Каким автоматическим выключателем следует защищать дизель-генератор? Это не праздный вопрос - мощность силового генератора в составе ДЭС ограничена, в отличие от промышленной сети и потому требует особого внимания, если мы хотим избежать его повреждения токами короткого замыкания. Теория.
Настоящая статья написана на основании оригинального руководства «Справочника по электрооборудованию «Устройства защиты и управления — электрические устройства», АББ, шестое издание, 2014 применительно к представленным в арендном парке ДГУ номиналам мощности дизель-генераторов. Далее в тексте прямое цитирование руководства ABB обозначается вертикальной чертой слева.
Для трехфазных ДГУ 400 Вольт рекомендуются автоматические выключатели:
Для однофазных ДГУ 230 Вольт рекомендуются автоматические выключатели:
2.2 Защита и коммутация генераторов
Увеличивающаяся потребность в бесперебойном электроснабжении привела к учащению использования генераторов аварийного питания, в качестве как резервных, так и параллельных с
электросетью общего пользования.
Типичные конфигурации включают в себя:
• автономное питание (независимая работа) приоритетных нагрузок в случае дефицита энергии
от электросети общего пользования;
• питание электроустановок параллельно с сетью общего пользования.
В отличие от электросети общего пользования, которая имеет постоянные характеристики, в случае короткого замыкания ток, поступающий от генератора, зависит от характеристик самой машины и уменьшается со временем. Можно выявить следующие последовательные этапы (фазы):
- Сверхпереходный этап: кратковременный, (длительностью 10÷50 мс), характеризующийся сверхпереходным реактивным сопротивлением X’’d (5÷20% от номинального значения полного сопротивления) и сверхпереходной постоянной времени T’’d (5÷30 мс);
- Переходный этап: может длится до нескольких секунд (0,5÷2,5 с) и характеризуется переходным реактивным сопротивлением X’d (15÷40% от номинального значения полного сопротивления) и переходной постоянной времени T’d (0,03÷2,5 с);
- Синхронный этап: может сохраняться до срабатывания внешней защиты и характеризуется синхронным реактивным сопротивлением Xd (80÷300% от номинального значения полного сопротивления).
В первом приближении можно оценить, что максимальное значение тока короткого замыкания
генератора с номинальной мощностью Srg и номинальным напряжением установки Ur, равно:
где: lrg - номинальный ток генератора.
Автоматический выключатель для защиты генератора должен быть выбран в соответствии со
следующими критериями:
ток уставки выше, чем номинальный ток генератора: l1 ≥ lrg;
отключающая способность lcu или lсs выше, чем максимальное значение тока короткого замыкания в точке установки:для автоматических выключателей с термомагнитными расцепителями: низкая магнитная уставка срабатывания: l3 =(2,5 ÷ 3)·ln;
- в случае единичного генератора: lcu(lcs) ≥ lkg;
- в случае n идентичных параллельно установленных генераторов: lcu(lcs) ≥ lkg·(n-1);
- в случае работы параллельно с сетью: lcu(lcs) ≥ IkNet, так как влияние короткого замыкания от сети обычно больше влияния от генератора;
для автоматических выключателей с электронными расцепителями:
- уставка срабатывания функции защиты с выдержкой времени (S) настраивается на значение от 1,5-кратного и до 4-кратного номинального тока генератора таким образом, чтобы «прервать» спадающую кривую генератора: l2 = (1,5 ÷ 4)·lrg; если функция S отсутствует, функция I может быть установлена на указанные значения l3 = (1,5 ÷ 4)·lrg;
- уставка срабатывания функции мгновенной защиты от короткого замыкания (l3) настраивается на значение, превышающее номинальный ток короткого замыкания генератора, так, чтобы достичь селективности с установленными ниже аппаратами и обеспечить быстрое срабатывание в случае короткого замыкания выше от установленного оборудования (работая параллельно с другими генераторами или с сетью): I3 ≥ Ikg
Пример:
Защита генератора с Srg=100 кВА в системе с номинальным напряжением 440 В.
Параметры генератора:
Ur = 440 В
Srg= 100 кВА
f = 50 Гц
lrg= Srg/(Ur×√3) = 132 А
X’’d = 6,5 % (сверхпереходное реактивное сопротивление)
X’d = 17,6 % (переходное реактивное сопротивление)
Xd = 230% (синхронное реактивное сопротивление)
T’’d = 5,5 мс (сверхпереходная постоянная времени)
T’d = 39,3 мс (переходная постоянная времени)
Из Таблицы на 440 Вольт выбираем автоматический выключатель АББ серии Tmax ХT2N160 с ln = 160 А, с электронным расцепителем Ekip G LS/I. Для правильной защиты генератора должны быть заданы
следующие уставки:
функция L: 0,84 - 3c, соответствующая 134,4А, значение выше, чем lrg
функция I: 1,5
Кривая работы при КЗ генератора при 100 кВА 440 Вольт:
Почему инженеры ABB выбрали уставку защиты от тока КЗ "функция I: 1,5" из возможного диапазона 1,5-4 и как это зависит от типа генератора в составе ДГУ Вы можете прочитать в нашей следующей статье. Там же подробнее рассмотрен вопрос, как реальизуются эти настройки на примере расцепителя PR221 LS/I.