Дифференциальная защита двигателя

Быстродействующая защита двигателей большой мощности от междуфазных коротких замыканий. Обычно состоит из двух степеней — дифференциальной отсечки (ДТО) и дифф. защиты с торможением (ДЗТ). Последняя может быть выбрана с уставкой срабатывания ниже или выше номинального тока двигателя.

Если ДЗТ выбирается с уставкой срабатывания ниже номинала, то она оказывается более чувствительной, но при этом возможны ложные срабатывания при обрыве токовых цепей. На современных защитах используются различные комбинации пусковых органов и блокировок, чтобы повысить чувствительность ДЗТ, но при этом своевременно выявить нарушение токовых цепей.

ДТО является грубой ступенью, которая отстраивается от броска апериодической составляющей тока при включении двигателя. Основное назначение ДТО — резервирование ДЗТ, которая имеет ряд алгоритмических блокировок и может отказать при сложных повреждениях.

Расчет продольной дифференциальной защиты в общем случае:

Ток срабатывания защиты должен удовлетворять условию:

Для определения I_{нб.рсч.max} рассматривают два режима:

– трехфазное КЗ на шинах ЭД (при t = 0), при этом:

К_одн - коэффициент однотипности ТТ (0,5…1),

К_ап – коэффициент учитывающий наличие апериодической составляющей (1…2),

=10%,

I_{кз.вн.max}⁽³⁾ – максимальный ток внешнего КЗ

– асинхронный ход (синхронные ЭД), при котором

I_ур – максимальный уравнительный ток в обмотке статора

ε – относительная полная погрешность ТТ (в норм. режиме).

При выборе тока I_с.з принимается большее из двух условий. Для уменьшения I_{нб.рсч.max} ТА подбирают с мало отличающимися характеристиками намагничивания, сопротивления плеч защиты должны быть одинаковыми, при этом последовательно с реле тока включают добавочные резисторы R = 5...10 Ом или применяют реле типа РНТ–565.

• Для реле типа РТМ: К_над = 1,3, К_одн = 0,5, ε = 10 % и реле тока с добавочным резистором К_ап = 1,5...2,

• Для реле типа РНТ: К_ап = 1,0...1,3. При этом I_с.з ≤ 0,75 ⋅ I_н.д.

Дифференциальная защита двигателя:

Большой сквозной ток внешнего замыкания может стать причиной того, что один ТТ будет насыщаться сильнее другого, что вызовет разницу в величинах вторичного тока трансформаторов тока. В таких условиях важно стабилизировать защиту. Обычно для этого используют два способа. Первый называется методом торможения – уставки реле повышаются при увеличении сквозного тока. Второй – это метод высокого импеданса, при котором сопротивление реле таково, что даже при максимальном значении сквозного тока ток в дифференциальном органе недостаточен для срабатывания реле.

Расчет дифференциального тормозного тока:

Расчет выполняется на пофазной основе. Дифференциальный ток равен векторной сумме фазных токов, измеренных на каждом конце двигателя. Средний тормозной ток (I_bias) равен скалярному среднему значению амплитуд этих токов, т.e.,

Для обеспечения дальнейшей стабильности при внешних КЗ при расчете торможения принят ряд дополнительных мер

Дополнительные меры

Торможение с выдержкой времени

Максимальное торможение

Используемая величина торможения равна максимальной из величин торможения, рассчитанных за последний период.

Переходное торможение

В случае внезапного возрастания измерения среднего торможения в расчет величины торможения вносится дополнительное торможение на пофазной основе. Эта величина затем экспоненциально затухает.

Как только реле сработает, или, если величина среднего торможения снижается ниже уставки Is1, переходное торможение сбрасывается до нуля. Переходное торможение используется для стабилизации защиты при внешних КЗ и позволяет отсрочить насыщение ТТ, вызванное небольшими токами внешних КЗ и большим отношением X/R.

Максимальное торможение

Величина торможения, используемая пофазно для характеристики процентного торможения, равна максимальному значению тормозного тока, рассчитанного из всех трех фаз

Дифференциальная защита электродвигателя:

Дифференциальная защита включает в себя:

- дифференциальную токовую отсечку (ДТО);

- дифференциальную защиту с торможением (ДЗТ);

- сигнализацию небаланса дифференциальной защиты.

Дифференциальная защита выполняется с контролем трех фазных токов. Трансформаторы тока питающей ячейки подключаются по схеме "звезда", независимо от схемы соединения обмоток двигателя. За положительное направление токов сторон принимается направление токов к нейтрали электродвигателя.

Очувствление ДЗТ:

Исключение излишнего срабатывания ДЗТ в нормальном режиме работы электродвигателя при повреждениях в токовых цепях обеспечивается условием выбора тока срабатывания ДЗТ выше номинального тока двигателя (уставка "ДЗТ РТгруб") и организацией сигнализации небаланса. Для повышения чувствительности защиты предусмотрен алгоритм автоматического очувствления ДЗТ, определяющий факт броска тока по разности дифференциального тока до и после КЗ.

В основе алгоритма очувствления ДЗТ используется принцип того, что при КЗ бросок дифференциального тока больше, чем при повреждении токовых цепей.

Мгновенные значения аварийных составляющих токов а.с.Iх(к), А, определяются по формуле:

где 𝑖𝑥 𝑘 – мгновенное значение тока фазы 𝑥 на 𝑘-м отсчете, А;

𝑇 = 48 – количество отсчетов за период сигнала.

В случае превышения мгновенным значением аварийной составляющей одного из дифференциальных токов значения 2,2"ДЗТ РТгруб", защита автоматически переводится в режим работы по чувствительным уставкам ("ДЗТ РТчувст" выбирается меньше номинального тока электродвигателя).

ДЗТ переходит на работу по грубым уставкам через 100 мс после снижения мгновенных значений аварийной составляющей ниже значения 2,2"ДЗТ РТгруб".

Насыщение ТТ

При пуске двигателя или внешнем КЗ из-за апериодической составляющей в токах возможно насыщение ТТ. При этом баланс в плечах дифференциальной защиты нарушается и может быть сформирована команда на отключение. Для отстройки от этого режима в блоке реализована блокировка по относительному содержанию второй гармонической составляющей в дифференциальном токе (при насыщении ТТ эта доля существенно возрастает). При увеличении доли второй гармонической составляющей больше уставки "ДЗТ Iдиф. 2г" ДЗТ блокируется. При возникновении в режиме пуска двигателя внутреннего повреждения блокировка снимается по факту перемещения точки с координатами [Iторм; Iдиф] в область внутренних повреждений (коэффициент наклона около двух).

Для корректной работы в режиме несимметричного насыщения ТТ по сторонам двигателя при пуске или внешнем КЗ в блоке реализована дифференциальная защита по мгновенным значениям токов с детектором насыщения. Работа детектора насыщения основана на том, что насыщение ТТ не может произойти мгновенно. Если в течение 4 мс после изменения режима не возникает условий для срабатывания защиты, фиксируется режим внешнего КЗ или режим пуска двигателя и дифференциальная защита двигателя блокируется на время 0,5 с.

При возникновении КЗ в режиме пуска двигателя или при переходе КЗ внешнего во внутреннее блокировка автоматически снимается.