Расчет параметров асинхронного двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Входные данные:

Sкз = 3000 МВА

Ра = 1,6 МВт

Нагрузка Н₁ (Н₂): мощность S_H = 1,5 МВА

Уставки защиты Н₁ (Н₂): tcз = 0,5 с; Icз = 0,25 кА

Нагрузка Н₃ (Н₄): мощность S_H = 1,5 МВА

Уставки защиты Н₃ (Н₄): tcз = 0,5 с; Icз = 0,25 кА

Автоматика: АВР = Q_2.

Расчет параметров асинхронного двигателя

1) Полная мощность электродвигателя:

S_ном.дв - полная мощность АД, кВА; P_ном.дв - активная мощность АД, кВт.

2) Номинальный ток электродвигателя:

где I_ном.дв - номинальный ток АД, А; S_ном.дв - полная мощность АД, кВА; U_ном.дв - номинальное напряжение АД, кВ.

Выберем асинхронный двигатель 4АРМ - 1600 / 6000 со следующими данными: ; ; ; ; M_п* = M_п/M_ном = 0,9 о. е. ; I_п* = I_п/I_ном=5,2 о.е._,

3) Пусковой ток:

4) Пусковое сопротивление:

где U_ном.дв - номинальное напряжение АД, кВ; I_п.дв - пусковой ток АД, А.

2. Выбор сечения ЛЭП:

Протяженность ЛЭП:



а) Выбор сечения ЛЭП по длительно допустимому току

Максимальный рабочий ток линий W1-W4 в наиболее тяжелом режиме:

Выбирается сечение кабеля по условию:

где I_доп - длительно допустимый ток кабеля выбранного сечения.

Исходя из допустимого тока примем кабели в количестве одного с сечением жил 800 мм² (1*800). Материал кабеля - алюминий, прокладка осуществляется в воздухе, в плоскости. Допустимый ток, согласно справочных данных, составит 1200 А.

б) Выбор сечения ЛЭП по экономической плотности тока

Рабочий ток линий W1-W4 в нормальном режиме:

Экономически целесообразное сечение:

где F_эк - экономически целесообразное сечение, мм²;
J_э - экономическая плотность тока, А/мм²; I_{раб.норм} - рабочий ток в нормальном режиме, А.

Экономическая плотность тока взята 1,6 А/мм² при числе часов более 5000 ч использования максимума нагрузки в год. Исходя из экономически целесообразного сечения кабеля значение округляется до ближайшего стандартного в большей или меньшую сторону (F_эк ~ F_ст). При экономически целесообразном расчетном сечении 532,91 мм² выбираем сечение 500 мм²

Из двух сечений, выбранных по условиям а и б, определяется наибольшее и принимается в качестве окончательного. Им будет сечение 800 мм².

Выбор силового трансформатора

Расчетная мощность на шинах НН подстанции:

Расчетная мощность трансформатора:

Расчетная мощность трансформатора округляется до ближайшей большей стандартной мощности. Таким образом, примем трансформатор ТДН с номинальной мощностью 16000 кВА, ВН=115, НН = 6,6. Со схемой и группой соединений обмотки Yн/D-11. Потери холостого хода составляют 12 кВт, потери короткого замыкания - 83 кВт, u_k=10,5 %, i_o=0,3 %. Значения напряжения КЗ на крайних ответвлениях трансформаторов РПН со степенью регулирования - 16…+16:

,

Расчет токов КЗ

Выбор базисных условий

Расчет ведем в именованных единицах с относительным приведением параметров. Базисное напряжение выбирается из ряда средних значений:

В качестве базисной ступени целесообразно принять ступень напряжения, на которой произошло КЗ. Базисная мощность задается произвольно.

Составление расчетной схемы и схемы замещения представлено на рис. 1.

Расчет токов КЗ производится для двух режимов работы СЭС - максимального и минимального. При этом необходимо учитывать положение РПН силового трансформатора.



Рисунок 1 - Расчетная схема (а) и схема замещения (б)

Расчет параметров схемы замещения

Максимальный режим СЭС:

Минимальный режим СЭС:

Значения напряжений КЗ на крайних ответвлениях трансформаторов РПН

Приведение параметров к базисным условиям

Система:



где U_б - среднее номинальное напряжение основной ступени; U_ср - среднее номинальное напряжения ступени, на которой находится подлежащий приведению элемент расчетной схемы.

Трансформатор:

где U_б - среднее номинальное напряжение основной ступени; U_ср - среднее номинальное напряжения ступени, на которой находится подлежащий приведению элемент расчетной схемы.

Линия изготовлена из силового кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена и оболочкой из полиэтилена на номинальное напряжение 6/10 кВ: АПвЭП-6/10, ПвЭП-6/10. Линия с вышеприведенными данными имеет следующие удельные характеристики активного и реактивного сопротивления кабеля с сечением 800 мм²: электродвигатель ток замыкание трансформатор

Расчет токов КЗ

Произведем расчет токов КЗ в каждой точке К1, К2, К3:

Для точки K2:

Для точки K3:

Из формулы (27) для точки К1 определим , :

Определим токи КЗ в точке К1 по формулам (25), (26):

Для точки К2 определим , , согласно формуле (28) :

Определим токи КЗ в точке К2 по формулам (25), (26):



Для точки К3 определим , , согласно формуле (29):

Определим токи короткого замыкания в точке К3 по формулам (25), (26):

Таблица 1 - Расчет токов КЗ в точках К1, К2 и К3

Ток КЗ \ Точка КЗ	K1	K2	K3
Iк.max(3), кА	0,50777	0,465	0,465
Iк.max(2), кА	0,439221	0,40234	0,40234
Iк.min(3), кА	2,146114	1,695	2,146
Iк.min(2), кА	1,8564	1,466031	1,856207

Релейная защита электродвигателя

Для асинхронных двигателей напряжением выше 1000 В предусматриваются устройства релейной защиты, действующие при:

? многофазных КЗ на выводах и в обмотке статора;

? перегрузках;

? однофазных замыканиях на землю;

? исчезновении или длительном снижении напряжения.

Защита от многофазных КЗ на выводах и в обмотке статора для нашего варианта P_дв.ном=1600 кВт. Следовательно при условии P_дв.ном < 2000 кВт, то применяют токовую отсечку без выдержки времени в однорелейном исполнении.

Ток срабатывания реле:



где k_отс = 1,5 для реле РТ-40.

Коэффициент чувствительности:

Поскольку расчетный коэффициент чувствительности меньше 2, то рассматриваем схему в двухрелейном исполнении с включением реле по схеме неполной звезды. Основной особенностью для всех видов КЗ данного режима является Тогда ток срабатывания реле:

где k_отс = 1,5 для реле РТ-40.

Коэффициент чувствительности:

Так как K_ч < 2, то рассматриваем вариант с продольной дифференциальной защитой с реле РНТ-565. Ток срабатывания реле рассчитываем по формуле:

k_отс = 1,1; I_нб* - относительный ток небаланса. У нас схема звезда - треугольник, поэтому I_нб = 0,45.

Рисунок 2 - Электрическая схема реле РНТ-565

Число витков рабочей обмотки реле:

где F_ср = 100 - МДС срабатывания реле.

w_р.рсч округляется до меньшего целого.

Коэффициент чувствительности:

Так как K_ч < 2, то рассматриваем вариант с продольной дифференциальной защитой с реле ДЗТ-11.

Число витков дифференциальной обмотки (T_a = 0,03 с): =56 витков.

Ток срабатывания защиты:

Коэффициент чувствительности:

Защита от замыканий на землю

Ненаправленная защита нулевой последовательности на реле РТЗ-51

Собственный емкостный ток электродвигателя:

С_дв - емкость фазы статора, Ф; U_ном.дв - номинальное напряжение АД, В.

Емкость фазы статора асинхронного двигателя:

С_дв - в Ф; S_ном.дв - в МВА; U_ном.дв - в кВ.

Собственный емкостный ток линии, входящей в зону защиты:

где l - длина линии, км; m - число кабелей в линии. Причем длина линии равна l= l₁+ l₂+ l₃+ l₄=3+3+2,5+2,5=11 км.

Собственный емкостный ток присоединения:

Ток срабатывания защиты:

где k_отс = 1,2; k_б = 2,5.

Условие выбора тока срабатывания защиты:

Если I_сз.рсч < I_{сз.min.табл}, то I_сз = I_{сз.min.табл}.

Выбор тока срабатывания I_сз реле РТЗ-51 с ТЗЛР (трансформатором тока нулевой последовательности).

Суммарный емкостный ток замыкания на землю сети:

Выбранная уставка защиты должны удовлетворять условиям:

Если условие не выполняется, то ТТНП переносят к линейным выводам электродвигателя, а собственный емкостный ток присоединения пересчитывают:

Проверка чувствительности:

Направленная защита нулевой последовательности на реле ЗЗП-1

Ток срабатывания защиты:

Выбирается ближайшая меньшая уставка I_сз.min из ряда:
0,07 ; 0,5 ; 2 А.

Коэффициент чувствительности:

Защита от токов перегрузки

Ток срабатывания реле:

k_отс = 1,1 ; k_в = 0,8 для реле типа РТ-82; k_в = 0,85 для реле серии РТ-40.

Выдержка времени срабатывания защиты:

k_отс = 1,2…1,3; t_п - время пуска (самозапуска) электродвигателя.

Защита минимального напряжения

Уставки первой ступени защиты:

Уставки второй ступени защиты:

Принципиальная электрическая схема релейной защиты электродвигателя



Релейная защита воздушных и кабельных линий

Для воздушных и кабельных линий 3-10 кВ предусматриваются устройства релейной защиты, действующие при:

? Многофазных КЗ;

? Однофазных замыканиях на землю.

1. Защита от многофазных замыканий

Для одиночных линий с односторонним питанием применяется двухступенчатая токовая защита:

I ступень: токовая отсечка без выдержки времени;

II ступень: максимальная токовая защита.

I ступень: токовая отсечка без выдержки времени

Ток срабатывания:

k_отс = 1,2…1,3 для РТ-40; k_отс = 1,5…1,6 для РТ-80.

Коэффициент чувствительности:

Определение зоны действия токовой отсечки графическим методом

Строится график зависимости токов КЗ от расстояния до места КЗ:



Токовая отсечка линии считается эффективной, если зона её действия (l_защ) охватывает не менее (15…20) % общей протяжённости линии.

II ступень: максимальная токовая защита

Расчет коэффициента самозапуска

Эквивалентное сопротивление сети при самозапуске:

Сопротивление обобщенной нагрузки при самозапуске:

Суммарное пусковое сопротивление:

Расчет тока срабатывания защиты:

а) отключение с выдержкой времени близкого трехфазного КЗ на отходящем элементе:

где k_отс = 1,1…1,2 , k_в = 0,8…0,85 для РТ-40, РТ-80, РТ-90.

б) восстановление питания действием АПВ или АВР после бестоковой паузы:

в) Автоматическое включение дополнительной нагрузки при срабатывании устройства АВР:

Расчет:

г) Условие согласования чувствительности защит:

где I_{сз.пред.max} - наибольший ток срабатывания защита предыдущих элементов (нагрузка Н1(2), асинхронный двигатель);

- сумма максимальный рабочих токов всех предыдущих элементов, за исключением тех, с защитами которых производится согласование.

Из I_сз, рассчитанных по условиям а, б, в, г, выбирается максимальный и принимается в качестве расчетного тока срабатывания защиты.



Коэффициент чувствительности

Выбор времени срабатывания МТЗ с независимыми характеристиками:

Размещено на Allbest.ru

...