Защита генератора

Материал из Руководство по устройству электроустановок

Перейти к: навигация , поиск
Общие правила проектирования электроустановок
Подключение к распределительной сети высокого напряжения
Подключение к низковольтной распределительной сети
Руководство по выбору архитектуры сети высокого и низкого напряжения
Распределение в системах низкого напряжения
Защита от поражения электрическим током
Выбор сечения и защита проводников
Низковольтная распределительная аппаратура
Защита от перенапряжений в низковольтных сетях
Энергоэффективность в электрических сетях
Компенсация реактивной мощности и фильтрация гармоник
Управление гармониками
Особые источники питания и нагрузки
Электроустановки жилых помещений и коттеджей
Электромагнитная совместимость (ЭМС)

Содержание


Рис. N2 показывает электротехнические параметры генераторной установки. Pn, Un и In – мощность двигателя генератора, номинальное напряжение и номинальный ток генератора, соответственно.


Рис N02.jpg


Рис. N2 : Блок-схема генераторной установки


Защита от перегрузки

Должна анализироваться кривая допустимой перегрузки генератора (рис. N3).
Нормы и требования области применения могут также обуславливать конкретный режим перегрузки.

Например:

I/In t
1,1 > 1 ч
1,5 12 c

Уставки устройств защиты от перегрузки (или длительной выдержки времени) должны соответствовать этим требованиям.


Рис N03.jpg



Рис. N3 : Пример кривой допустимой перегрузки t = f (I/In)


Примечание по перегрузкам

  • По экономическим соображениям двигатель резервной установки должен быть точно рассчитан на номинальную мощность. При перегрузке по активной мощности дизельный двигатель будет глохнуть. Необходимо учитывать баланс по активной мощности.
  • Установка должна быть рассчитана на следующие режимы перегрузки:

  -  одночасовая перегрузка;
  -  одночасовая перегрузка 10% каждые 12 часов (рабочий режим).


Защита от тока короткого замыкания

Расчет тока короткого замыкания

Ток короткого замыкания есть сумма:

  • апериодической составляющей тока;
  • затухающего синусоидального тока.

Уравнение тока короткого замыкания показывает, что он рассчитывается в соответствии с тремя стадиями (см. рис. N4).



Рис N04.jpg



Рис. N4 : Уровень тока короткого замыкания в течение 3 стадий


  • Сверхпереходная стадия

При возникновении короткого замыкания на зажимах генератора ток сначала имеет относительно высокий уровень около 6-12 In в течение первого цикла (10-20 мс).

Амплитуда тока короткого замыкания определяется тремя параметрами:
  -  сверхпереходное реактивное сопротивление генератора;
  -  уровень возбуждения перед повреждением;
  -  полное сопротивление поврежденной цепи.

Учитываемое полное сопротивление короткого замыкания генератора является сверхпереходным реактивным сопротивлением х”d, выражаемым как % от Uo (напряжение между фазой и нейтралью) (по x”d изготовителя). Типовое значение – 10-15%.

Мы определяем сверхпереходное полное сопротивление короткого замыкания генератора следующим образом:


 x^{\ ''}d\   (Ом)    = \frac {U^{\ 2}_n\  x^{\ ''}d}{100\ S}\ ,


где


S = \sqrt3\, Un\, In


  • Переходная стадия

Переходная стадия происходит через 100-500 мс после короткого замыкания. Начиная со значения тока короткого замыкания сверхпереходного периода,
ток уменьшается до значения 1,5-2 In.
Учитываемое полное сопротивление короткого замыкания для этого периода является переходным реактивным сопротивлением,выражаемым как % от Uo (по x’d изготовителя). Типовое значение – 20-30%.

  • Установившаяся стадия

Она возникает через 500 мс.
При устойчивом повреждении выходное напряжение установки падает, и система регулирования возбуждения пытается повысить выходное напряжение. Результатом является стабилизированный установившийся ток короткого замыкания:
  -  Если возбуждение генератора не повышается в течение короткого замыкания (нет перевозбуждения), но поддерживается на уровне перед коротким замыканием, ток стабилизируется на значении, определяемом синхронным реактивным сопротивлением Xd генератора. Типовое значение xd выше 200%. Как следствие, конечный ток меньше номинального тока генератора (как правило, около 0,5 In).
  -  Если в системе регулирования возбуждения предусмотрена форсировка поля возбуждения, или если система выполнена по, так называемой, параллельно последовательной схеме, то подъем напряжения возбуждения приводит к увеличению длительности переходного процесса (10 С). Ток КЗ, как правило, в 2-3 раза превышает номинальный ток генератора.

Расчет тока короткого замыкания

Как правило, изготовители указывают значения полного сопротивления и постоянные времени затухания, требуемые для анализа работы в переходном или установившемся режиме (см. рис. N5).

(кВА) 75 200 400 800 1600 2500
x”d   10,5 10,4 12,9 10,5 18,8 19,1
x’d   21 15,6 19,4 18 33,8 30,2
xd 280 291 358 280 404 292


Рис. N5 : Пример таблицы полного сопротивления (в %)


Активные сопротивления всегда пренебрежимо малы в сравнении с реактивными сопротивлениями. Параметры анализа тока короткого замыкания:

  • Значение тока короткого замыкания на зажимах генератора

Величина тока короткого замыкания в переходном режиме:


Isc3=\frac{Un}{X^'d}\frac{1}{\sqrt 3}   (X’d, Ом)


или


Isc3=\frac{In}{x^'d}\ 100\   (x’d в %),


где Un – линейное напряжение генератора

Примечание: данное значение может быть сопоставлено с током короткого замыкания на зажимах трансформатора. Таким образом, при одной и той же мощности ток при коротком замыкании вблизи от генератора в 5-6 раз меньше, чем токи, которые могут возникать при питании от трансформатора.

Значимость такой разницы увеличивается, учитывая тот факт, что мощность генераторной установки, как правило, меньше мощности трансформатора (см. рис. N6).



Рис N06.jpg



Рис. N6 : Пример распределительного щита приоритетных нагрузок с питанием (при аварии) от резервной генераторной установки


При питании низковольтной цепи от основного источника 1 (2000 кВА) ток короткого замыкания составляет 42 кА на главной шине низковольтного щита. При питании низковольтной сети от резервного источника 2 (500 кВА) с переходным реактивным сопротивлением 30%, ток короткого замыкания составляет ≈ 2,5 кА (т.е. в 16 раз слабее, чем при основном источнике).