Файл: Винтерс, М. Защита сельских электрических сетей 0,4 кВ.pdf

тепловой защиты номинальному току двигателя в большин­ стве случаев объясняется отсутствием у потребителей необхо­ димых нагревателей.

Для защиты электродвигателей от перегрузок и работы на двух фазах в основном применяются усовершенствованные тепловые реле ТРИ, ТРН, встраиваемые в магнитные пуска­ тели.

В последние годы ведутся работы по созданию тепловых трехполюсных реле. Во Всесоюзном научно-исследовательском институте электромеханики (ВНИИЭМ) разаботано [16] трех­ полюсное реле на токи 0,2—48 А с ускоренным срабатыва­ нием при выпадении фазы. Реле имеют температурную ком­ пенсацию, механизм регулировки тока несрабатывания. Пре­ дел регулирования номинального тока несрабатывания у этих реле — 1,5 1н , время срабатывания при 6 1н — 6-М2 с, диа­ пазон температуры окружающего воздуха от —40 до +60°С. Изменение тока уставки при изменении температуры окружаю­ щей среды на 10°С ±2% .

Для защиты асинхронных двигателей, работающих в пов­ торно кратковременных режимах, используются электромаг­ нитные реле мгновенного действия, которые настраиваются на ток срабатывания 1,1— 1,4 номинального тока электродвига­ теля [17]. Для предотвращения ложных отключений двигателей при пуске, схемы включения этих реле осуществляются таким образом, чтобы их контакты на время пуска блокировались контактами реле времени. Электромагнитное реле РЭВ-400 предназначено для защиты асинхронных двигателей, рабо­ тающих в повторно-кратковременных режимах при числе включений до 1200 в ч. Реле имеет более высокий коэффи­ циент возврата, чем реле старых выпусков. К недостаткам его следует отнести отсутствие защиты от выпадания фазы, высо­ кую трудоемкость изготовления, сложность конструкции и относительно большие габариты [16].

ВСТРОЕННАЯ ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Большое внимание уделяется вопросу применения встроен­ ной защиты с температурными датчиками обмоток,-контроли­ рующей их нагрев. Такая защита монтируется вместе с двига­ телем и не требует настройки в эксплуатации, так как температура срабатывания определяется типом датчика, за ­ кладываемого в статорные обмотки, и должна соответствовать классу нагревостойкости изоляции. Точка, при которой сопро­ тивление термодатчика резко меняется, постоянная.

Преимущества температурной защиты, ее перспективность давно известны. Однако разработка и внедрение такой защиты задерживались из-за отсутствия полупроводниковых темпера­ турных датчиков с необходимыми характеристиками.

12

Среди выпускаемых отечественной промышленностью позисторов (терморезисторов с положительным температурным коэффициентом сопротивления) для измерения температуры предпочтительней использовать позисторы СТ 6-ЗБ, имеющие малую инерционность и высокое сопротивление [18, 19]. В релейных схемах наиболее рационально применять пози­ сторы СТ 6-1А и СТ 6— 1Б, имеющие значительные величины допустимых токов.

О развитии опыта применения устройств тепловой защиты со встроенными температурными датчиками в мировой прак­ тике свидетельствует большое количество источников инфор­ мации [20—24].

Устройства встроенной тепловой защиты электродвигателей с позисторами обладают рядом преимуществ. Они допускают применение менее чувствительных реле, упрощаются схемы устройств защиты и улучшаются некоторые их параметры. Благодаря резко выраженной температурной зависимости сопротивления, позисторные датчики более надежны в работе. На рис. 7 приведена принципиальная схема встроенной тепло­ вой защиты [25] с использованием так называемого триггера Шмитта.

В литературе [26] указывается на недостатки температурной защиты со встроенными датчиками. Применение электродви­ гателей небольшой мощности приводит к увеличению их стои­ мости (например 4 кВт — на 40%), а также затрат на допол­ нительные провода и монтаж (в сельском хозяйстве электро­ двигатели мощностью до 5 кВт составляют около 70%).

Для более мощных двигателей при резком повышении тока самой большой величины достигает температура обмоток ротора.

В настоящее время ни одна защита не предохраняет элек­ тродвигатель одновременно от перегрева и пробоя изоляции обмоток, а людей и животных от поражения электрическим током при появлении опасного потенциала на металлических частях.

Предлагается [26] универсальная защита (рис. 8) от пере­ грева обмоток, пробоя изоляции и отключающая электродви­ гатель при появлении опасного потенциала на его корпусе. Защита реагирует на изменение омического сопротивления обмоток при нагреве электродвигателя и основана на принципе наложения постоянного тока на переменный ток нагрузки.

ИНЕРЦИОННЫЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛИ

В СССР и за рубежом [27] в сельских сетях, в том числе и для защиты электродвигателей, применяются плавкие предо­ хранители.

13

Основным условием при выборе предохранителей для защиты асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором является отстройка от пускового тока. В зависимости от выполнения обмоток пусковой ток в 4—7 раз превышает номинальный ток электродвигателя. Применяемые для защиты асинхронных электродвигателей от коротких замыканий и пере­ грузок плавкие предохранители ПН2 имеют номинальный ток в 2—3 раза больше номинального тюка электродвигателя. В таких условиях уставки защиты линий завышаются, и для обеспечения защиты питающего трансформатора на стороне 0,4 кВ по номинальному току часто необходимо устанавливать трансформаторы повышенной мощности [28]. Поэтому значи­ тельный интерес представляет возможность улучшения защитных характеристик предохранителей.

За рубежом для защиты асинхронных электродвигателей применяют предохранители с инерционной время-токовой характеристикой. Защитные характеристики инерционных предохранителей должны обеспечить выбор номинального тока плавких вставок для защиты силовых сетей к наиболее близкому рабочему току цепи, в то же время выдерживая пусковые токи без старения. Характеристики необходимо согласовать с предельными тепловыми характеристиками электродвигателей, проводов и кабелей. Короткие замыкания предохранитель должен отключать с минимальным временем.

Инерционные предохранители в Советском Союзе не изго­ тавливаются. Заграничные фирмы выпускают инерционные плавкие вставки как одноэлементные, так и комбинирован­ ные. Одноэлементные плавкие вставки обладают большой разрывной способностью, токоограничением, малым измене­ нием Inorp от температуры, простой конструкцией, техноло­ гичны в изготовлении и дешевы.

В комбинированных вставках [29] токи перегрузки и токи короткого замыкания отключаются отдельными элементами. Такие конструкции обеспечивают инерционно-быстродействую­ щие характеристики. Конструкция тепловых элементов, распо­ ложение и закрепление их деталей вызывает нестабильность характеристик. Элементы, находящиеся под усилием пружин, часто разрушаются при вибрациях и ударах. В конструктив­ ном отношении они сложны, нетехнологичны в изготовлении, что препятствует их массовому производству.

В Центральной экспериментальной электролаборатории (ЦЭЭЛ) Латвглавэнерго разработаны предохранители с повы­ шенной выдержкой времени на номинальные токи от 30 до 125 А, простой конструкции, технологичные в изготовлении, взаимозаменяемые с предохранителями ПН2 [30]. На рис. 9 даны время-токовые характеристики разработанных предохра­ нителей и ПН2. На рис. 10 приведены время-токовые характе-

14

ристики предохранителей 100 А: 1 — разработан в ЦЭЭЛ Латвглавэнерго; 2 — NH (Германская Демократическая Рес­ публика); 3 — NV (Социалистическая Федеративная Респуб­ лика Югославия), 4 — ПН2. Применение инерционных предо­ хранителей в сетях с электродвигателями сравнительно боль­ шой мощности увеличивает длину линии, на которой обеспе­ чивается минимальная чувствительность защиты и позволяет снизить мощность питающих трансформаторов, ограниченных условиями защиты,

БЕСКОНТАКТНЫЕ СХЕМЫ ЗАЩИТЫ

Непрерывный прогресс электронной техники, совершенство­ вание существующих полупроводниковых и других радиоком­ понентов, уменьшение их стоимости окажут существенное влияние на развитие бесконтактных устройств защиты. Быст­ родействие и высокая чувствительность, универсальность характеристик и отсутствие контактов, максимальная стабиль­ ность параметра и характеристик, регулируемость парамет­ ров и характеристик защиты, высокие виброустойчивость

идолговечность, малое потребление мощности бесконтактных защит являются теми преимуществами, благодаря которым начинают заменять полупроводниковые схемы защиты элек­ тромагнитными реле. Однако основным критерием при выборе

иоценке использования контактной и бесконтактной защиты должна быть их экономическая эффективность. Сравнитель­ ные технико-экономические расчеты вариантов применения контактной или бесконтактной защиты должны базироваться на минимуме приведенных затрат с учетом надежности.

Бесконтактные устройства защиты должны быть макси­ мально универсальными, простыми, не требовать посторонних дорогостоящих источников питания, работать в условиях зна­ чительных толчков и вибраций, при наличии пыли, едких испарений аммиака и сероводорода, а также при повышенной влажности и изменении температуры окружающей среды — часто от минимальных зимних до максимальных летних.

Впоследние годы опубликован целый ряд описаний различ­ ных устройств с полупроводниковыми элементами для защиты

иуправления сельскими электроустройствами.

Ниже приводятся некоторые примеры выполнения защиты с полупроводниковыми элементами.

Разработана комплексная схема бесконтактного тиристор­ ного выключателя (рис. 11) для асинхронных электродвигате­ лей в сочетании с защитой электродвигателя и тиристоров от коротких замыканий, перегрузок и несимметричных режимов [31]. Асинхронный электродвигатель через такой выключатель подключается к трехфазной цепи. В качестве коммутирующего аппарата использованы симметричные тиристоры, включаемые

15

в каждую фазу. Применение симметричных тиристоров позво­ лило упростить схему выключателя и уменьшить его габа­ риты. Схема выключателя дает возможность без ее изменения управлять электродвигателями до 50 кВт.

В Центральной экспериментальной электролаборатории Латвглавэнерго [30] разработана двухступенчатая токовая защита DSA-380 с независимой выдержкой времени на бес­ контактных элементах, действующая на отключение автомата серии А 4100 (рис. 12). Полупроводниковое устройство DSA-380 является главной защитой понижающего потреби­ тельского трансформатора на стороне 0,4 кВ.

Защита имеет регулируемые уставки тока: Ступень — 10-^40 А; IIступень — ЗД-20 А; выдержка времени: Ступень —

0,1 с, IСтупень— 5-М 5 с. Бесконтактная защита имеет разброс времени срабатывания 2% при +20°С, разброс тока срабаты­ вания 2% при +20°С, температурную погрешность (при.

+40°С ч- —40°С) — 5%.

В перспективе развития бесконтактных устройств защиты

намечаются следующие пути их развития: улучшение характе­ ристик, расширение областей применения в различного рода низковольтной аппаратуре, разработка системы унифициро­ ванных блоков, позволяющих создать практически любую систему бесконтактной защиты, микроминиатюризация на основе интегральных схем.

ЗАЩИТА ОТ РАБОТЫ НА ДВУХ ФАЗАХ

Известны многочисленные предложения по защите двигате­ лей от работы на двух фазах. Однако часть из этих предложе­ ний чрезвычайно сложна для осуществления. Такие защиты имеют высокую стоимость, низкую надежность и требуют тща­ тельной наладки. При этом надежность отдельных элементов и устройства в целом оказывается ниже надежности двига­ теля. Другие же защиты, хотя и отличаются простотой и низ­ кой стоимостью, не обеспечивают достаточной чувствитель­ ности.

Всельском хозяйстве электродвигатели надежно работают

сзащитой, основанной на фазовом принципе, так как сдвиг между фазами напряжения (токами) в сети является стабиль­ ным параметром, по которому можно выявить аварийные режимы [23].

Известные до сих пор фазовые способы защиты сложны ' в изготовлении, кроме того, они защищают двигатели только от обрыва фаз.

Разработанное в Латвийской сельскохозяйственной акаде­ мии устройство с применением фазового детектора сравни­ тельно просто и дешево (рис. 13). Оно защищает электродви-

16

Ф^90°, при нормальной работе электродвигателя напряжения на выходе фазового детектора практически не будет, и реле защиты находится в нормальном состоянии. При обрыве одной из фаз (независимо в каком месте), на выходе фазового детектора появится напряжение, достаточное для срабатыва­ ния реле. Контакты реле разрывают-цепь управления магнит­ ным пускателем, и электродвигатель отключается от сети.

Если угол сдвига фаз между напряжениями отличается от 90° уже при нормальной работе электродвигателя, то на выходе фазового детектора имеется небольшое напряжение, величина которого недостаточна для срабатывания реле. Если же элек­ тродвигатель сильно перегружен, то это напряжение возрастет настолько, что реле* срабатывает и отключает его от сети. Таким образом, устройства защиты с применением фазовых детекторов защищают электродвигатели от больших перегру­ зок, а также и от работы на двух фазах.

Выв о д ы

1.Для повышения чувствительности защиты воздушных линий на потребительских подстанциях целесообразно приме­ нять трансформаторы с обмоткой звезда-зигзаг с нулем (при мощности до 400 кВА).

2.Результирующий ток однофазного короткого замыкания

итока от несимметрии нагрузок в нулевом проводе может быть меньше или больше величины тока однофазного корот­ кого замыкания, что при фактической случайной асимметрии исключает возможность надежного отключения однофазных коротких замыканий расцепителями, реагирующими на вели­

чину тока в нулевом проводе.

3. Необходимо обеспечить качество предохранителей ПН2 в соответствии с требованиями ГОСТ. Для этого все предохра­ нители должны быть заряжены качественным и тщательно уплотненным наполнителем.

4.Целесообразно широко внедрить инерционные предохра­ нители и секционирование сетей, питающих коммунально-бы­ товую нагрузку.

5.Тепловые реле типов ТРИ, ТРН являются дешевыми аппаратами для защиты электродвигателей, но требуют тща-

тельного выбора и настройки.

2 4170