является резервной защитой трансформатора, и слу­жит для отключения трансформатора при его повреждении и отказе основных защит, а так же при КЗ на сборных шинах или на отходящих от них присоединениях, если РЗ или выключатели этих элементов отказали в работе. По условиям селективности МТЗ должна иметь вы­держку времени и, следовательно, не может быть быстродействующей. По этой причине в качестве основной РЗ от повреждений в трансформаторах она используется лишь на мало­мощных трансформаторах.

ТОКОВАЯ ОТСЕЧКА

Токовая отсечка - простая быстродействующая РЗ от повреждений в трансформаторе. Зона действия отсечки ограничена, она не действует при витковых замыканиях и замыканиях на землю в обмотке, работающей на сеть с малым током замыкания на землю. Отсечка уста­навливается с питающей стороны трансформатора и выполняется без выдержки времени.

На трансформаторах в сети с глухозаземленной нейтралью отсечка устанавливается в трех фазах, а в сети с изолированной нейтралью на двух.

Кроме того, токовая отсечка должна отстраиваться от броска намагничивающего тока однако уставка выбранная по первому условию, как правило, больше.

В зону действия отсечки входят ошиновка, выводы и часть обмотки трансформатора со сто­роны питания. Отсечка, являющаяся РЗ от внутренних повреждений, должна отключать трансформатор со всех сторон, имеющих источники питания. Достоинством отсечки являются ее простота и быстродействие. Отсечка в сочетании с МТЗ и газовой защитой обеспечивает хорошую защиту для трансформаторов малой мощности. Таким образом, трансформатор на­пряжением 35 кВ и мощностью до 4 мВт вполне можно защитить одним устройством УЗА-АТ, УЗА-10 установив его на стороне ВН трансформатора и включив на трансформаторы тока, соединенные в треугольник.

ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕГРУЗКИ

Трансформаторы допускают перегрузку в течение значительного времени. Поэтому при нали­чии оперативного персонала защита от перегрузки трансформатора действует на сигнал. При его отсутствии на объекте, контроль за перегрузкой трансформатора может осуществляться средствами телемеханики. Защита от перегрузки на объектах без постоянного дежурного персонала может действовать на разгрузку или отключение (при невозможности ликвидации перегрузки другими средствами). Защита от перегрузки согласно ПУЭ устанавливается на трансформаторах мощностью 0,4 мВТ и более.

Для обеспечения защиты от перегрузки всех обмоток трансформатора следует руководство­ваться таким размещением устройств сигнализации перегрузки.

- На двухобмоточных трансформаторах - с одной любой стороны.

- На трехобмоточных трансформаторах с обмотками одинаковой мощности - со стороны питания (обычно ВН). На трансформаторах с возможным питанием с 2 сторон - со всех трех сторон.

- На трансформаторах, имеющих обмотки разной мощности, со всех трех сторон.

Таким образом, для того, чтобы охватить все возможные режимы и параметры трансформа­тора, целесообразно установить сигнализацию перегрузки на всех трех сторонах трехобмоточного трансформатора.

Время срабатывания защиты от перегрузки, во избежание ложных сигналов, должно превы­шать время работы защиты и восстановления нормального режима действием автоматики снижения пускового тока нагрузки до номинального. Общепринятая в ряде энергопредприятий выдержка времени: 9 сек. Она устанавливается одинаковой на всех устройствах сигнализа­ции, не имеющих специальных требований к выдержке времени.

 

 

ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Согласно правилам устройства электроустановок (ПУЭ), на двигателях напряжением выше 1000 В должны устанавливаться следующие устройства релейной защиты:

- защита от междуфазных коротких замыканий;

- защита от замыканий на землю;

- защита от двойных замыканий на землю;

- защита от перегрузки.

Для синхронных двигателей дополнительно требуется защита от асинхронного режима. Применяемые для этой цели виды защиты зависят от мощности электродвигателей: В качестве защиты от междуфазных КЗ при мощности двигателей до 5000 кВт применяется токовая отсечка. Она может применяться и для двигателей большей мощности, не имеющих фазных выводов со стороны нейтрали двигателя. При двигателях большей мощности, а также, если токовая отсечка для двигателей меньшей мощности не удовлетворяет требованиям чувствительности, применяется диф­ференциальная защита при условии, что эти двигатели имеют выводы со стороны нейтрали. В качестве защиты от замыканий на землю при токах замыкания более 5 А для двигателей мощностью более 2000 кВт, и 10 А для двигателей меньшей мощности, применяется токовая защита нулевой по­следовательности, действующая на отключение. На линиях, питающих двигатели передвижных меха­низмов, защита от замыканий на землю, по соображениям электробезопасности, должна действовать на отключение независимо от величины тока замыкания на землю. На блоках трансформатор-двигатель защита от замыканий на землю действует на сигнал. Указанная защита входит в состав всех перечисленных ниже устройств.

В качестве защиты от двойных замыканий на землю применяется токовая защита нулевой последова­тельности, действующая на отключение. Она применяется в тех случаях, когда защита от замыканий на землю имеет выдержку времени. Ее применение обязательно, если защита от междуфазных КЗ вы­полняется в двух фазах.

Защита от перегрузки требуется для двигателей, подверженных перегрузке по технологическим причи­нам, или с особо тяжелыми условиями пуска. Защиту от перегрузки согласно нормам СНГ, можно вы­полнять с зависимой или независимой выдержкой времени. Защита от перегрузки может действовать на разгрузку механизма по технологическим цепям или сигнал: - 1-я ступень и на отключение - 2-я сту­пень. Выдержка времени защиты от перегрузки при токе, равном пусковому току двигателя, выполняет­ся большей времени его пуска. Как правило, при таком выполнении защиты двигателя имеется значи­тельный тепловой запас - обычные двигатели по температуре выдерживают не менее двух пусков подряд. Это дает возможность выполнить действие такой защиты от перегрузки на разгрузку механиз­ма.

Таким образом, согласно ПУЭ, на двигателях мощностью менее 5000 кВт можно иметь токовую отсеч­ку, токовую защиту от замыканий на землю, защиту от перегрузки. Согласно ПУЭ защита от перегрузки долж­на действовать на сигнал, разгрузку механизмы и, лишь в крайнем случае, на отключение. В такой си­туации не требуется значительная выдержка времени, требуется отстроиться только от времени само­запуска электродвигателя.

Режим асинхронного хода сопровождается перегрузкой двигателя, и на него реагируют защиты от пе­регрузки. Поэтому часто защита от перегрузки выполняет одновременно функцию защиты от асин­хронного режима. Простые токовые защиты могут срабатывать и возвращаться при колебаниях тока. Поэтому защиты от перегрузки в асинхронном режиме должны накапливать выдержку времени. Такой принцип должен быть заложен в защиту от перегрузки. Так же как и ранее, можно использовать две ступени защиты от перегрузки: ступень с меньшей выдержкой времени действует на ресинхронизацию, с большей на отключение. Поскольку в этом случае невозможно различить режим перегрузки и асин­хронный режим, нельзя обеспечить автоматическую ресинхронизацию. При наличии дежурного персо­нала на объекте, он может это выявить визуально при срабатывании 1-й сигнальной ступени. Специ­альные защиты от потери возбуждения имеются в устройствах возбуждения крупных двигателей. Эти устройства целесообразно использовать для автоматической ресинхронизации.

Для двигателей, работающих в блоке с понижающим трансформатором, может быть выполнена общая защита, если она удовлетворяет требованиям к защите как двигателя, так и трансформатора. Для облегчения условий самозапуска, а также для предотвращения подачи несинхронного напряжения на возбужденные синхронные двигатели или заторможенные механизмы, двигатели должны быть оборудованы защитой минимального напряжения. Эта защита может быть либо индивидуальной, либо групповой. В ряде случаев для ускорения подачи напряжения на шины, или предотвращения подачи напряжения на двигатели автоматикой внешней сети, синхронные двигатели могут быть дополнитель­но оборудованы защитой по понижению частоты, так как они способны длительно поддерживать на­пряжение в сети. Следовательно, при использовании такого реле для защиты двигателя нет необхо­димости в применении с этой целью специальных реле напряжения.

Кроме перечисленных обязательных для двигателей функций защиты, специальные защиты для дви­гателей имеют дополнительные функции, использование которых улучшает условия эксплуатации дви­гателя, тем самым снижая вероятность повреждения и продлевая срок его службы. К ним относятся:

- защита от обрыва фазы;

- ограничение количества пусков;

- запрет пуска по времени прошедшего от предыдущего пуска;

- защита минимального тока или мощности;

- защита от заклинивания или затормаживания ротора.

Специальные устройства защиты двигателей могут работать не только с током и напряжением, но и с датчиками температуры.

У двигателей большой мощности существуют также технологические защиты, которые могут действо­вать на отключение двигателей при: повышении температуры двигателя, его подшипников, прекраще­нии смазки подшипников, циркуляции воздуха в системе охлаждения.

Пуск электродвигателей

При пуске, т. е. при подаче напряжения на неподвижный электродвигатель, сопротивление его мало и ток ротора имеет максимальное значение. Соответственно, максимальное значение имеет и ток стато­ра. Ток статора при пуске электродвигателя называется пусковым током. Начальный пусковой ток ра­вен току трехфазного КЗ за сопротивлением, равным сопротивлению неподвижного электродвигателя. Пусковой ток состоит из переменной составляющей, затухающей по мере увеличения частоты враще­ния, и апериодической составляющей, затухающей в течение нескольких периодов. По мере разворота ток, потребляемый элек­тродвигателем, меняется вначале мало, и только при приближении к синхронной частоте вращения он быстро спадает. Объясняется это характером изменения сопротивления двигателя. Периодическая составляющая пускового тока электродвигателя при неподвижном роторе в 4-8 раз превосходит Пик тока с учетом апериодической составляющей достигает:

(9.4)

Длительность пуска электродвигателей как правило, не пре­восходит 10-15 с, и только у электродвигателей с тяжелыми условиями пуска это значение может быть значительно больше.

При возникновении КЗ в питающей сети вблизи зажимов электродвигателя, последний за счет внутренней ЭДС, поддерживаемой энергией магнитного поля, посылает к месту КЗ быстро затухаю­щий ток. Броски тока КЗ могут достигать значений пусковых токов. Зависимость момента электродвигателей от напряжения выражается формулой:

(9.6)

При КЗ в сети напряжение на зажимах электродвигателей снижается. В результате этого, моменты электродвигателей уменьшаются, и они начинают тормозиться, увеличивая скольжение до тех пор, пока вновь не восстановится равенство . Если при этом окажется, что то электродвигатель будет находиться на пределе устойчивой работы и иметь скольжение, равное критическому. При дальнейшем снижении напряжения электродвигатель будет тормозиться вплоть до полной остановки. После отключения КЗ напряжение питания восстанавливается, и дальнейшее поведение электродвигателя будет зави­сеть от скольжения, имевшего место в момент восстановления напряжения, и соответствующих ему значений

При электродвигатель развернется до нормальной частоты вращения, а при М_д < М_с будет продолжать тормозиться до полного останова. В этом случае электродвигатель необходимо отклю­чить, так как он будет потреблять пусковой ток, не имея возможности развернуться.

Самозапуск электродвигателей тяжелее обычного пуска. Объясняется это тем, что при самоза­пуске электродвигатели пускаются нагруженными, а электродвигатели с фазным ротором - без пус­кового реостата в цепи ротора, что уменьшает пусковой момент и увеличивает пусковой ток и, нако­нец, пускается большое количество электродвигателей одновременно, что вызывает падение на­пряжения в питающей сети от суммарного пускового тока. Однако самозапуск электродвигателей проходит сравнительно легко. Так самозапуск электродвигателей собственных нужд электростанций возможен даже в тех случаях, когда в первый момент после восстановления напряжения значение его составляет При этом общее время самозапуска не превышает 30-35 с, что допустимо по их нагреву.

В случае обрыва одной из фаз обмотки статора электродвигатель продолжает работать. Частота вращения ротора при этом несколько уменьшается, а обмотки двух, оставшихся в работе фаз пере­гружаются током в 1,5-2 раза большим номинального. Защита от работы на двух фазах применя­лась ранее лишь на электродвигателях напряжением до 500 В, защищенных предохранителями, если двухфазный режим работы может повлечь за собой повреждение электродвигателя. В настоящее время в связи с высокой стоимостью двигателей высокого напряжения и высокой вероятностью не-полнофазных режимов в питающей сети считается целесообразным, не вводя специальную защиту от режима работы двумя фазами, отключать двигатели защитой от перегрузки, которая имеет подходя­щие для этой цели уставку Токовые органы защиты от перегрузки в этом случае должны включаться не менее чем в 2 фазы трансформаторов тока двигателей.

ДМ2

 

ЗАЩИТА ВОЗДУШНЫХ И КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ 6-35 KB