ИЭ / 9 сем (станции+реле) / Литература / Шнеерсон

5.3. Элементы реализации цифровой тепловой защиты

На рис. 5.3 представлена структура тепловой защиты [9].

К блоку осуществляющему решение дифференциального уравнения нагрева, подводятся текущие цифровые действующие значения контролируемых фазных токов lл, 18, lc. При этом для вычисления текущей температуры используется уравнение (5.9).

По аналогии с выражением (5.13) имеем решение для теку­

Рис. 5.3. Структура темовой защиты

221

13,

Учет различия постоянных времени наrрева и охлаждения.

't

'tохл

Рис. 5.4. Кривые нагрева (а) и охлаждения (б) объекта

шению токав объекте ниже заданного уровня IQ = (О,05+0,l)Iном в блоке 6 (см. рис. 5.3). При снижении тока ниже значения IQ значение t в рабочей модели изменяется на большее значение

't'охл·

Блок 16 используется в специальных защитах электродвига-

телей и фиксирует пусковой режим (превышение тока пуска In). На это время расчетная температура принимается постоянной.

Упрощенный контроль повторного включения. Отключен­ ный тепловой защитой объект нет смысла сразу включать сно­ ва, так как он быстро снова отключится вследствие недостаточ­ ного охлаждения и повторного возрастания температуры. По­ этому целесообразно установить критерий охлаждения, при вы­ полнении которого дается разрешение на повторное включение. В простейшем случае таким критерием является условие сниже­ ния текущей температуры до значения температуры включения

(5.18)

где k0хл = ю/ оп - коэффициент охлаждения, характеризу­ ющий допустимую температуру включения.

Время t8м, через которое температура объекта спадает после отключения до значения t м• определится из выражения (5.12) при I = О и замене температуры t0 в начальный момент на тем­

пературу оп в момент отключения, а температуры t on на

м = k0хл оп· В результате получим промежуток времени Лt8м, по истечении которого допустимо включение объекта

(5.19)

На рис. 5.3 контроль температуры включения обеспечивает­

Сигнализация предположительиоrо времени отключения. Помимо текущей температуры тепловая модель может вычис­ лить предположительное время Лtср до отключения объекта. Это время вычисляется таюке на основе выражения (5.12) при за­ ь ене начальной температуры t8 на вычисляемое из уравнения

(5.17) текущее значение t°(t). Вычисляемое время предположи-

223

Учет токов обратной последовательности.

12

2:

2 -

12•

12•

ловой модели.

011

доп 80.,,

.доп·

кр

ном

Срабатывание тепловой защиты наступает при условии 0'::::: 1,

т.е. при t0 - кр::::: k2Л 0.., что соответствует перегреву при мак­

симально допустимом токе Iдon·

5.4. Токовая защита и контроль числа вмючений электродвиrателя

Токовый контроль пуска двигателя. Непосредственный кон­ троль пуска двигателя может бЬIТЪ осуществлен путем измере­ ния значения фазного тока и времени его протекания. При этом может быть выявлено и блокирование (останов ротора). Для контроля времени пуска используется обратнозависимая квад­

ратичная токовая характеристика срабатывания [9], отражаю­

щая потери энергии I2t,

(5.22)

где 10 - «номинальный» пусковой ток двигателя; Тп - допусти­ мое время отключения при токе Iп; I - измеряемый ток двига­

теля.

Структурно токовый контроль пуска двигателя поясняет

225

''

ВКЛЮЧеНlfЯ

Рис. 5.8. Структурная схема блокирования сиr11аЛа включения двигателя [9]

теля не допуСI<ается. Помимо указанного изготовителем двига­

чение которой существует запрет включения двигателя.

Таким образом, для надежной эксплуатации двигателя необ­ ходима контрольная функция (блокирование повторного вклю­ чения), следящая за температурой ротора, рассчитывающая не только температуру ротора, но и границу запрета включения 0эап. При достижении температурой значения езап запрещается следующий пуск двигателя, так как он приводит к перегреву ро­ тора. Структура функции блокирования повторного включения приведена на рис. 5.8 [9].

В блоке ((формируется эквивалентный ток Iэк для ввода в рас­ четную тепловую модель. Более близкое приближение к реаль­ ным условиям нагрева дает учет эффективных значений высших гармоник и дополнительного влияния токов обратной последо­ вательности в соответствии с выражением (5.20). В зависимос­ ти от состояния двигателя (включен или отключен), контроли­ руемого пороговым элементом IQ> (блок 4), в расчетную теп­ ловую модель (блок 2) вводятся значения t (постоянная нагре­

ва) или t03 (постоянная охлаждения). Тепловая модель рассчи­ тывает текущую температуру ротора 0(t) и границу запрета

включения двигателя 030 (см. ниже). Останов расчета текущей температуры для учета процесса выравнивания температуры в

228

течении времени Твыр оба сигнала прекращаются. Сигнал запре­ та на включение возникает также при превышении расчетной температурой ротора границы запрета включения (блок Этот сигнал существует промежуток времени, ограниченный време­ нем запрета включения Тзап (блок 9).

Расчетные параметры защиты ротора при многократных вмючениях. Принципиальным вопросом при выполнении за­

щиты ротора от перегрева является нахождение постоянной вре­ мени тепловой модели 'tp и температурной границы запрета включения 0зап (см. рис. 5.7) на основе технических данных эле­

ктродвигателя [9, 30].

Примем следующие обозначения:

t on - допустимая температура перегрева ротора;

t - граница запрета включения двигателя вследствие ожи­ даемого перегрева ротора при новом включении;

t::iax - максимальная температура ротора, достигаемая при длительном протекании пускового тока;

Тп - максимально допустимое время запуска двигателя;

'tp - постоянная времени нагрева ротора;

пх - число допустимых следующих друг за другом пусков дви­ гателя из «холодного» состояния;

пг - число допустимых следующих друг за другом пусков дви­

гателя из «горячего» состояния (горячим состоянием является состояние длительного режима работы при номинальной нагруз­

ке).

Если t кр - температура окружающей среды, то по аналогии с (5.21) рассмотрим в дальнейшем относительные значения температур 0':

to -to

0' окр

Характеристика нагрева имеет при этом вид, приведенный на рис. 5.9, и соответствует нескольким следующим друг за другом пускам двигателя из холодного состояния (в рассматриваемом примере nx = 5).

229

о

Рис. 5.9. Нагрев ротора при пяти последовательно следующих пусках

Относительные температуры 0' на рис. 5.9 соответствуют при­ веденным выше абсолютным температурам t on, t , t .

При этом первый запуск разогревает ротор до значения 0 0

соответствующего температуре ротора при длительном номи­ нальном токе, а остальные четыре запуска производятся из «го­

рячего» состояния. Таким образом, в данном

nг = 4 (nx - nг = 1).

Поэтому можно приравнять температуры, достигаемые при nx «холодных» и nг «горячих» запусках [30]. С учетом этого и экс­ поненциального характера нагрева по аналогии с выражением

(5.10) получим конечную допустимую температуру при пуске из «холодного» состояния (относительная начальная температу­

=О = 0):

(5.23)

Значения температур на рис. 5.9 и постоянной времени ро-

23O