1. Загальна частина
Потрібно виконати розрахунок уставок для захисту існуючого синхронного неявнополюсного двигуна серії СТД-800-2 на напругу 6 кВ потужністю 800 кВт для насосної станції №26А. Харчування двигуна здійснюється існуючим кабелем типу ААШв - 3х95, довжина кабелю складає 85 м. Для захисту двигуна застосовується сучасне мікропроцесорний пристрій захисту типу Sepam M41 (фірми Schneider Electric).
Для захисту синхронного двигуна будуть застосовуватися такі захисту відповідно до ПУЕ, а саме:
- 1. Струмова відсічення, що працює без витримки часу застосуються для захисту від міжфазних замикань (див. ПУЕ розділ 5.3.46).
- 2. Захист від однофазних замикань на землю (ОЗЗ) виконується двоступеневої діє на сигнал (див. ПУЕ розділ 5.3.48):
- - перший ступінь виконує функцію захисту від однофазних замикань на землю;
- - другий ступінь виконує функцію захисту від подвійних замикань на землю.
- 3. Захист від асинхронного режиму діє на відключення двигуна (см. ПУЕ розділ 5.3.50 і 5.3.51).
- 4. Захист від струмів перевантаження діє на сигнал (див. ПУЕ розділ 5.3.49).
- 5. Так як в існуючому РУ-6 кВ виконується ПРВВ, то потрібно буде виконати розрахунок уставок ПРВВ. У загальному ж випадку виконання ПРВВ не обов'язково для електроустановок 6-10 кВ згідно з ПУЕ.
Звертаю Вашу увагу, що даний розрахунок виконаний для певного випадку, тому рекомендую, перед тим як щось вважати, ознайомиться з розділами ПУЕ 5.2.43 - 5.3.54 «Захист асинхронних і синхронних електродвигунів напругою вище 1».
2. Дані для розрахунку
- 1. Дані двигуна:
- 1.1 Потужність на валу двигуна - Рном.дв = 800 кВт;
- 1.2 Повна потужність: Sном.дв = 935 кВА;
- 1.3 Коефіцієнт корисної дії (ККД) - ηном.дв = 0,963;
- 1.4 Кратність пускового струму - kпуск. = 5,58;
- 1.5 Коефіцієнт потужності - cosφ = 0,9;
- 2. Довжина лінії - L = 85 м;
- 3. Кабель марки - ААШв - 3х95 мм2;
- 4. Напруга - Uном.дв = 6 кВ;
- 5. Значення струмів трифазного КЗ на секції шин РУ-6 кВ розрахованих при максимальному і мінімальному режимі роботи мережі з урахуванням режиму підживлення від інших електродвигунів: Iк.з.min = 4850 А, Iк.з.max = 5500 А.
- 6. Вторинні обмотки трансформаторів струму виконані за схемою «повна зірка»;
- 7. Тип захисту - Sepam M41 (фірми Schneider Electric).
Пуск двигуна асинхронний, прямий, від повної напруги мережі з включеним резистором в ланцюг обмотки збудження. Двигун не бере участі в самозапуску.
В даному розрахунку реакторний пуск двигуна не розглядається.
3. Токовая відсічення
Струмовий відсічення відбудовував від струму трифазного КЗ на шинах живлення двигуна Iк.з.max, обчислене при максимальному режимі роботи мережі з урахуванням режиму підживлення від інших електродвигунів.
Розраховуючи уставки для синхронного двигуна слід враховувати, що машина запускається в асинхронному режимі. Коли швидкість обертання досягає значення близькою до синхронної - виконують перемикання обмотки збудження з резистора на напругу збудження і двигун втягується в синхронізм.
3.1 Визначаємо значення номінального струму електродвигуна:
Вибираємо трансформатори струму боку харчування електродвигуна: ТОЛ-10 з сердечником типу Р, коефіцієнтом трансформації - 150/5.
3.2 Визначаємо значення пускового струму електродвигуна за умови, що він у самозапуску не бере і здійснюється прямий пуск двигуна:
3.3 Визначаємо опір системи в максимальному режимі з урахуванням підживлення від двигуна:
3.4 Визначаємо пусковий опір електродвигуна ::
3.5 Визначаємо пусковий струм двигуна з урахуванням опору живильної мережі:
3.6 Визначаємо первинний струм неспрацьовування струмового відсічення при пуску двигуна:
3.7 Визначаємо струм спрацювання реле:
3.8 Визначаємо значення струму двофазного КЗ на вводах живлення електродвигуна і коефіцієнта чутливості захисту при двофазному КЗ:
Витримку часу захисту приймаємо рівною нулю.
У зв'язку з тим, що розраховуючи таким способом чутливість струмового відсічення в більшості випадків виходить низькою, рекомендується додатково вводити другу сходинку МТЗ з незалежної характеристикою і струмом спрацьовування [Л3. с7]:
Витримка часу другого ступеня МТЗ для відбудови від кидка пускового струму двигуна вибирається рівною:
Використання другого ступеня МТЗ істотно підвищує чутливість захисту, проте розрахунок коефіцієнта чутливості відповідно до вимог ПУЕ повинен здійснюватися за параметрами спрацьовування ТО.
В даному випадку чутливості відсічення досить і виконання другого ступеня МТЗ не потрібно.
4. Захист від асинхронного режиму (втрати збудження)
Захист синхронного двигуна від асинхронного режиму (втрати збудження) зводитися до визначення сверхпереходного опору і індуктивного опору прямої послідовності. Дану захист краще виконувати за допомогою реле опору.
Для того щоб розрахувати уставки даного захисту, ми повинні знати:
● x "d - сверхпереходное опір СД, Ом;
● xd - індуктивний опір прямої послідовності СД, Ом.
Вибираємо розрахункові індуктивні опору з таблиці 1 для двигуна типу СТД-800-2. Довідкові дані на двигун взяті з [Л1.с211].
Якщо ж у Вас в паспорті на синхронний двигун такі дані відсутні. Єдиний вихід отримати дані для розрахунку це направити офіційний лист на завод-виготовлювач з проханням про надання даних для розрахунку СД від асинхронного режиму.
В іншому випадку визначати ці дані потрібно буде вже безпосередньо на об'єкті при пуско-налагоджувальних роботах.
Хоча відповідно до стандартів: ГОСТ 183-74, ГОСТ 533-85, ГОСТ 5616-81, ГОСТ 609-84 завод-виготовлювач зобов'язаний проводити приймально-здавальні випробування, які включають також визначення: сверхпереходного опору СД і індуктивного опору прямої послідовності СД.
Визначення сверхпереходного опору і індуктивного опору шляхом випробувань детально описано в книзі: «Довідник по електричним машинам. Том 1 »І.П.Копилова, Б.К. Клокова 1988 р сторінка 211.
4.1 Визначаємо базисне опір за формулою:
4.2 Визначаємо сверхпереходное опір двигуна в іменованих одиницях одержуваного з формули:
4.3 Визначаємо індуктивний опори прямої послідовності двигуна одержуваного з формули:
Після цього потрібно побудувати кругову характеристику див. Малюнок 1, яка буде мати вигляд:
Малюнок 1 - Характеристика захисту електродвигуна СТД-800-2 від втрати збудження
Таблиця 1 - Розрахункові індуктивні опору і постійні часу синхронних двигунів серії СТД
5.1 Захист від однофазних замикань на землю (ОЗЗ)
Захист від однофазних замикань на землю виконується з урахуванням відбудови від власного ємнісного струму захищається приєднання.
5.1.1 Визначаємо електричну ємність для неявнополюсного синхронного двигуна:
де:
Sном.дв - повна потужність синхронного двигуна в (МВА);
Uном.дв - номінальна напруга в (кВ).
5.1.2 Визначаємо ємнісний струм для СД при ОЗЗ:
де:
f - номінальна частота живильної мережі в (Гц);
Uном.дв - номінальна напруга в (В).
5.1.3 Визначаємо власний ємнісний струм лінії:
де:
Ic = 0,9 А / км - питома ємнісний струм, вибирається з таблиці 3 для кабелів з паперовою ізоляції.
L = 0,085 км -длина кабельної лінії.
Таблиця 3 - Точне значення ємнісного струму кабельної лінії з паперовою ізоляцією
5.1.4 Визначаємо первинний струм спрацьовування захисту від ОЗЗ синхронного двигуна:
де:
k н - коефіцієнт надійності (приймаємо рівним 1,2);
kбр. - коефіцієнт «кидка», який враховує кидок ємнісного струму в той момент, коли виникає ОЗЗ, для терміналів Sepam kбр. = 1-1,5 [Л6. з 42];
kв = 0,95 - коефіцієнт повернення реле;
5.1.5 Визначаємо вторинний струм спрацьовування реле з урахуванням коефіцієнта трансформації трансформатора струму нульової послідовності типу ТЗЛМ:
Коефіцієнт трансформації трансформатора струму вибираємо з таблиці 4.
Таблиця 4 - Коефіцієнти трансформації трансформаторів струму нульової послідовності (ТТНП)
Наводити розрахунок ОЗЗ повністю всіх приєднань на секції я не буду, принцип розрахунку струму ОЗЗ розглянуто в статті: «Розрахунок однофазного замикання на землю в мережі з ізольованою нейтраллю».
Сумарний ємнісний струм на секції з мінімальною кількістю включених осередків склав
IсΣ = 5,5 А.
5.1.6 Визначаємо коефіцієнт чутливості захисту:
Для відбудови від перехідних процесів витримку часу приймаємо рівною 0,1 сек.
Для машин невеликої потужності і коротких кабельних лініях підключення електродвигуна розрахункове значення параметра спрацьовування захисту може виявитися менше мінімального струму спрацьовування терміналу. У цьому випадку струм спрацьовування захисту приймають рівним значенню мінімального струму спрацьовування реле.
5.2 Захист від подвійних замикань на землю
Захист необхідна в разі виконання захисту від однофазних замикань на землю з дією на сигналізацію або якщо захист від ОЗЗ працює з витримкою часу 0,1 - 0,5 с. Захист можна не застосовувати, якщо для захисту двигуна від міжфазного КЗ застосовується ТО або подовжній диференціальний захист виконані в трифазному виконанні.
Струм спрацьовування захисту від подвійних замикань на землю приймається без розрахунків 100 А (первинних). Захист виконується без витримки часу згідно [Л3. з 29].
6. Захист від струмів перевантаження
Захист від симетричних струмів перевантаження буде виконуватися двоступеневої, третя ступінь не передбачається.
6.1 Перший ступінь буде виконана з витримкою часу і діяти на відключення двигуна. Струм спрацьовування захисту відбудовував від пускових струмів двигуна.
де:
kпуск. = 5,58 - кратність пускового струму;
6.2 Визначаємо струм спрацювання реле для першого ступеня:
де:
nт = 150/5 - коефіцієнтом трансформації ТТ;
Час спрацьовування першого ступеня приймаємо 0,1 сек, яке дозволяє відбудувати від пускових струмів двигуна.
6.3 Визначаємо струм спрацювання другої ступені захисту від перевантаження:
6.4 Визначаємо струм спрацювання реле для другого ступеня:
У зв'язку з тим, що виробник двигуна не надав значення теплової постійної часу охолодження статора в розрахунках будемо використовувати мінімально допустиму постійну часу охолодження статора.
- трифазні двигуни змінного струму потужністю не менше 0,55 кВт з непрямим охолодженням обмоток статора повинні витримувати струм, рівний 1,5 номінального струму, протягом 2 хв.
Можна визначити мінімально допустиму постійну часу охолодження статора:
де:
tдоп. - допустимий час роботи при кратності струму ki.
6.5 Визначаємо час спрацьовування другого ступеня за формулою:
де:
k * - кратність струму при пуску захисту 1,08 * Iном.дв.
7. Розрахунок уставок пристрою резервування при відмові вимикача (ПРВВ)
Функція ПРВВ в терміналі Sepam M41 виконується шляхом контролю струму після відключення вимикача.
Коли відбувається відключення двигуна вимикачем, термінал захисту Sepam M41 повинен зафіксувати нульове значення струму, якщо ж після подачі сигналу на відключення вимикача, термінал фіксує наявність струму. Відбувається спрацьовування ПРВВ з витримкою часу.
Рекомендується в якості уставки по струму пуску ПРВВ прийняти:
7.1 Визначаємо струм спрацювання ПРВВ:
Ic.з. = 0,1 * Iном.дв = 0,1 * 89 = 8,9 А
Щоб уникнути помилкових спрацьовувань вимикача, рекомендується застосовувати уставку за часом для ПРВВ в діапазоні: tуров = 0,3 - 0,5 сек. Приймаємо уставку за часом 0,5 сек.
8. Результати розрахунків
Результати розрахунків зводимо в таблицю 5.
Таблиця 5 - Результати розрахунків