Меню

Чувствительность по напряжению для генераторов



Инверторный электрогенератор: идеальная синусоида напряжения

Инверторные электрогенераторы завоевывают все большую популярность. Оно и понятно — их ассортимент увеличивается, а стоимость приближается к обычным генераторам. Об их преимуществах над классическими наслышаны многие, кто хоть немного интересовался автономными электростанциями. Так в чем же заключаются их достоинства и насколько они хороши на самом деле?

Инверторный электрогенератор — что это?

В основе электрогенераторов положен принцип выработки электрической энергии за счет преобразования механической энергии двигателя внутреннего сгорания в электрическую путем вращения генератора переменного тока — альтернатора.

В бытовых моделях чаще всего применяют синхронные генераторы переменного тока. Генератор состоит из статора и ротора. На статоре расположены обмотки, с которых снимается вырабатываемое генератором переменное напряжение. На роторе же — несколько полюсов с магнитами. Это могут быть как электромагниты, так и постоянные магниты, например, мощные неодимовые. Ротор вращается, создавая переменное магнитное поле, которое пронизывает обмотку статора, в результате чего в последней появляется электродвижущая сила, или, проще говоря, напряжение.

Схема классического электрогенератора без инверторной технологии

Что же такое инверторные электростанции? Инвертор — это электронное устройство, предназначенное для преобразования постоянного тока в переменный. Таким образом, в инверторных электростанциях выходное переменное напряжение получают не напрямую от генератора переменного тока, а от инверторного преобразователя. Но пытливый читатель, вероятно, заметил, что инвертор преобразует постоянный ток в переменный. А где же его взять, если с обмоток статора снимается переменное напряжение? Все правильно, от генератора переменного тока получается переменное напряжение. Для получения же постоянного напряжения используют выпрямители.

Схема электрогенератора с использованием независимого формирователя выходного напряжения

Если в электростанции отсутствует инверторный преобразователь (далее будем называть такие электростанции классическими), то необходимое напряжение снимается напрямую с обмоток статора.

Зачем же так все усложнять, если можно просто подключить необходимое электрооборудование к обмотке статора генератора переменного тока и завести двигатель. На то есть, как минимум, три веские причины:

  1. Требуется не абы какое переменное напряжение, а с вполне определенными контролируемыми характеристиками.
  2. А еще требуется легкое и компактное устройство в целом.
  3. И было бы очень неплохо, чтобы это устройство поглощало как можно меньше горючего.

Думается, что эти причины стоят того, что бы немного заморочиться. Начнем с самого важного — характеристик переменного напряжения, требуемого для питания электроприборов.

Характеристики переменного напряжения

Какими же характеристиками должен обладать электрический ток, получаемый от автономной электростанции?

Пойдем простым логическим путем — если к электростанции планируется подключать бытовые электроприборы, то электрическое напряжение, получаемое от автономной электростанции, должно иметь те же характеристики, что и напряжение в обычной розетке.

Согласно ГОСТ 32144-2013 «Нормы качества электроэнергии в системах электроснабжения общего назначения», основные характеристики напряжения в бытовой электросети должны удовлетворять следующим значениям:

  • номинальное значение напряжения — 220 Вольт,
  • допустимое отклонение от номинального напряжения — ±10%,
  • номинальное значение частоты напряжения — 50 Гц,
  • допустимое отклонение частоты — ±5 Гц (для автономных систем электроснабжения).

Форма напряжения должна быть синусоидальной с минимальными искажениями. «Качество» синуса определяется уровнем гармонических искажений.

Допустимый уровень гармонических искажений по напряжению не должен превышать 8 %. Зачастую именно искажения формы напряжения, которую выдают автономные электростанции, является причиной плохой работы, а то и вовсе неработоспособности подключаемого электрооборудования.

Синусоидальный сигнал «высокого качества» можно посмотреть на экране осциллографа, подключив его к выходу специального генератора сигналов, который предназначен для тестирования различных устройств.

Синусоидальный сигнал частотой 50 Гц на экране осциллографа Hantek DSO5202P, полученный со специального генератора сигналов

Можно оценить и частотный спектр этого сигнала. Например, используя программу SpectraPlus и звуковую карту Sound Blaster X-Fi Xtreme Audio SB0790, можно получить вот такой график и значение коэффициента гармоник, которое в данном случае не превышает 0,03 %.

Частотный спектр сигнала, полученного со специального генератора

С точки зрения ценителей хорошего звука данную форму напряжения нельзя назвать идеальной, а вот инженер-электрик наверняка посчитает такую форму напряжения образцовой.

Некоторые электронные приборы и электрооборудование допускают электропитание с худшими характеристиками, чем указано в ГОСТе, но если требуется «универсальный» электрогенератор, к которому можно было бы подключать любые устройства, не задумываясь о последствиях, то характеристики его напряжения должны быть максимально приближены к требованиям ГОСТа.

А что творится в обычной розетке?

Чтобы понимать, о чем идет речь и какие в реальности основные параметры напряжения в бытовой электросети, были проведены их измерения.

Форма напряжения частотой 50 Гц в бытовой электросети

Спектр напряжения в бытовой электросети

По результатам измерений коэффициент гармоник (уровень гармонических искажений) по напряжению в бытовой электросети составил около 3.4 %, что полностью укладывается в требования ГОСТа. Изменения напряжения в течение двух часов не превышали допуски, указанные в ГОСТ.

Изменение напряжения в бытовой электросети в течение двух часов

Изменения частоты напряжения в бытовой электросети минимальны и не превышают 0,05 Гц.

Изменение частоты напряжения в бытовой электросети в течение 1 часа

Такая точность необходима в большей степени для синхронизации промышленных электрогенераторов, установленных на ТЭЦ, ГЭС, АЭС и прочих электростанциях. Для бытовых потребителей электроэнергии такая точность, как правило, избыточна. Поэтому в ГОСТе отдельно указаны допуски на отклонение частоты для автономных систем электроснабжения, значения которых составляют ±5 Гц.

С качеством электрической энергии разобрались, вернемся к электрогенераторам.

Классическая автономная электростанция

Для того, чтобы получить напряжение с требуемыми характеристиками, в классической электростанции необходимо выполнить несколько условий.

У синхронных генераторов частота выходного напряжения пропорциональна частоте вращения ротора. Если вращать ротор со скоростью 1500 оборотов в минуту, то на выходе получим напряжение частотой 50 Гц. При этом ротор должен быть двухполюсным, то есть иметь два магнита, закрепленных на противоположных сторонах оси ротора. Для двигателя внутреннего сгорания 1500 об/мин — это оптимальное значение, поэтому ось ротора напрямую соединяется с осью коленчатого вала двигателя. Теперь требуется тщательно следить за оборотами двигателя и поддерживать их на заданном уровне для обеспечения стабильной частоты получаемого переменного напряжения.

Нужную частоту получили, теперь разберемся с напряжением на выходе. Альтернатор, по сути, является источником тока, а не напряжения, поэтому выходное напряжение при условии постоянства оборотов будет зависеть от величины нагрузки. Чем больше нагрузка, тем меньше напряжение.

А еще выходное напряжение зависит от величины вращающегося магнитного поля, которое создают магниты на роторе. Силу магнитного поля можно менять, если установить на роторе электромагниты. Теперь, меняя ток в обмотках электромагнитов, можно регулировать выходное напряжение альтернатора. Так как ротор вращается, то для подачи тока в его обмотки применяют скользящие контакты — щетки. Устройство, которое поддерживает выходное напряжение генератора на уровне 220–230 В путем непрерывной регулировки тока в обмотках ротора, называется автоматическим регулятором напряжения (automatic voltage regulator — AVR). Без AVR синхронные генераторы в автономных электростанциях не применяются. Данные устройства чаще всего устанавливаются в корпусе альтернатора и выглядят примерно так.

Автоматический регулятор напряжения (AVR)

А вот так выглядит типичный альтернатор, установленный на классической автономной электростанции.

Типичный синхронный альтернатор мощностью 2,2 кВт. Сверху со снятой задней крышкой и демонтированным AVR, снизу вид сбоку с ориентировочными размерами

Как видно на фото, конструкция довольно громоздкая. Альтернатор сопоставим по размерам с применяемым двигателем внутреннего сгорания. При частоте выходного напряжения в 50 Гц и используемому принципу поддержания выходного напряжения на должном уровне уменьшить габариты альтернатора практически не возможно.

Читайте также:  Что называется остаточным напряжением

Характеристики напряжения в классическом электрогенераторе

Форма выходного напряжения классической автономной электростанции номинальной мощностью 2.2 кВт показана на трех осциллограммах ниже при мощностях нагрузки в 100 Вт, 900 Вт и 1700 Вт соответственно.

Нагрузка 100 Вт Нагрузка 900 Вт Нагрузка 1700 Вт

Форма выходного напряжения на выходе классической автономной электростанции номинальной мощностью 2.2 кВт

Нетрудно заметить, что форма напряжения отличается от «идеальной» синусоиды. Частотные спектры сигналов и значения коэффициента гармоник показаны ниже на графиках.

Нагрузка 100 Вт Нагрузка 900 Вт

Нагрузка 1700 Вт

При мощностях нагрузки 900 и 1700 Вт коэффициент гармоник превышает требования ГОСТа.

Далее показана зависимость выходного напряжения от величины нагрузки.

Зависимость выходного напряжения от величины нагрузки

Что интересно, при увеличении нагрузки выходное напряжение генератора даже немного повышается. Это особенности работы AVR. В целом значение выходного напряжения достаточно стабильно. Тут некоторую озабоченность вызывают кратковременные всплески напряжения в моменты подключения нагрузки. Особенно это заметно, если к ненагруженному генератору сразу подключить довольно мощную нагрузку. В данном случае в момент подключении к генератору нагрузки в 1700 Вт сразу наблюдается провал напряжения на 9-10 вольт, затем кратковременный подъем на 11-12 вольт. Это результат работы системы AVR и системы автоматического поддержания оборотов двигателя, которые имеют естественную инерционность и не могут мгновенно производить регулировку.

А вот так меняется частота выходного напряжения при подключении нагрузки разной мощности.

Зависимость частоты выходного напряжения от величины нагрузки

При работе электростанции без нагрузки или при малой нагрузке частота напряжения немного завышена относительно номинального значения (50 Гц), это сделано умышлено, так как при номинальной нагрузке обороты двигателя в любом случае упадут даже при задействованной автоматической регулировке оборотов. А для электрооборудования незначительное повышение частоты питающего напряжения менее вредно, чем ее понижение, в особенности для устройств с трансформаторным питанием. При снижении частоты у трансформаторов увеличивается ток холостого хода, а значит и нагрев.

Как бы то ни было, характеристики напряжения исследуемой классической электростанции вполне удовлетворяют требованиям ГОСТа, за исключением гармонических искажений выходного напряжения. Но для большинства оборудования это вполне допустимо.

Инверторная автономная электростанция

В инверторных электростанциях тоже используется синхронный генератор переменного тока. Но его конструкция отличается от тех, которые используются в классических электростанциях.

Какие же требования предъявляются к генератору переменного тока инверторной электростанции, чтобы получить напряжение с требуемыми характеристиками? А требования эти очень лояльные, так как формированием нужных характеристик выходного напряжения занимается инверторный преобразователь, а не альтернатор. В этом и кроется ключевое отличие инверторных электростанций от классических.

Самое интересное заключается в том, что становится не важно, какая частота напряжения будет на выходе альтернатора, так как напряжение будет преобразовано в постоянное, а у него частота как параметр отсутствует в принципе. Это дает возможность применения многополюсного генератора с внешним ротором, обмотки которого работают на повышенной частоте (примерно 400–600 Гц).

Отпадает необходимость в роторе с обмоткой для создания электромагнита. Блок AVR тоже становится лишним. Ведь уровень напряжения, необходимый для питания инвертора можно регулировать, изменяя обороты двигателя. Поэтому на роторе можно установить постоянные магниты. Все эти конструктивные особенности значительно уменьшают размеры и вес альтернатора.

Синхронный многополюсный альтернатор с внешним ротором на постоянных магнитах мощностью 1,25 кВт

Показанная на фото инверторная электростанция имеет в составе два многополюсных генератора переменного тока, которые установлены по обе стороны коленчатого вала. В результате параллельной работы двух альтернаторов номинальная мощность электростанции составляет 2,5 кВт.

А вот так выглядит типичный блок формирователя выходного напряжения, в составе которого установлен выпрямитель и, собственно, инвертор. Размеры данного блока 175х130х80 мм.

Характеристики напряжения инверторного электрогенератора

Форма выходного напряжения инверторной электростанции номинальной мощностью 2 кВт показана на трех осциллограммах ниже при мощностях нагрузки в 100 Вт, 900 Вт и 1700 Вт соответственно.

Форма выходного напряжения на выходе инверторной электростанции номинальной мощностью 2 кВт

Форма напряжения близка к «идеальной» синусоиде. Измерения коэффициента гармоник показали отличные результаты. Уровень искажений меньше, чем в бытовой электросети и в несколько раз меньше требований ГОСТа.

Нагрузка 100 Вт Нагрузка 900 Вт

Нагрузка 1700 Вт

Уровень гармоник выходного напряжения инверторной электростанции при разных величинах нагрузки

Далее показана зависимость выходного напряжения от подключаемой нагрузки.

Зависимость выходного напряжения от величины нагрузки

При увеличении нагрузки напряжение уменьшается, но незначительно. Наблюдаются провалы напряжения в моменты подключения нагрузки. Более всего это заметно при резком увеличении нагрузки с нуля. Такие провалы объясняются конкретными схемотехническими решениями при разработке инвертора и в разных реализациях могут отличаться по величине.

А вот если посмотреть на график частоты выходного напряжения от нагрузки, то увидим ровненькую горизонтальную линию. При этом нагрузка к генератору подключалась аналогично предыдущему графику. Такие стабильные параметры являются следствием того, что инверторный преобразователь имеет свой собственный задающий электронный генератор, и его частота никак не зависит от оборотов двигателя.

Параметры напряжения инверторной электростанции полностью удовлетворяют требованиям ГОСТа. Отличительной особенностью являются малые гармонические искажения выходного напряжения и высокая стабильность частоты.

В каждой бочке бывает ложка…

Нельзя не отметить одну особенность инвертора, которой пользуются производители, чтобы удешевить его конструкцию. Дело в том, что по определению инвертор — это устройство, которое преобразует постоянное напряжение в переменное. При этом речь не идет о форме этого переменного напряжения. Синусоидальную форму выходного напряжения чисто технически получить несколько сложнее, чем прямоугольную. В результате некоторые производители устанавливают на свои электростанции инверторы, которые вместо синуса дают прямоугольные импульсы частотой 50 Гц, при этом их ширина и амплитуда подобраны таким образом, что дают среднеквадратическое значение напряжения как раз в 220–230 В. Все это называют ступенчатой аппроксимацией синусоиды. Ниже показана форма выходного напряжения инверторной электростанции с выходным напряжением в виде как раз той самой ступенчатой аппроксимации.

Форма выходного напряжения инверторной электростанции со ступенчатой аппроксимацией синусоиды

Да, некоторое оборудование вполне сносно переваривает такую форму напряжения, но называть такую электростанцию универсальной для питания любого электрооборудования было бы опрометчиво. Сложно гарантировать стабильную и безотказную работу оборудования, подключенного к такому электрогенератору. Либо надо знать, что подключаемое оборудование допускает работу от напряжения такой формы.

К сожалению, производители зачастую умалчивают об этом параметре, но зато громко заявляют, если их изделие выдает «чистый» синус.

Что в итоге?

Основным преимуществом инверторных электростанций является малый вес и габариты. В среднем инверторная электростанция в 1,5-2 раза легче и меньше классической. Такие показатели удалось достичь благодаря применению многополюсного генератора переменного тока с внешним ротором на постоянных магнитах и работающего на повышенной частоте. А применяется такой генератор как раз из-за независимого формирователя выходного напряжения — инвертора. Ко всему прочему все эти технические решения увеличивают КПД электрогенератора, что уменьшает потребление горючего двигателем.

Что касается качества выходного напряжения, то тут неоспоримым преимуществом инвертора по сравнению с классической электростанцией является низкий уровень искажений формы выходного напряжения. На выходе практически идеальная синусоида (если, конечно, не попался инвертор с аппроксимацией). Тоже можно сказать и о стабильности частоты. Такие параметры позволяют использовать инверторную электростанцию для питания любого оборудования, не опасаясь негативных последствий.

Стабильность напряжения инверторной электростанции ничем не выделяется на фоне этого же параметра классического электрогенератора. И у того, и другого устройства этот параметр находится на должном уровне и зависит от применяемых решений при разработке и изготовлении AVR или инвертора.

Читайте также:  Схема блока повышения напряжения

Источник

Релейная защита и автоматизация систем электроснабжения. часть II (стр. 7 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8

Автоматизированные системы Автоматизация Электротехника Автоматизация проектов Автоматизм
Полный текст Вакансии Курсы Консультации

Чувствительность первой ступени проверяется:

а) при КЗ на шинах СН

б) при КЗ на шинах НН

3. Уставка срабатывания второй ступени отстраивается по (1.79) от максимального тока нагрузки автотрансформатора

4. Чувствительность второй ступени проверяется аналогично (1.80) при двухфазном КЗ в конце наиболее длинной линии

Вторая ступень дистанционной защиты обеспечивает дальнее резервирование линий стороны СН, смещение характеристики срабатывания в первый квадрант не требуется.

5. Выдержки времени второй ступени принимаются такими же, как и для МТЗ обратной последовательности.

2.4.6. Расчет максимальной токовой защиты от замыканий на землю

Защита от замыканий на землю для автотрансформаторов предусматривается [2, 3] на сторонах ВН и СН и выбирается по условиям согласования по току и времени с защитами от замыканий на землю отходящих линий на сторонах ВН и СН соответственно (п. 1.5.2). В рассматриваемом примере уставки защит не заданы, и расчет защит от замыканий на землю для автотрансформаторов не может быть выполнен.

Ориентировочные значения уставок срабатывания защит на стороне СН могут быть оценены на основании требуемых коэффициентов чувствительности при ближнем (КЗ на шинах СН) и дальнем (КЗ в конце наиболее длинной линии, каскад) резервировании при параллельной работе автотрансформаторов на стороне СН:

Поскольку питание подстанции одностороннее, защита, от замыканий на землю на стороне ВН может быть использована для резервирования замыканий на землю в автотрансформаторах и должна быть согласована по току и времени с земляными защитами стороны СН автотрансформатора с учетом снижения токов нулевой последовательности на стороне ВН за счет действия обмоток НН автотрансформатора.

Глава 3. Релейная защита генераторов

3.1. Классификация защит генераторов

В зависимости от ответственности и последовательности действия защит генераторов их разделяют на основные, резервные и действующие на сигнал [1–3].

Основные защиты обеспечивают первоочередное отключение при повреждении на защищаемой части объекта или при режимах, которые могут привести к разрушению оборудования. Основные защиты действуют, как правило, без выдержки времени.

Резервные защиты действуют при отказе основных защит, реагируют на внешние КЗ и работают с выдержкой времени, определяемой условиями избирательности. Резервные защиты действуют при отказах выключателей или защит смежных участков (дальнее резервирование). Кроме того на электрических станциях и крупных подстанциях обязательно применение уровней отказов выключателей (УРОВ), осуществляющих ближнее резервирование отказов выключателей.

Защиты, действующие на сигнал, информируют оперативный персонал об отклонениях в работе оборудования от нормальных режимов.

Защиты генераторов выполняются на базе комплексов релейной защиты, чаще в электромеханическом исполнении. Находят пока ограниченное применение микроэлектронные, а также микропроцес­сорные защиты генераторов.

В электроэнергетике России используются серийные реле и комплектные устройства защиты основного оборудования электрических станций и подстанций:

реле тока типа РТ‑40/Р для применения в схемах УРОВ;

реле тока типа РТ‑40/Ф со встроенным фильтром основной частоты для защита генераторов;

реле тока типа РТЗ‑51 для применения в схемах защит от замыканий на землю синхронных генераторов, мощных электродвигателей;

реле тока обратной последовательности типов РТФ‑8 и РТФ‑9 (взамен РТФ‑7) для защиты генераторов и трансформаторов при не­симметричных КЗ и перегрузке токами обратной последовательности;

реле дифференциальные типов РНТ‑565, РНТ‑566 с промежу­точным насыщающимся трансформатором для дифференциальных защит генераторов, трансформаторов и мощных электродвигателей;

реле дифференциальные типа РНТ‑567 с промежуточным насы­щающимся трансформатором для дифференциальных защит сбор­ных шин и ошиновок;

реле дифференциальные типа ДЗТ‑11 с промежуточным насы­щающимся трансформатором с магнитным торможением для диф­ференциальных защит генераторов, трансформаторов, мощных электродвигателей;

реле напряжения типов РН‑53(153) и РН‑54(154) для использова­ния в качестве измерительных органов, реагирующих на повышение (РН‑53) и понижение (РН‑54) напряжения;

реле напряжения типа РНН‑57 со встроенным фильтром основ­ной частоты для применения в схемах защит генераторов;

реле напряжения обратной последовательности типа РНФ‑1М;

блок-реле типа КИВ‑500Р входящее в состав устройства контроля состояния изоляции высоковольтных вводов напряжением 500 кВ;

блоки электрические типов БЭ 1101, БЭ 1102, БЭ 1103 для ис­пользования в защитах генераторов энергоблоков:

БЭ 1101 – для защиты генераторов при несимметричных КЗ и перегрузок токами обратной последовательности (взамен РТФ‑6М);

Получить полный текст Подготовиться к ЕГЭ Найти работу Пройти курс Упражнения и тренировки для детей

БЭ 1102 – для защиты ротора генератора от перегрузки током возбуждения;

БЭ 1103 – для защиты генератора от симметричных пере­грузок обмотки статора;

блоки электрические типов БЭ 1104, БЭ 1105 для защиты цепей возбуждения генераторов и синхронных компенсаторов от замыкания на землю в одной точке;

БЭ 1104 – блок контроля сопротивления изоляции;

БЭ 1105 – блок частотного фильтра;

дифференциальные комплекты типов ДЗТ‑21, ДЗТ‑23 для за­щиты силовых трансформаторов и автотрансформаторов;

блок типа БРЭ 1301 для защиты генераторов от замыкания на землю в обмотке статоров генераторов энергоблоков, при этом:

блок исполнения БРЭ 1301.01 (ЗЗГ‑11) предназначен для энергоблоков, в нейтрали обмотки статора которых уста­новлен трансформатор напряжения или дугогасящий ре­актор;

блок исполнения БРЭ 1301.02 (ЗЗГ‑12) предназначенный для энергоблоков с изолированной нейтралью;

блоки реле сопротивления типа БРЭ 2801 для использования в качестве пусковых или измерительных дистанционных органов в за­щитах генераторов при междуфазных КЗ и асинхронном ходе;

панель дистанционной защиты типа ПЭ 2105 для применения в качестве резервной защиты трансформаторов;

реле токовые РСТ 15 для использования в дифференциальных защитах генераторов и трансформаторов небольшой мощности и электродвигателей.

3.2. Виды защит генераторов

1. Основные защиты. Эти защиты реагируют на все виды повреждений генератора и действуют на отключение выключателя и автомата гашения поля (АГП). К основным защитам относятся:

а) продольная дифференциальная токовая защита от междуфазных замыканий в обмотке статора;

б) максимальная токовая защита (МТЗ) нулевой последователь­ности от замыканий на землю в обмотке статора;

в) односистемная поперечная дифференциальная токовая защита от замыканий между витками одной фазы;

г) защита от замыканий на землю в цепях возбуждения генера­тора;

д) защита ротора от перегрузки;

е) защита от повышения напряжения;

ж) защита от асинхронного хода.

2. Резервные защиты. Эти защиты резервируют основные за­щиты генератора и реагируют на внешние КЗ, действуя на отключе­ние с двумя выдержками времени: с первой выдержкой времени от­ключается выключатель, со второй — вводится АГП. Резервные за­щиты имеют несколько вариантов исполнения. Наиболее часто ре­зервные защиты выполняются по одному из двух вариантов:

а) МТЗ с комбинированным пуском по напряжению для генерато­ров мощностью до 30 МВт;

б) МТЗ обратной последовательности с приставкой для действия при симметричных КЗ для генераторов мощностью 30 МВт и более.

3. Защиты, действующие на сигнал. К этим защитам относятся:

а) МТЗ от перегрузки токами обратной последовательности;

б) МТЗ от симметричной перегрузки.

Глава 4. Соотношения, используемые при расчетах релейной защиты генераторов

4.1. Продольная дифференциальная токовая защита от междуфазных повреждений в обмотке статора

4.1.1. Основные условия выбора типов защит

Эти условия определяют расчетные режимы и требования, предъявляемые к защите в зависимости от параметров генераторов.

Для выбора тока срабатывания защиты по условиям отстройки от тока небаланса при внешних КЗ рассматривается трехфазное КЗ на шинах генераторного напряжения. Чувствительность зашиты прове­ряется при двухфазном КЗ на выводах генератора в режиме его оп­робования.

Читайте также:  Цифровое реле контроля напряжения digitop

Ток срабатывания защиты согласуется с номинальным током ге­нератора в зависимости от его мощности.

При мощности генератора до 50 МВт на практике [3] использу­ется схема дифференциальной защиты с применением токового реле РТ‑40 и добавочного сопротивления 10 Ом в дифференциальной цепи защиты. При новых проектных решениях рекомендуется реле типа РНТ‑560.

При мощности генератора до 100 МВт используются дифферен­циальные реле типа РНТ‑560, рекомендуется для повышения чувст­вительности зашиты принимать уставку срабатывания от 0,5 до 0,6 номинального тока генератора . Для исключе­ния ложного срабатывания защиты при обрыве в ее токовых цепях (если это возможно в особых условиях эксплуатации и при обеспече­нии необходимой чувствительности) ток срабатывания может быть увеличен до .

Для генераторов с форсированным охлаждением мощностью свыше 100 МВт рекомендуется снижать ток срабатывания защиты до . С этой целью в схеме дифференциальной защиты исполь­зуется реле с магнитным торможением типа ДЗТ‑11.

Включение тормозной обмотки целесообразно производить со стороны выключателя генератора.

4.1.2. Расчет уставок срабатывания защиты и реле

Расчет уставок срабатывания защиты целесообразно выполнять в именованных единицах, приведенных к той ступени напряжения, для которой выполнялись расчеты токов короткого замыкания.

1. Ток срабатывания защиты выбирается по двум расчетным ус­ловиям:

а) отстройка от тока небаланса дифференциальной защиты, воз­никающего при внешних КЗ:

Получить полный текст Подготовиться к ЕГЭ Найти работу Пройти курс Упражнения и тренировки для детей

где – коэффициент запаса по избирательности для реле РНТ‑560; – коэффициент, учитывающий влияние апериодической составляющей при переходном процессе КЗ, для реле РНТ‑560 и ДЗТ‑11; – коэффициент однотипности транс­форматоров тока (ТТ), принимаемый для однотипных ТТ равным 0,5 и для разнотипных – 1,0; – относительная наибольшая полная погрешность ТТ, соответствующая току намагничивания в устано­вившемся режиме КЗ;

ток генератора при внешнем трехфазном КЗ может быть опреде­лен по выражению

где – сверхпереходное сопротивление генератора, приве­денное к расчетному напряжению .

где – сверхпереходное сопротивление генератора мощностью Pr;

б) согласование с номинальным током генератора

где – коэффициент согласования, выбирается в соответствии с рекомендациями п. 2.1.1 из основных условий выбора защиты; – номинальный ток генератора, приведенный к расчетному напряжению .

Ток срабатывания защиты выбирается по большему из значений, найденных по выражениям (4.1) и (4.3). Для генераторов мощностью свыше 100 МВт ток срабатывания защиты принимается по условию «1б» , а отстройка от условия «1а» обеспечива­ется соответствующим выбором числа витков тормозной обмотки реле ДЗТ‑11.

2. Ток срабатывания реле определяется по найденному току сра­батывания защиты:

где Uг. ном – номинальное напряжение генератора; – коэффи­циент трансформации ТТ генератора, выбирается по номинальному току генератора.

3. Для реле типов РНТ‑560 и ДЗТ‑11 расчетное число витков ра­бочей обмотки

где А – магнитодвижущая сила (МДС) срабатывания реле РНТ‑560 и ДЗТ‑11 (при отсутствии торможения). Если расчетное число витков оказывается дробным, то к установке на реле принима­ется ближайшее меньшее целое значение , а затем последова­тельно по уравнениям (2.6) и (2.5) уточняется ток срабатывания реле и ток срабатывания защиты. Практически при использовании реле ДЗТ‑11/5 число витков рабочей обмотки принимается наибольшим и равным 144.

4. При использовании реле ДЗТ‑11 число витков тормозной об­мотки принимается по выражению:

где – коэффициент запаса по избирательности реле ДЗТ; – тангенс угла наклона к оси абсцисс касательной к рас­четной по избирательности тормозной характеристике реле ДЗТ‑11 (при А). Если число витков тормозной обмотки оказывается дробным, то принимается ближайшее большее целое число витков.

5. Чувствительность защиты может быть определена как по пер­вичным токам при КЗ на выводах генератора:

так и по вторичным токам в реле

где определяется по значению в соответствии с выражением (4.5).

4.2. Поперечная дифференциальная токовая защита

Односистемная поперечная дифференциальная защита применяется при выполнении обмотки статора генератора в виде двойной звезды и действует при межвитковых замыканиях в обмотке статора. Трансформаторы тока защиты устанавливаются в цепи, соединяющей нейтрали звезд. К вторичной обмотке ТТ подключается токовое реле типа РТ‑40/Ф, отстроенное от токов третьих и высших гармоник.

Ток срабатывания защиты выбирается из условия отстройки от тока небаланса, обусловленного неравенством ЭДС параллельных ветвей и искажением формы кривой фазных ЭДС генератора. Нали­чие фильтра в реле позволяет выбирать ток срабатывания защиты по формуле:

Учитывая отсутствие тока в нейтрали, в нормальном режиме ко­эффициент трансформации ТТ выбирается по условию

Чувствительность защиты зависит от числа замкнувшихся витков и при выборе уставок не оценивается. Защита действует на отключение генератора без выдержки времени.

4.3. Защита от замыканий на землю в обмотке статора

4.3.1. Особенности выполнения защиты

Эти защиты выполняются на основе применения трансформаторов тока нулевой последовательности шинного (ТНПШ) или кабельного типов. У ТНПШ применяется подмагничивание сердечника переменным током для повышения чувствительности. Схема защиты (рис. 4.1) содержит трансформатор тока ТА1 типа ТНПШ, в токовую цепь которого включены реле КАТ и KAZ. Реле КАТ типа РНТ‑560 действует без выдержки времени при двойных замыканиях на землю. Реле KAZ типа РТЗ‑51 действует с выдержкой времени при замыканиях на землю и блокируется с помощью реле КА при междуфазных КЗ.

Так как магнитопровод ТНПШ охватывает все три шины генератора, его длина во много раз превышает длину магнитопровода обычного ТТ. Это приводит к увеличению тока намагничивания, сни­жению в несколько раз параллельного сопротивления ветви намагни­чивания и в целом к увеличению погрешности трансформатора тока. Поэтому соотношение между первичным и вторичным , токами ТНПШ обусловлено не только коэффициентом трансформации по виткам первичной и вторичной обмоток при , но и с учетом отсоса тока в ветвь намагничивания ,

Для ТНПШ различных типов Ом, витков. Кроме того, у ТНПШ во вторичной цепи появляются дополнительные составляющие тока небаланса, обусловленные неполной компенсацией ЭДС от обмоток подмагничивания и ЭДС , возникающей из-за несимметричного расположения фазных шин в окне ТНПШ. Первая ЭДС определяется конструктивным выполнением и для ТНПШ различных типов может быть принята В. Вторая ЭДС небаланса зависит от конструкции и первичного тока. Для ТНПШ типов 1, 2, 3, 3у с номинальными токами 1,75; 3,0; 4,5 и 7,5 кА ЭДС составляет соответственно 0,06; 0,085; 0,1; 0,15В.

4.3.2. Расчет уставок срабатывания защиты и реле

Выбор параметров срабатывания защиты не связан с расчетом токов короткого замыкания, и поэтому расчет уставок выполняется для номинальных параметров генератора по первичным и вторичным цепям.

1. Ток срабатывания блокирующего реле КА отстраивается от номинального тока генератора

где – коэффициент запаса по избирательности; – коэффициент возврата реле.

2. Ток небаланса, приведенный ко вторичной цепи, опреде­ляется с учетом схем замещения (рис. 2.1, б, в):

где – кратность тока срабатывания блокирующего реле по отношению к номинальному току ТНПШ.

Для уменьшения тока небаланса в режиме отсутствия намагничивания (обрыв проводов), когда , во вторичную цепь включено дополнительное сопротивление R для того, чтобы . При использовании реле РНТ‑565 и РТЗ‑51 их суммарное активное сопротивление около 1 Ом, а R = 9 Ом.

3. Ток небаланса, приведенный к первичной цепи, находится в соответствии с уравнением (4.9)

4. Емкостный ток генератора в установившемся режиме при замыкании одной фазы сети на землю

где – емкость обмотки статора по отношению к земле, Ф; – в вольтах.

В (4.13) значение и , для некоторых типов турбогенерато­ров приведены в табл. 4.1.

Утроенная ёмкость обмотки статора, мкф/фазу

Источник