Примеры защиты электропитания
По мере того, как процессы и установки промышленных операций стали более сложными и обширными, потребность в повышении надежности электроснабжения также увеличилась.
Защита и управление промышленными системами питания (схемы и настройки реле) - на фото Реле защиты MiCOM
Потенциальные затраты времени отключения после сбоя в электроснабжении завода также резко возросли. Необходимо уделять пристальное внимание защите и контролю промышленных систем электроснабжения. Многие из методов, которые были разработаны для систем электропитания EHV, могут применяться и для систем с более низким напряжением, но обычно в уменьшенном масштабе.
Однако промышленные системы имеют множество особых проблем, которые гарантировали индивидуальное внимание и разработку конкретных решений.
На многих промышленных предприятиях установлено собственное поколение. Иногда это только для аварийного использования, подача ограниченного количества сборных шин и с ограниченной пропускной способностью. Эта схема часто используется для обеспечения безопасного отключения технологического оборудования и безопасности персонала.
На других заводах характер процесса позволяет производить значительное количество электроэнергии, что, возможно, позволяет экспортировать любой излишек в систему общественного питания - либо на уровне субпередачи, либо на уровне распределения. Растения, запускающие генерацию параллельно с распределительной сетью общественного питания, часто называются когенерацией или встроенным генератором.
В этой технической статье рассматриваются следующие примеры защиты и контроля промышленных систем электроснабжения:
- Согласование предохранителей
-
Маркировка предохранителей / MCCB / реле максимального тока
- Определение установки тока реле
- Характеристика реле и выбор временного множителя
-
Защита двухфазной подстанции
- Общие Соображения
- Настройки реле защиты двигателя
- Настройки реле B
- Настройки реле C
- Комментарии к оценке
1. Согласование предохранителей
Пример применения предохранителей основан на схеме на рисунке 1 (а). Это показывает неудовлетворительную схему с обычно встречающимися недостатками.
Можно видеть, что предохранители B, C и D будут отличаться от предохранителя A, но предохранитель подкодера 400A E может не различаться, с предохранителем поддиапазона D 500A на более высоких уровнях тока повреждения.
Рисунок 1 (a) - Защита предохранителей: влияние макета на дискриминацию - неправильная компоновка, порождающая проблемы дискриминации
Решение, показанное на рисунке 1 (b), состоит в том, чтобы подавать схему 400A E непосредственно с шин. Подзарядка плавкого предохранителя D теперь может быть снижена с 500A до значения, например 100A, соответствующего оставшейся подсхеме.
Эта схема теперь обеспечивает дискриминационную схему распределения предохранителей, удовлетворительную для промышленной системы.
Рисунок 1 (b) - Защита предохранителей: влияние макета на дискриминацию - Неправильная компоновка и дискриминация
Однако существуют промышленные применения, где дискриминация является второстепенным фактором. В заявке, показанной на фиг. 2, контактор, имеющий оценку отказа 20 кА, управляет нагрузкой в одной подсхеме.
Для малого предохранителя в цепи контактора выбирается номинал предохранителя 630A, чтобы обеспечить защиту в пределах сквозной емкости контактора.
Рисунок 2 - Пример резервной защиты
Выбирается основной предохранитель 800А, так как минимальный рейтинг больше, чем общий ток нагрузки на коммутаторе. Дискриминация между двумя предохранителями не получена, так как предварительная дуга I2t предохранителя 800A меньше, чем общий I2t предохранителя 630A.
Поэтому основной предохранитель будет дуть так же, как и второстепенный, для большинства неисправностей, так что все остальные нагрузки, питаемые от коммутатора, будут потеряны.
В некоторых случаях это может быть приемлемым. В большинстве случаев, однако, потеря полного коммутатора для отказа в одной исходящей цепи не будет приемлемой, и дизайн придется пересмотреть.
Вернуться к содержанию ↑
2. Сортировка предохранителей / MCCB / реле максимального тока
Пример приложения, включающего автоматический выключатель с литым корпусом, предохранитель и реле защиты, показан на рисунке 3.
Трансформатор 1MVA 3.3kV / 400V питает плату LV через автоматический выключатель, который оснащен цифровым реле Alstom MiCOM P14x с диапазоном настройки 8-400% от номинального тока и питается от 2000 / 1A CT.
Рисунок 3 - Схема сети для примера координации защиты - предохранитель / MCCB / реле
Дискриминация требуется между реле и предохранителем, и MCCB до уровня сбоя 40 кА на плате. Начнем с того, что характеристики времени и тока как предохранителя 400A, так и MCCB показаны на рисунке 18.19.
2а. Определение установки тока реле
Выбранная величина тока реле не должна быть меньше уровня тока полной нагрузки и должна иметь достаточный запас, чтобы позволить реле сбрасываться с полным током нагрузки.
Последнее можно определить по номиналу трансформатора:
При коэффициенте CT 2000 / 1A и коэффициенте сброса реле 95% от номинального значения тока настройка тока не менее 80% была бы удовлетворительной, чтобы избежать отключения и / или отказа от сбрасывания с трансформатором, несущим полный ток нагрузки, Однако выбор значения в нижнем конце этого диапазона настройки тока приведет к изменению характеристики реле в соответствии с характеристикой MCCB, и дискриминация может быть потеряна при низких токах повреждения.
Поэтому разумно сначала выбрать значение тока реле 100%.
Вернуться к содержанию ↑
2b. Характеристика реле и выбор временного множителя
Для реле выбрана характеристика EI, чтобы обеспечить различие с предохранителем.
Из рисунка 4 видно, что при уровне отказов 40 кА плавкий предохранитель будет работать менее чем на 0, 01 с, а MCCB работает примерно в 0, 014 с. Используя фиксированный коэффициент сортировки 0, 4 с, требуемое время работы реле составляет 0, 4 + 0, 014 = 0, 414 с.
При коэффициенте CT 2000 / 1A, настройке тока реле 100% и настройке TMS реле (Time Multiplier Setting) 1.0, чрезвычайно обратная кривая дает время работы реле 0, 2 с при токе повреждения 40 кА. Это слишком быстро, чтобы обеспечить адекватную дискриминацию и указывает на то, что кривая EI слишком сложна для этого приложения. Обращаясь к характеристике реле VI, время срабатывания реле составляет 0, 71 с при TMS 1, 0.
Чтобы получить требуемое время работы реле 0, 414s:
Установка ТМС = 0, 414 / 0, 71 = 0, 583
Используйте TMS 0, 6, ближайшую доступную настройку.
Использование другой формы обратной характеристики времени позволяет также проверять дискриминацию на нижних токовых уровнях также на этом этапе. При токе повреждения 4kA реле будет работать в 8.1s, что не дает дискриминации в MCCB. Требуется время работы реле в 8.3 с.
Чтобы преодолеть это, характеристику реле необходимо отодвинуть от характеристики MCCB, что может быть достигнуто с использованием TMS 0, 625. Пересмотренная характеристика реле также показана на рисунке 4.
Рисунок 4 - Кривые оценки для примера Fuse / MCCB / реле
Вернуться к содержанию ↑
3. Защита двухфазной подстанции
В качестве примера того, как цифровые редукторы могут использоваться в промышленной системе, рассмотрим типичную крупную промышленную подстанцию, показанную на рисунке 5 ниже. Два трансформатора 1.6MVA, 11 / 0.4kV, питающие шину, чей шинный отсек CB нормально разомкнут.
Система LV прочно заземлена. Самый большой выходной фидер - двигатель мощностью 160 кВт, 193 кВА и пусковой ток 7 х FLC.
Рисунок 5 - Пример сортировки реле для распределителя с двойным питанием
Импеданс трансформатора соответствует стандартам IEC. Распределительное устройство низкого напряжения и сборные шины имеют номинальное напряжение 50 кА. Для упрощения анализа рассматривается только защита от перегрузки по фазе.
Вернуться к содержанию ↑
3a. Общие Соображения
Анализ многих подстанций, сконфигурированных так, как показано на рисунке 5 выше, показывает, что максимальный уровень отказа и ток нагрузки питателя получены при отключенном автоматическом выключателе шины и один из подающих CB. Это применяется до тех пор, пока коммутатор имеет значительную нагрузку на двигатель.
Вклад нагрузки двигателя на уровень неисправности на распределительном щите обычно больше, чем у одного подающего трансформатора, поскольку трансформатор ограничивает количество тока повреждения, подаваемого с первичной стороны.
Предполагается, что уровень напряжения трехфазного разрыва на коммутаторе в этих условиях составляет 40 кА.
Реле C 1 и C 2 не требуют наличия направленных характеристик (подробнее об этом см. Ниже), поскольку все три автоматических выключателя мгновенно закрываются при переходе от одного подающего трансформатора к двум конфигурациям подающих трансформаторов.
Эта передача обычно является автоматизированной последовательностью, и вероятность ошибки, возникающей в течение короткого периода (порядка 1 с), когда все три ЦБ закрыты, воспринимается как пренебрежимо малая. Аналогичным образом, хотя эта конфигурация дает наибольший уровень сбоя на коммутаторе, она не учитывается ни с точки зрения сбоя коммутационной панели, ни с точки зрения защиты.
Предполагается, что используются современные числовые реле. Для простоты используется фиксированный маргинальный градиент 0, 3 с.
Применение направленных реле
Если непараллельные ненаправленные реле применяются к параллельным фидерам, имеющим один источник генерации, любые сбои, которые могут возникнуть на любой одной линии, независимо от используемых настроек реле изолируют обе линии и полностью отключают источник питания.
При таком типе конфигурации системы необходимо применять направленные реле на приемном конце и оценивать их с ненаправленными реле на отправляющем конце, чтобы обеспечить правильную дискриминационную работу реле во время сбоев линии.
Это делается путем установки направленных реле R ' 1 и R' 2 на рисунке 6 с их направленными элементами, которые смотрят на защищенную линию и дают им более низкие значения времени и тока, чем реле R1 и R2.
Обычная практика заключается в том, чтобы установить реле R ' 1 и R' 2 на 50% от нормальной полной нагрузки защищаемой цепи и 0, 1 TMS, но необходимо принять меры к тому, чтобы непрерывная тепловая мощность реле с двух номинальным током не превышено.
Рисунок 6 - Направленные реле, применяемые к параллельным фидерам
Вернуться к содержанию ↑
3b. Настройки реле защиты двигателя
Исходя из приведенных характеристик двигателя, настройки реле максимального тока (реле A) можно найти, используя следующие рекомендации:
Термоэлемент
- Текущая настройка: 300A
- Постоянная времени: 20 минут
Мгновенный элемент
Текущая настройка: 2.32kA
Это единственные настройки, относящиеся к восходящим реле.
Вернуться к содержанию ↑
3в. Настройки реле B
Настройки реле B производятся от учета уровней нагрузки и неисправности с помощью выключателя шины между шинами A 1 и A 2. Информация о разрыве нагрузки между двумя сборными шинами отсутствует, но при отсутствии окончательной информации можно предположить, что каждая сборная шина способна обеспечить общую нагрузку 1, 6 МВВА.
При фиксированных трансформаторах крана напряжение шины может упасть до 95% от номинала в этих условиях, что приведет к току нагрузки 2430А.
Токовая настройка IDMT должна быть больше, чем это, чтобы избежать работы реле при нормальных токах нагрузки и (в идеале) с суммарными пусковыми / повторными токами ускорения.
Если бы вся нагрузка на сборную шину была нагрузка на двигатель, суммарный пусковой ток превышал бы 13 кА, но текущая установка этого порядка была бы чрезмерно высокой и приводила бы к проблемам с сортировкой дальше вверх по течению.
Маловероятно, что вся нагрузка представляет собой нагрузку на двигатель (хотя это действительно происходит, особенно когда напряжение питания 690 В выбрано для двигателей - все более распространенная практика) или что все двигатели запускаются одновременно (но может происходить одновременное повторное ускорение), Очень важно, чтобы реле B не выдавало команду отключения в этих условиях, т. Е. Характеристика тока / времени реле превышает текущую / временную характеристику наихудшего условия запуска / повторного ускорения.
Поэтому предполагается, что 50% общей нагрузки на шину является нагрузкой двигателя, при этом средний пусковой ток составляет 600% от тока полной нагрузки (= 6930 А), а повторное ускорение занимает 3 с.
Поэтому первоначально используется значение 3000A.
Характеристика SI используется для классификации реле, поскольку координация с предохранителями не требуется. TMS должен быть установлен в соответствии с тепловой защитой реле A в условиях «холода», так как это дает наибольшее время работы реле A и условия повторного ускорения. Обнаружено, что значение TMS 0, 41 обеспечивает удовлетворительную градуировку, определяемую переходным процессом пуска / повторного ускорения двигателя. В зависимости от условий повторного ускорения может потребоваться настройка как текущих, так и TMS-настроек.
Обратите внимание, что настройки нижнего тока и TMS могут использоваться, если нет необходимости рассматривать запуск двигателя / повторное ускорение.
Установленная настройка должна быть выше тока полной нагрузки и тока переключения пуска / повторного ускорения двигателя, но меньше, чем ток повреждения на подходящий запас.
Первоначально выбирается настройка 12, 5 кА. Временная задержка 0, 3 с должна использоваться для обеспечения оценки с реле А при высоких уровнях тока повреждения. Оба реле A и B могут видеть ток, превышающий 25 кА, для сбоев на стороне кабеля CB, питающей двигатель мощностью 160 кВт.
Кривые реле показаны на рисунке 6 ниже:
Рисунок 6 - Сортировка реле A и B
Вернуться к содержанию ↑
3d. Настройки реле C
Настройка элемента IDMT реле C 1 и C 2 должна быть подходящей для защиты шины при градуировке с помощью реле B. Условие ограничения оценивается с помощью реле B, поскольку это дает наибольшее время работы реле C.
Текущая настройка должна быть выше, чем для реле B для достижения полной координации, и подходит значение 3250A. Настройка TMS с использованием характеристики SI выбирается так, чтобы она соответствовала значению реле B при токе 12, 5 кА (мгновенная настройка реле B) и оказалась равной 0, 45.
Элемент с высоким уровнем должен соответствовать классу реле B, поэтому требуется временная задержка 0, 62 сек. Текущая настройка должна быть выше, чем у реле B, поэтому используйте значение 15kA.
Окончательные кривые оценки и настройки реле показаны на рисунке 7.
Рисунок 7 - Окончательные кривые оценки реле
Вернуться к содержанию ↑
3е. Комментарии к оценке
Хотя приведенная выше оценка может показаться удовлетворительной, защита на первичной стороне трансформатора не рассматривается.
Защита IDMT в этот момент должна оцениваться с реле C и с кратковременными выдерживаемыми кривыми трансформации и кабелями. Это может привести к чрезмерно длительному времени работы. Даже если время работы на уровне 11 кВ удовлетворительное, возможно, потребуется утилизационная подача, которая будет включать в себя еще один набор реле и еще один этап оценки времени, а время устранения сбоев при подаче Utility будет почти наверняка чрезмерным, Одно из решений заключается в том, чтобы принять полную потерю подачи на шину 0, 4 кВ в условиях замкнутого замкнутого отсека CB и шины.
Это достигается установкой реле C таким образом, чтобы градуировка с реле B не происходила на всех уровнях тока или не пропускала реле B из схемы защиты. Аргументом для этого является то, что политика сетевой политики заключается в том, чтобы обеспечить отсутствие питания для обоих разделов коммутатора для отдельных непредвиденных ситуаций.
Поскольку работа с одиночной подачей не является нормальной, аварийная ситуация (как неисправность, так и техническое обслуживание) уже произошла, так что дополнительная неисправность, вызывающая полную потерю питания распределительного щита посредством отключения одного из реле B, является второй непредвиденной ситуацией. Таким образом, допустима полная потеря питания. Альтернативой является принятие недостатка дискриминации в какой-то момент в системе.
Другим решением является использование частичной дифференциальной защиты для устранения необходимости в реле A, но это редко используется. Принятая стратегия будет зависеть от индивидуальных обстоятельств.
Вернуться к содержанию ↑
Ссылка // Руководство по сетевой защите и автоматизации от Alstom Grid