Защита от аварийных режимов участковой сети с многодвигательным частотно-регулируемым электроприводом

5. Щуцкий В.И., Бабокин Г.И., Лазарев А.И. Экспериментальное исследование условий работы устройств защитного отключения в сети с преобразователем частоты // Электробезопасность. 1996. №3-4. С. 31-41.

V. Kunitsky, P. Shelenev

The analyze of the devices of the protective switching-off for the mine combined electric networks with an alternating current of industrial frequency

The comparative estimation of the device of the protective switching-off (DPS), classified on the sort of the utillized operative current is conducted, for the mine combined electric networks. It is shown that the problem of providing of the required level of electrical safety in such networks to the present tense fully is not decided.

Keywords: device breaker, combined network, frequency converter, the operational

current.

Получено 12.01.10

УДК 658.26:621.31

Г.И. Бабокин, д-р техн. наук, проф., зам. директора, (48762) 6-13-83, prorector.nauka@nirhtu.ru,

О.В. Селин, ведущий программист,

ЗАЩИТА ОТ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ УЧАСТКОВОЙ СЕТИ С МНОГОДВИГАТЕЛЬНЫМ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

Предложена структурная схема защиты от коротких замыканий в системе преобразователь частоты - участковая электрическая сеть, питающая несколько асинхронных двигателей. Получены зависимости времени срабатывания защиты от разных значений порогового напряжения при различных режимах работы электропривода при двухфазном и трёхфазном коротких замыканиях.

Ключевые слова: многодвигательный частотно-регулируемый электропривод, аварийный режим, короткое замыкание, пороговое напряжение, время срабатывания.

Существенным недостатком известного устройства защиты частотно-регулируемого электропривода (ЭП) с общим преобразователем частоты (ПЧ) [1] является невозможность контролировать каждый электропривод в отдельности, при его срабатывании происходит отключение преобразователя от сети. Разработана селективная защита каждого из двигателей, при срабатывании которой отключается только тот ЭП, который работает в аварийном режиме. При аварии в сети до распределительного пункта (РП) отключается ПЧ. Структурная схема предложенного устройства селективной защиты участковой сети с частотно-регулируемым электроприводом (ЧРЭП) представлена на рис.1.

э-

с

т*--

I

Структурная схема защиты включает блоки измерения токов БИТ, усилители У, блоки формирования сигнала отключения (БФСО), выполненные на микроконтроллере, блоки телемеханики.

Рис. 1. Структурная схема устройства защиты ЧРЭП

БИТ выполнен на датчиках Холла, которые измеряют мгновенные значения фазных токов и преобразуют их в напряжения. Усилители включают в себя аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и сам усилитель сигнала. Блок телемеханики включает узел передачи данных, линию связи и узел приёма данных. БФСО содержат по три канала, которые включают в себя устройства сравнения (УС) с АЦП на входе, выпрямители (В), фильтры (Ф), пороговые устройства (ПУ), логический элемент «ИЛИ» и усилитель мощности (УМ).

Рассмотрим работу устройства защиты. Вначале датчиками Холла измеряются фазные токи на выходе ПЧ, непосредственно перед РП, непосредственно после РП и на входах АД, значения которых преобразуются в напряжения, зависящие линейно от величины измеряемого тока. Затем сигналы преобразуются в цифровую форм^ Сигналы с входов АД и из точки, непосредственно перед РП через блок телемеханики передаются на устройства сравнения. Результаты сравнения поступают на выпрямители, а затем на фильтры. В результате анализа и в соответствии с предъявленными требованиями к фильтрам по пульсациям и времени срабатывания были использованы фильтры Ьго порядка.

Затем сигналы поступают на пороговые устройства, где происходит их сравнение с уставкой. Далее, если в любом из каналов сигнал, поступивший на пороговое устройство, превышает уставку, то с логического элемента «ИЛИ» через усилитель мощности на исполнительный орган подаётся сигнал, отключающий сеть. При этом, если происходит авария в сети питания одного из АДп, то отключается исполнительный орган ^п. Если авария происходит в кабельной сети между ПЧ и РП, то отключается исполнительный орган U о1.

Для предложенной структурной схемы защиты была составлена её математическая модель, с помощью которой исследованы аварийные режимы в системе. При моделировании получены зависимости времени срабатывания защиты при различных режимах работы многодвигательного ЧРЭП при двухфазном и трёхфазном коротких замыканиях в зависимости от величины опорного напряжения .

В результате исследования двухфазного короткого замыкания установлено следующее: время срабатывания защиты уменьшается с ростом частоты £ и критическим значением по быстродействию является минимальная частота, равная 2 Гц; в двигательном режиме время срабатывания защиты при минимальной частоте 2 Гц максимально и составило 105 мс при ^=0,1 В и 90 мс при Цш=0,6 В; в режиме пуска время срабатывания защиты при 2 Гц составило 50 мс при^п=0,1 В и 5 0мс при =0,6 В, в режиме стопорения время срабатывания защиты при 2 Гц составило 29 мс и 30 мс соответственно для ^п, равного 0,6 В и 0,1 В; в режиме торможения время срабатывания защиты при 2 Гц составило 65 мс и 55 мс; во

всех режимах работы время срабатывания защиты меньше 200 мс и удовлетворяет предъявленным ОСТом требованиям к такого рода защитам.

Таким образом, по результатам моделирования устройство обеспечит 100 %-ное срабатывание при двухфазном коротком замыкании во всех режимах работы системы и в установленный промежуток времени отключит нагрузку, что позволяет избежать повреждения оборудования.

В результате исследования трёхфазного короткого замыкания установлено следующее: во всех режимах работы с ростом частоты f время срабатывания защиты уменьшается; в двигательном режиме время срабатывания защиты при минимальной частоте 2 Гц составило 58 и 70 мс соответственно для UOT, равного 0,6 и 0,1 В; в режиме пуска время срабатывания защиты при 2 Гц составило 22 мс при любом UOT; режиме торможения время срабатывания защиты при 2 Гц составило 1,1 и 0,99 мс, соответственно для UOT, равного 0,6 и 0,1 В; в режиме стопорения время срабатывания защиты при 2 Гц составило 1,45 мс при UOT, равном 0,6 и 0,1 В; во всех режимах работы время срабатывания защиты меньше 200 мс и удовлетворяет предъявляемым требованиям.

Согласно результатам моделирования устройство обеспечит 100 %-ное срабатывание при трёхфазном коротком замыкании и в установленный промежуток времени отключит нагрузку.

Таким образом, в результате математического моделирования предложенного устройства защиты от аварийных режимов участковой сети установлена его работоспособность.

Список литературы

1. Селин О.В. Разработка устройства защиты от коротких замыканий систем электроснабжения многодвигательных частотных электроприводов // Х науч.-техн. конф. молодых учёных, асп., студентов; тез. док. Новомосковск, 2008. С. 81.

G. Babokin, O. Selin

Protection against emergency operation of a local network with the multiimpellent frequency-adjustable electric drive

The block diagram of protection against short circuits in system the converter of frequency - the local electric network feeding some of asynchronous engines is offered. Dependences of time of operation of protection on different values of a threshold voltage are received at various operating modes of the electric drive at biphase and three-phase short circuits.

Keywords: multi-frequency regulated electric, emergency mode, short circuit, the threshold voltage, the response time.

Получено 12.01.10