Ответы на госы 2011 по предмету релейная защита и автоматика

Подождите немного. Документ загружается.

20. Токовая отсечка двигателя. Продольная дифференциальная защита двигателя.

Токовая отсечка Применяется на блоке «линия ― ЭД» мощностью до 4000 кВт.

Защита отстраивается от максимального

пускового тока ЭД и соответствует формуле

, где k ― коэффициент отстройки.

ПОТСЗ,С

IkI

⋅

≥

ОТС

Время срабатывания защиты принимается

равным нулю

З,С

Токовая отсечка электродвигателя

Коэффициент чувствительности оценивается

З,C

MIN,1К

≥=

, где I

К1,МIN

― минимальный ток КЗ в

точке К1.

Продольная дифференциальная отсечка

применяется на ЭД с мощностью более

4000 кВт; однако защита может

устанавливаться на двигателях меньшей

мощности, если чувствительность отсечки не

соответствует.

Ток срабатывания защиты определяется

по выражению:

,НПНБЗ,С

IkII

⋅

≥

∗ ДВ

где

∗

НБ

― ток небаланса в относительных

единицах, по сути коэффициент небаланса,

Продольная дифференциальная защита электродвигателя

∗Н

= 0,1…0,5; k

― коэффициент пуска, I

Н,ДВ

― номинальный ток двигателя.

Время срабатывания защиты принимается равным нулю

t 0

З,С

З,C

MIN,1К

≥=

, где I

Коэффициент чувствительности оценивается по выражению

К1,МIN

– минимальный

ток КЗ в точке К1.

21. Защита электродвигателя от перегрузки. Защита от понижения напряжения

двигателя.

Защита от перегрузки устанавливается

обычно в одной фазе. Аналогично защите

трансформатора от перегрузки данная защита

может срабатывать через определенное время

на разгрузку (если это возможно), а затем на

отключение или сразу на отключение. Ток

срабатывания защиты определяется по

формуле

ДВ,Н

ОТС

З,С

I ⋅≥

, где k

ОТС

―

коэффициент отстройки,

Защита электродвигателя от перегрузки

= 1,05, k

ОТС В

― коэффициент возврата, для реле максимального действия k

< 1.

Время срабатывания защиты выбирается больше времени пуска двигателя

ttt

ПЗ,С

Защита от понижения напряжения При

групповом запуске или самозапуске

понижается напряжение на шинах, у

двигателей повышается потребляемый ток,

дополнительно снижается напряжение, что

приводит к увеличению времени

самозапуска. Для предотвращения работы

двигателя при глубоком снижении

напряжения предусматривается защита от

понижения напряжения. В качестве

измерительного органа защиты используется

реле напряжения.

Защита от понижения напряжения

Напряжение срабатывания защиты

электродвигателей неответственных механизмов

ВОТС

Р,MIN

З,С

⋅

≤

, где k

ОТС

– коэффициент отстройки,

k =1,2…1,3, k

ОТС В

– коэффициент возврата, для реле минимального действия k

>1; U

МIN,Р

– минимально

возможное напряжение в рабочем режиме, принимается

МIN,Р

=0,9

⋅

НОМ

Для электродвигателей ответственных механизмов принимается

С,З

=0,5

⋅

U .

НОМ

Время срабатывания защиты с.

15...10t

З,С

22. Защита электродвигателя от замыканий обмотки статора на корпус.

Защита отстраивается от броска собственного

емкостного тока

при внешнем замыкании на землю

СБОТСЗ,С

IkkI

⋅

≥

, где k

― коэффициент,

учитывающий бросок емкостного тока присоединения

в начальный момент внешнего замыкания на землю,

связанный с перезарядом распределенных емкостей

сети,

k = 2 – 3 для реле РТЗ-51, k

Б Б

=3 – 4 для реле

РТЗ-50 и РТ-40.

Реле защиты от замыканий на корпус обмотки

статора подключаются к трансформатору тока

нулевой последовательности (ТТНП), через который

продевается питающий кабель ЭД. Необходимо

отметить, что заземление оболочки кабеля

обязательно должно проходить через ТТНП во

избежание неправильных срабатываний защиты от

наведенных блуждающих токов на оболочку кабеля.

Защита от замыканий на корпус обмотки

статора

Собственный емкостный ток

присоединения складывается из собственного

емкостного тока кабельной линии

С,КЛЭП

собственного емкостного тока электродвигателя

С,ДВ

, где и

lII

УД,СКЛЭП,С

⋅

ДВ,СКЛЭП,СС

III

, I

ФДВДВ,С

UC3f2I ⋅⋅⋅⋅=

С, УД

― утроенная величина собственного емкостного тока одного километра

КЛЭП,

l ― длина КЛЭП, U

― фазное напряжение, f ― промышленная частота,

⋅

ДВ

―⋅емкость двигателя,

которая для неявнополюсных синхронных и асинхронных ЭД с короткозамкнутым ротором может быть

рассчитана по формуле

НОМНОМ

ДВ,НОМ

ДВ

n)6,3U(3

10S40

⋅+⋅

⋅⋅

−

для остальных ЭД

)U08,01(U2,1

10S0187,0

НОМНОМ

ДВ,НОМ

ДВ

⋅+⋅

⋅⋅

−

где

НОМ,ДВ

― номинальная мощность ЭД, МВА; U ― номинальное линейное напряжение ЭД, кВ; n

НОМ НОМ

― номинальная частота вращения ЭД, об/мин.

Принципиальная схема защиты от замыкания обмотки статора на корпус приведена на рис. 7.7.

Здесь ТА2 ― ТТНП.

Защита от замыкания обмотки статора на корпус

Защита срабатывает на отключение без выдержки времени (если это необходимо по условиям

технологии ― взрыво- и пожароопасные помещения) или с выдержкой времени

2...1t

З,С

; так как на

промышленных предприятиях на механизмах может присутствовать опасно высокий потенциал

прикосновения.

Коэффициент чувствительности защиты в сетях с изолированной нейтралью рассчитывается по

выражению

З,C

≥

−

′

23. Защита электродвигателя от несимметричного режима и обрыва фазы.

Несимметричный работа двигателя может возникнуть:

– от внешних факторов, вызванных несимметричным питанием при несимметричных КЗ или

несимметричных нагрузок;

– от внутренних факторов, вызванных витковыми замыканиями.

В несимметричном режиме токи статора электродвигателя можно разложить на симметричные

составляющие прямой и обратной последовательности. Токи прямой последовательности создают

магнитное поле, вращающееся с синхронной угловой скоростью в ту же сторону, что и ротор двигателя.

Поле обратной последовательности также вращается с синхронной угловой скоростью, но в

противоположную сторону.

Поле обратной последовательности оказывает тепловое и механическое воздействие на ЭД. Тепловое

воздействие обусловлено дополнительными потерями в роторе, которые особенно сильно проявляются при

номинальной частоте вращения ротора. При этом в замкнутых контурах ротора наводятся токи с частотой

порядка 100 Гц, вызывающие усиленный разогрев элементов на поверхности неявнополюсного ротора

(пазовые клинья, зубцы ротора, бандажные кольца, особенно в торцевых зонах, в местах контакта указанных

элементов). Синхронные двигатели с явнополюсным ротором и, в меньшей степени, асинхронные

нагреваются токами двойной частоты либо из-за наличия специальной обмотки возбуждения, либо из-за

наличия короткозамкнутой обмотки на роторе.

Механическое воздействие обусловлено появлением знакопеременного электромагнитного момента и

проявляется в виде усиленной вибрации элементов статора и ротора. Наибольшие механические

воздействия испытывают сварные швы, крепящие клинья активной стали к полкам корпуса, и лобовые части

обмотки статора, особенно места их выхода из пазов.

Для АД допустимо значение U более 2% и в соответствии со стандартом должно рассчитываться с

учетом отклонения напряжения прямой последовательности, гармоник напряжения и коэффициента

загрузки K

. Расчет показывает, что при отсутствии гармоник и отклонений напряжения при номинальной

нагрузке двигателя допустимое значение U составляет примерно 2,3—4,5% при медленных изменениях U

2* 2

и 4,82—7,8% при быстрых изменениях U

Допустимость продолжительного

несимметричного режима мощных

синхронных машин в соответствии с

отечественной практикой эксплуатации

определяется неравенством токов в

фазах, т. е. арифметической разностью

токов. Явнополюсные машины,

допускают длительную несимметрию,

если ток ни в одной из фаз не

превышает номинального значения, а

арифметическая разность 20%

номинального тока статора при

воздушном охлаждении обмотки

статора. Нсявнополюсные машины,

например синхронные турбодвигатели,

исходя из наибольшей длительно

допустимой температуры для стали

зубцов ротора, торцевых клиньев и обмотки возбуждения (+130°С) допускают длительную работу при токе

обратной последовательности I

=0,08I и токах в фазах, не превышающих номинальный.

НОМ

Асинхронные двигатели допускают примерно такую же несимметрию, как и синхронные

неявнополюсные машины.

24. Защита электродвигателей напряжением до 1000 В.

Защита предохранителями АД

Основным условием, определяющим выбор предохранителей для защиты асинхронных двигателей с

короткозамкнутым ротором, является отстройка от пускового тока. Отстройка плавких вставок от пусковых

токов выполняется по времени: пуск двигателя должен полностью закончиться раньше, чем вставка

расплавится под действием пускового тока.

Опытом эксплуатации установлено правило: для надежной работы вставок пусковой ток не должен

превышать половины тока, который может расплавить вставку за время пуска. Все двигатели разбиты на две

группы по времени и частоте пуска.

Двигателями с легким пуском считаются двигатели вентиляторов, насосов, металлорежущих станков и т.п.,

пуск которых заканчивается за 2 — 5 с, пускаются эти двигатели редко, менее 15 раз в 1 ч.

К двигателям с тяжелым пуском относятся двигатели подъемных кранов, центрифуг, шаровых мельниц,

пуск которых продолжается более 10 с, а также двигатели, которые пускаются очень часто — более 15 раз в

1 ч. К этой категории относят и двигатели с более легкими условиями пуска, но особо ответственные, для

которых совершенно недопустимо ложное перегорание вставки при пуске.

Выбор номинального тока плавкой вставки для отстройки от пускового тока производится по выражению:

, где

П,Д

— пусковой ток двигателя, определяемый по паспорту, каталогам или

непосредственным измерением;

k — коэффициент, определяемый условиями пуска и равный для двигателей

с легким пуском 2,5, а для двигателей с тяжелым пуском 1,6 — 2

Д,П

ВС

≥

Защита автоматическими выключателями АД

Токовая отсечка. Токовую отсечку выключателя отстраивают от пускового тока электродвигателя,

который состоит из периодической составляющей, почти неизменной в течение всего времена пуска, и

апериодической составляющей, затухающей в течение нескольких периодов. В каталогах приводится только

значение периодической составляющей пускового тока

ПУСК,ДВ

. Несрабатывание отсечки при пуске

электродвигателя обеспечивается выбором тока срабатывания по выражению

, где

ДВ,ПУСКНДВ,ПУСКРАЗO,C

IkIkkk05,1I ==

=1,05k

— коэффициент надежности отстройки

отсечки от пускового тока электродвигателя; 1,05 — коэффициент, учитывающий, что в нормальном

режиме напряжение может быть на 5 % выше номинального напряжения электродвигателя; k

—

коэффициент запаса; kа — коэффициент, учитывающий наличие апериодической составляющей в пусковом

токе электродвигателя; kp — коэффициент, учитывающий возможный разброс тока срабатывания отсечки

относительно уставки.

Наилучшая защита от перегрузки обеспечивается, если удается подобрать выключатель, имеющий I

Н,РАСЦ

= I

Н,ДВ

. В этом случае, имея в виду, что для термобиметаллических тепловых реле k

=1, ток срабатывания

защиты (пограничный ток) составит

ДВ,ННРАСЦ,ННП,C

IkIkI

Для защиты АД современными автоматическими выключателями берутся выключатели класса D, у которых

20...10

РАСЦ,Н

O,C

OТС

25. Продольная и поперечная дифференциальные защиты генератора.

Назначение от витковых и междуфазных коротких замыканий в обмотках генератора.

Продольная дифференциальная защита

Поперечная дифференциальная защита

26. Автоматическое регулирование возбуждения (АРВ) синхронных генераторов

Назначение АРВ - повышение устойчивости параллельной работы генераторов при нарушениях

нормального режима. При увеличении (особенно при форсировке) возбуждения до потолка увеличивается

ЭДС генератора, что способствует повышению предела устойчивости генератора. В нормальных условиях

АРВ обеспечивают поддержание заданного уровня напряжения и необходимое распределение реактивной

нагрузки между параллельно работающими генераторами.

Виды АРВ. Различаются по параметру, на который они

реагируют, по способу воздействия на систему возбуждения

генератора и подразделяются на три группы.

К первой группе относятся электромеханические АРВ,

которые реагируют на отклонение напряжения генератора от

заданного значения (уставки) и воздействуют на изменение

сопротивления в цепи обмотки возбуждения возбудителя.

Ко второй группе относятся электрические АРВ. Эти

АРВ реагируют на отклонение напряжения или тока

генератора от заданного значения и подают дополнительный

выпрямленный ток в обмотку возбуждения возбудителя от

внешних источников питания (трансформаторов тока,

напряжения или собственных нужд).

К третьей группе относятся АРВ,

применяемые в основном с

выпрямительными системами

возбуждения: высокочастотной,

тиристорной, бесщеточной. В отличие от

АРВ, выполняемых по схеме на рис. 1,б,

эти АРВ не имеют собственных силовых

органов (внешних источников питания), а

только управляют работой возбудителей.

27. Автоматическое регулирование напряжения и реактивной мощности.

Назначение регулирования напряжения Отклонение напряжения от нормального значения в сторону как

понижения, так и повышения приводит к ухудшению условий работы, снижению производительности

механизмов, сокращению срока службы электрооборудования, браку продукции. Так, например, при

снижении напряжения на 10% вращающий момент асинхронных электродвигателей уменьшается на 19%,

соответственно уменьшается и производительность приводимого механизма. Резко снижается

производительность электропечей, время плавки в которых увеличивается в 1,5— 2 раза при снижении

напряжения на 5%. В осветительных установках снижение напряжения на 5% вызывает снижение на 17,5%

световой отдачи.

Методы автоматического регулирования напряжения и реактивной мощности решаются:

¾ автоматическим регулированием возбуждения синхронных генераторов электростанций;

¾ регулирование индуктивного сопротивления реакторов;

¾ регулированием возбуждения синхронных компенсаторов и электродвигателей;

¾ регулированием мощности управляемых статических источников реактивной мощности;

¾ автоматическим регулированием коэффициентов трансформации трансформаторов.

Синхронные машины, управляемые источники реактивной мощности и трансформаторы с устройствами

изменения их коэффициентов трансформации являются регулируемыми объектами.

ТП

ГП

QXPR

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

′

−=

где U'

Напряжение на шинах низшего напряжения приемной подстанции равно

— напряжение на шинах высшего напряжения приемной подстанции;

— напряжение на шинах

генератора;

R, X — активное и реактивное сопротивления питающей линии и трансформатора; Р, Q —

активная и реактивная мощности, передаваемые по линии;

— коэффициент трансформации силового

трансформатора.

Система совместного регулирования напряжения и перетоков реактивной мощности. Регулятор

напряжения и реактивной мощности, так называемый UQ-регулятор (UQ-P), обеспечивает регулирование

напряжения на шинах подстанции и загрузку трансформатора реактивной мощностью в заданных пределах

для обеспечения высокого к. п. д. работы линий электропередачи. Он воздействует на изменение

коэффициента трансформации трансформатора с РПН, мощности источников реактивной мощности

(поперечно включенных конденсаторов и реакторов) и возбуждения генераторов одной из основных

электростанций, связанных с данной подстанцией [38]. Желаемые уровни параметров режима U и Q

o o

подаются на UQ-P с центрального вычислительного устройства, применяемого одновременно для

автоматического распределения активных нагрузок. Таким образом, это вычислительное устройство

координирует работу местных устройств регулирования напряжения и реактивной мощности.

28. Автоматическое повторное включение (АПВ) электрооборудования.

НАЗНАЧЕНИЕ АПВ Значительная часть коротких замыканий (КЗ) на воздушных линиях

электропередачи (ВЛ), вызванных перекрытием изоляции, схлестыванием проводов и другими причинами,

при достаточно быстром отключении повреждений релейной защитой самоустраняется. При этом

электрическая дуга, возникшая в месте КЗ, гаснет, не успевая вызвать существенных разрушений,

препятствующих обратному включению линии под напряжение. Такие самоустраняющиеся повреждения

принято называть неустойчивыми. Статистические данные о повреждаемости ВЛ за

многолетний период эксплуатации показывают, что доля неустойчивых повреждений весьма высока и

составляет 50—90%.

Поскольку отыскание места повреждения на линии электропередачи путем ее обхода требует

длительного времени, а многие повреждения имеют неустойчивый характер, обычно при ликвидации

аварийного нарушения режима оперативный персонал производит опробование ВЛ обратным включением

под напряжение. Эту операцию называют повторны м включением. Линия, на которой

произошло неустойчивое повреждение, при повторном включении остается в работе. Поэтому повторные

включения при неустойчивых повреждениях принято называть успешными.

Требования, предъявляемые к схемам АПВ

Æ схемы АПВ должны приходить в действие при аварийном отключении выключателя,

находившегося в работе;

Æ схемы АПВ не должны приходить в действие при оперативном отключении выключателя

персоналом, а также в случаях, когда выключатель отключается релейной защитой сразу после его

включения персоналом;

Æ схемы АПВ должны обеспечивать определенное количество повторных включений (действие с

заданной кратностью);

Æ время действия, как правило, должно быть минимально возможным, для того чтобы обеспечить

быструю подачу напряжения потребителям и восстановление нормального режима работы;

Æ схемы АПВ должны обеспечивать автоматический возврат в исходное положение готовности к

новому действию после включения в работу выключателя, на который действует АПВ.

Структурная схема АПВ

29. Автоматическое включение резерва (АВР).

НАЗНАЧЕНИЕ АВР Высокую

степень надежности электроснабжения

потребителей обеспечивают схемы

питания одновременно от двух и

более источников (линий,

трансформаторов). Несмотря на эти

очевидные преимущества

многостороннего питания

потребителей большое количество

подстанций, имеющих два и более

источников питания, работают по схеме

одностороннего питания. Применение

такой менее надежной, но более

простой схемы электроснабжения во

многих случаях оказывается

целесообразным для снижения

значений токов КЗ, уменьшения

потерь электроэнергии в питающих

транcформаторах, упрощения релейной

защиты, создания необходимого

режима по напряжению, перетокам

мощности и т.п. Используются две

основные схемы одностороннего

питания потребителей при наличии

двух или более источников.

Принципы осуществления АВР при

разных схемах питания потребителей

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СХЕМАМ АВР

1. Схема АВР должна приходить в действие при исчезновении напряжения на шинах потребителя

по любой причине.

2. Для того чтобы уменьшить длительность перерыва питания потребителей, включение

резервного источника питания должно производиться сразу же после отключения рабочего источника.

3. Действие АВР должно быть однократным, чтобы не допускать нескольких включений

резервного источника на неустранившееся КЗ.

4. Схема АВР не должна приходить в действие до отключения выключателя рабочего источника,

чтобы избежать включения резервного источника на КЗ в неотключившемся рабочем источнике.

5. Для того чтобы схема АВР действовала при исчезновении напряжения на шинах, питающих

рабочий источник, когда его выключатель остается включенным, схема АВР должна дополняться

специальным пусковым органом минимального напряжения.

6. Для ускорения отключения резервного источника при его включении на неустранившееся КЗ

должно предусматриваться ускорение защиты резервного источника после АВР.