电动机继电保护计算
一、 异步电动机 继电保护 计算
1、异步电动机 继电保护方式的选择
1)电压低于是1000V的电动机一般功率不大,重要性较小,可采用下列保护:
熔断器保护:
在一台电动机短路时,断开几台电动机的公用断路器;
自动空气开关作为低电压保护。
2)电压为310KV、功率大于150KW、小于2000KW的电动机,应装设电流速断保护;当电流速断保护不能满足灵敏度要求时需装设纵联差动保护。
3)电压为310KV的电动机,若生产过程中易发生过负荷时,或起动、自起动等条件严重时,均应装设过负荷保护。另外,当单相接地电流大于5A时,需装设单相接地保护,一般510A时可作用于信号,也可作用于跳闸;大于10A时作用于跳闸。
4335KV网络的中性点是不接地的,为保护电动机 ,应在电动机母线上装设“绝缘监视”装置。
5)当电动机 有必要装设低电压保护装置时,可采用在线电压上的低电压继电器将电动机断开;必要时可采用两个继电器的低电压保护。
2、异步电动机 继电保护的整定
815电压低于1000V异步电动机的继电保护整定计算

保护装置名称

保护装置的整定值

保护装置动作时限

备注

熔断器

 

用自动空气开关实现过电流保护

熔断器的电流正常起动的电动机

Ir=Iq/22.5

较严重情况下起动的电动机Ir=Iq/1.62.0

自动空气开关的动作电流整定值IDj <Iq

根据可熔保险器的特性动作时限与电流有关

Ir—熔断器的电流(A

Iq—电动机的起动电流(A

IDj—自动空气开关整定电流值(A

UDj—自动空气开关整定电压值(V

Ue—电动机的额定电压(V

用附有低电压线圈的电磁起动器或自动空气开关实现低电压保护

自动空气开关的动作电压整定值

UDj<0.8U

电压高于1000V异步电动机的继电保护整定计算

保护装置名称

保护装置的整值

保护装置动作时限S

备注

电流速断保护

保护装置动作电流整定值Idzj=K`kkjxIq/nl

0

Kk—可靠系数,采用DL型电流继电器取1.41.6;采用GL型的取1.82

Kjx—接线系数,接于相电流时取1接于相电流掩蔽时取   3

K`K—可靠系数,动作于信号时取

1.051.10,动作于掉闸时取1.21.25

Kh—断电器返回系数,取0.58

nl—电流互感器变比

ny—电压互感器变比

Ied—电动机额定电流(A

Iq—电动机的起动电流(A

Ie—电网的总单相接地电容电流(A

Ue—电动机额定电压(V

过电流保护(可与电流速断共用一个感应型过电流继电器)

整定值

Idzj=kkkjxIed/khnl

躲过电动机起动的全部时间。

单相接地保护

一次动作电流

IdzIe/1.25

0

低电压保护

整定值

Udzj=(0.70.8)Ue/ny

重要电动机

1015

不重要电动机

0.50.7

注:对于一般电动机tdz=(1.11.2)tq(其中tdz为保护装动作时间;tq为电动机起动及自起动时间)。对于传动风机负荷的电动机tdz=(1.21.4)Iq  
3、电流速断保护灵敏度校验
K2m=KmxdI``(3)d·min/Idz2Idz =Idzjnl/kjx  ;其中Kmxd  —相灵敏系数,I``(3)d·min  —最小运行方式下,电动机出线端三相适中时流过保护安装处的超瞬变电流(A);Idz —保护装置的一次动作电流(A),nl —电流互感器变比;

kjx —接线系数,接于相电流时取1,接于相电流差时取  3
例:试选择一台6KV380KW电动机的保护。电动机装在经常有人值班的机房内,运行过程中有过负荷的可能。已知电动机的额定电流Ied47.5A,起云贵电流倍数kq4。在最小运行方式下电动机出线端三相适中时,流过保护按装处的超瞬变电流I``(3)d·min 6500A,稳态电流I``(3)d·min  4800A
 解(1)保护装置的选择:因电动机在运行过程中有过负荷的可能性,故需装过负荷保护。电动机由于经常有值班人员照顾,因此不需装防止长时间失压的低电压保护。装设电流速断保护和过电流保护(与电流速断共用一感应型电流继电器)采用接于两相电流差的DL11/100型电流继电器。
2)保护装置整定计算及灵敏度校验:

①电流速断保护继电器的动作电流:Idzj=kkkjxkqIed/nl=1.6X   3   X(4X47.5/15)=35.2A ,取决40A
保护装置的一次动作电流为  Idz=Idzjnl=40X15=600A
灵敏度校验  k(2)m=kmxd I``(3)d·min/Idz= 0.5X6500/600=5.4>2

②过电流保护继电器的动作电流Idzj=k`kjxIed/khnl=1.25X   3   X (47.5/0.85X15)=8.0A 8A
保护装置的一次动作电流为  Idz=Idzjnl=8X15=120A
灵敏度校验
K(2)m=Kmxd I``(3)d·min /Idz=0.5X4800/120=11.7>1.5
二、 同步电动机继电保护计算
1、  同步电动机继电保护方式的选择
(1)       电压为310KV、功率小于2000KW的电动机装设电流速断保护;当电流速断保护不能满足灵敏度要求时应装设纵联差动保护。
(2)       同异步电动机继电保护方式的选择3
(3)       电压为310KV的电动机,均需装设失步保护
2、  同步电动机继电保护的整定
3、  灵敏度校验
(1)       电流速断保护灵敏度校验:同异步电动机电流速断保护灵敏度校验。
(2)       纵联差动保护灵敏度校验:
     采用BCH2型差动继电器时:先确定继电器的差动线圈和平衡的匝数:
差动继电器计算匝数Wjs 
816同步电动机继电保护的整定计算

保护装置的名称

保护装置的整定值

保护装置动作时限S

备注

电流速断保护

保护装置动作电流整定值按躲过电动机的起动电流整定

Idzj=kkkjkIq/n

按躲过外部适中时电动机的输出电流整定

Idzj=kkkjxI``dd(3)

选择其中最大值作为整定值

0

KKKjxn同表815

Iq电动机起动电流(A

I``dd(3)—同步电动机出线端三相适中时,输出 的超瞬变电流(A

Icd—同步电动机的电容电流(中、小型电动机的电容电流可忽略不计)(A

Ic—电网的总单相接地电容电流(A

过电流保护

同异步电动机

同异步电动机

纵联差支保护(采用BCH2型差动继电器)

按躲过电动机起动电流整定

Idzj=kkkjx0.1Iq/nl

按躲过外部短路时同步电动机输出超睬变电流整定

Idzj=kkkjx0.05I``dd(3)/n

 

0

纵联差动保护(采用BCH2型差动继电器)

按电流互感器二次回路断线条件整定

Idzj=kkkjxIed/nl

选择其中最大值作为整定值

0

纵联差动保护(采用DL11型继电器

整定值Idzj=(1.52)Ied/nl

0

单相接地保护

一次动作电流(按最灵敏系数1.25整定)

IdzIc--Icd/1.25

或按下式整定

Idzj=(1.52)Icd

0

失步保护

整定值

Idzj=kkkjxIed/Khnl

同过负荷保护

 

注:同步电动机出线端三相适中时,输出的超瞬变电流
I``dd(3)=(1.05/x``d+0.95sine)Ied  x``d为同步电动机超瞬变抗标公值;∮e为同步电动机额定功率因数角;Ied为同步电动机额定电流(A
Wjs=AW/Idzj 要求WjsW1=Wc      W1=W2
式中:AW0—继电器动作安匝数,应采用实测值;如无测值,可取60
W1W2—第一和第二平衡线圈的实用匝数;
Wc—差动线圈的实用匝数
 适中线圈的抽头:一般选取抽头3—322;功率大于5000KW的同步电动机可选取2211
再进行保护装置的灵敏度校验:
Km(2)=(W1+Wc)/AW0KmxdKjxI``(3)d·min2
式中:Kmxd—相对灵敏系数,
I``(3)d·min—最小运行方式下,电动机出线端三相短路时流过保护安装处的超瞬变电流(A);
其它符号同前
②采用DL11型电流继电器时:
K(2)m=Kmxd I``(3)d·min/Idz2
4、  同步电动机自控设备基这设备的整定
1)低电压保护装置的整定:
①用于电源的低电压继电器,可采用DJ122/160型电压继电器。
Udzj=(0.6~0.7)Uce
式中:Udzj—电压继电器动作电压整定值(V
Uce—电网额定电压(V
保护装置动作时限为0.5S
②用于强励磁的低电压继电器,可采用DJ122/160型电压继电器。
Udzj=0.8ce,动作延时10s
③用于控制回路和保护与信号回路低电压继电器,可采用JT311/1型电压继电器。
Udzj=0.8Uke,动作延时0.5s
式中:Uke—控制回路和保护信号回路的额定电压(V
2)辅助电动机联锁继电器时间的整定:考虑辅助电动机的自动起动时间,辅助电动机停车联锁继电器时间可整定3S左右。
 
 
 
 
 
 
 
星—三角起动器的选择
起动器在起动时将电动机 的定子绕组接星形,正常运转时接成三角形,以减小起动电流。
1、  星——三角起动器原理
1)绕组接成星形起动时:

Uy=U/   3   ,Iy=Ixy=Uy/Z = U/   3  Z   式中:U—三相电源线电压(V); Uy—电动机绕组接成Y形的相电压(V);IyIxy—电动机绕组接成Y形的线电流和起动相电流;Z—电动机起时的一相等效阻抗。
(2)绕组接成三角形起动时:

—U,I= 3   Ix=       3  U/Z=   3  U/Z
式中:U△—电动机绕组接成△形时的相电压(V);IIx——电动机绕组接成△形时的线电流和起动相电流(A)。

由此得Iy/I=U/   3  Z/    3  U/Z=1/3
可见,电动机绕组接成Y形起动时的电流要比接成△形时的起动电流小2/3,从而有效地限制起动电流。但
MyU2y=U2/3,  MU2=U2 My=M/3 可见,起动转矩却随之减小到1/3
星——三角起动器多用于起动设备的转矩不大于电动机起动转矩的1/3、功率不大于125KW的三相鼠笼型异步电动机。
 
三、 自耦减压起动器的选择与计算
1、  自耦减压起动器的选择
                                                       
自耦减压起动器是利用自耦变压器降低电源电压,以减小起动电流,同时还能通过选择自耦变压器的不同抽头改起动电流并达到改变起动转矩的目的。通常用于控制320KV以下的三相鼠笼型异步电动机作不频繁起动、停止之用,具有过载和失压保护功能,其原理接线如图所示。
自耦减压起动器的起动电流和起动转达矩有如下关系:
I1q=k2Iqe , Mq=k2Mqe
式中:k——自耦变压器的变比,k=U2/U1<1
I1q——降压起动时自耦变压器的一次侧电流(A);
Iqe——在额定电压下的起动电流(A);
Mq——降压起动时电动机的起动转矩(N·m
Mqe——在额定电压正气起动转矩(N·m
 
 
四、 星——三角变换的节电计算
当电动机负载低于50%时可考△ Y变换的节电措施。
1、  △接法改为Y接法后,电动机各种损耗的变化

改成Y接后,电动机相电压降压    3  倍,此时铁耗降低3倍。由于电动机转速基本不弯,故机械损耗基本不变。附加损耗与电流平方成正比,改成Y接法后,由于定子电流较小,所以定子附加损耗不大或加有正点降,功率因数得到善,达到节电效果。

 但在电动机转矩不变的条件下,改拉忍气吞声转子电流增加了   3  倍,所以转子铜耗也增加了3倍,转子附加损耗会增加。电动转差率增大3倍左右。
2、  改接的条件
β=βlj时,改接意义不大,因为浪费电能负载区比节能负载区大,有功损耗可能增加。β>βlj时,改接没有意义。只有β<βlj时,改接才有意义。β为电动机实际负载率;βlj为临界负载率,即Y接法与△接法的总损耗相等时的负载率,可按下列公式计算:
(1)       公式一:

βlj=   βlj1/2[1/ηe-1PeP0]

式中βlj1=0.67(P0-Pj+K   3  UeI0×10-3)

βlj2=(P0/ηetg¢     3  UeI0 10-3)K
符号同前

b)公式二(简化计算)
βlj=     0.67PFe+0.75P0cu/2[(1/ηe 1)Pe P0]
式中:PFe—△接法时的铁耗(KV
P0cu—△接法时的空载铜耗(KW
P0—△接法时的空载损耗(KW
其它符号同前。
如用公式一计算,改接后节约的有功功率(KW)为

P=2β2[1/ηe 1PeP0+Pe/ηetg¢    3  UeI0 ×10-3K]0.67(P0Pj +K   3  UeI0×10-3)
P0时,表示节电;△P0时,表示多用电。
由于电动机极数不同,故临界负载率也汀同。为了便于计算,现将部分电动机的临界负载率列于表517,供参考。
改接后节约的有功功率只能等于或少于额定负载时的总损耗,其计算公式如下
∑△P= Pe[1-ηe]/ηe
Y160M67.5KW电动机,(ηe=86%),总损耗为
∑△P = 7.5[(1 0.86)/0.86]=1.22 (KW)
该电动机由△接法改为Y接法后,所节约的有功功率不会超过1.22KW
517部分电动机的临界负载率

极数

2

4

6

8

临界负载率βlj%

31

33

36

49