Реферат: Релейная защита промышленного предприятия
Задание на курсовую работу
Схема распределительной сети электрической энергии промышленного предприятия и виды его нагрузки представлена на рисунке 1.
Необходимо выбрать типы защит всех элементов приведенной схемы в соответствии с ПУЭ. Выбранные защиты в условном изображении нанести на схему. Произвести расчет величин токов короткого замыкания. Произвести расчет защит следующих объектов: силового трансформатора Т1 (выключатель Q16), воздушных линий Л1 и Л2 (выключатели Q1 и Q5), кабельной линии Л5 (выключатель Q21), сборных шин (секционный выключатель Q27), трансформатора Т5 (выключатель Q34), двигателя Д (выключатель Q29).
Также необходимо изобразить схему релейной защиты трансформатора Т1 и двигателя Д; выбрать тип трансформатора тока 29 и определить сечение провода в его вторичных цепях (медный кабель длиной 10 м).
Исходные данные приведены в таблицах 1– 6.
Таблица 1 – Система и сеть А-Б-В
Мощность КЗ систем,
МВА
/>,
кВ
Длина,
км
Переда-
ваемая
мощ-
ность,
МВА
Мощ-
ность,
забира-
емая
ГПП,
МВА
Кол-во
отходя-
щих
тран-
зитных
линий
Мощ-
ность
Т1, Т2,
МВА
Кол-во
и мощ-
ность
Т3,
МВА
Система 1
Система 2
режимы
режимы
макс
мин
макс
мин
Л1,2
Л3,4
А-В
Б-В
1500
1200
1900
1600
220
70
85
95
85
34
4
2×25
6×1,6
Таблица 2 – Характеристики трансформаторов
Т1, Т2
Т3
Тип
Мощность
S, МВА
/>, %
Пределы
регули-
рования, %
Тип
Мощность
S, МВА
/>, %
ТРДН-25000/220
25
12
12
ТМ-1600/10
1,6
5,5
Таблица 3 – Выдержки времени защит отходящих линий от шин подстанции Г, их параметры
Выдержки времени защит на Q, с
Л5
Л6
9
10
11
12
13
14
22
24
Длина, км
Кол-во КЛ
Материал
Сечение, мм2
/>
Длина, км
Кол-во КЛ
Материал
Сечение, мм2
/>
2,5
2,0
1,5
2,2
1,2
1,3
1,0
0,9
2,5
2
А
185
3,7
1,3
2
М
240
1,6
Таблица 4 – Нагрузки на шинах РП1 и РП2
Двигатели 10 кВ (асинхронные типа АТД)
БК
ДСП
Кол-во
Мощность Рном, кВт
Коэффициент пуска kп
Q, квар
Кол-во
Sном, МВА
3
1250
5,2
3500
1
25,0
Таблица 5 – Электродвигатель с номинальным напряжением Uн = 380 В
Тип
/>, кВт
/>
h, %
/>
--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--/>
Г
/>, о.е.
IIс
/>
Iс
/>
/>, МВА
/>
/>
/>, кА
/>
/>
Д
/>, о.е.
IIс
/>
Iс
/>
/>, МВА
/>
/>
/>, кА
/>
/>
Е
/>, о.е.
—
/>
/>, МВА
/>
/>, кА
/>
Таблица 9 – Минимальный режим, секционный выключатель Q15 включен, линия Л4 отключена
Точка КЗ
на шинах
п/ст
Искомые
величины
Питание со стороны
Система G1
Система G2
А
/>, о.е.
/>
/>
/>, МВА
1200
/>
/>, кА
/>
/>
В
/>, о.е.
/>
/>
/>, МВА
/>
/>
/>, кА
/>
/>
2 Расчёт защиты высоковольтного двигателя Д
Для защиты асинхронных электродвигателей напряжением выше 1000 В предусматриваются следующие защиты:
1) токовая отсечка;
2) защита от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ);
3) защита от перегруза — МТЗ с выдержкой времени;
4) защита минимального напряжения.
2.1 Токовая отсечка
1) Защита выполняется с помощью токового реле РСТ 13.
2) Для выбора трансформатора тока определим номинальный ток двигателя:
/>, (2.1)
где /> – номинальная мощность двигателя, Вт (см. таблицу 4);
/> – номинальное напряжение двигателя, В (см. таблицу 4);
/> – номинальный коэффициент мощности двигателя.
/>А.
К установке принимаем трансформатор тока ТЛК10-100-0,5/10Р: /> А, /> А. Коэффициент трансформации трансформатора тока:
/>.
Схема включения трансформаторов тока и реле — неполная звезда, коэффициент схемы />.
3) Определим ток срабатывания защиты, который отстраивается от пускового тока двигателя:
/>, (2.2)
где /> — коэффициент отстройки.
Найдем пусковой ток по следующему выражению:
/>, (2.3)
продолжение--PAGE_BREAK--
где /> – коэффициент пуска двигателя.
/>А.
Тогда по выражению (2.2) ток срабатывания защиты
/>А.
4) Коэффициент чувствительности определяется при двухфазном коротком замыкании в минимальном режиме на шинах, к которым подключен двигатель:
/>. (2.4)
Так как коэффициент чувствительности превышает нормируемое значение, то защита удовлетворяет требованию чувствительности.
5) Ток срабатывания реле:
/>А. (2.5)
Принимаем к установке реле РСТ 13-29, у которого ток срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (2.6)
Принимаем сумму уставок />.
Найдем ток уставки реле:
/>А.
2.2 Защита от однофазных замыканий на землю
Защита электродвигателей мощностью менее 2 МВт от однофазных замыканий на землю должна предусматриваться при токах замыкания на землю 5 А и более. Ток замыкания на землю складывается из емкостного тока двигателя и емкостного тока кабельной линии.
1) Найдем емкость фазы электродвигателя:
/>, (2.7)
здесь /> – номинальная мощность двигателя, МВт;
/>– номинальное линейное напряжение, кВ.
/>Ф.
Тогда емкостный ток двигателя:
/>, (2.8)
здесь /> Гц – частота сети;
/> – номинальное фазное напряжение двигателя, В.
/>А.
2) Определим ёмкостный ток кабельной линии. Номинальный ток двигателя /> А. Исходя из этого выбираем кабель марки М-25 с допустимым током 120 А. Длину кабельной линии примем /> м.
Емкостный ток кабельной линии:
/>, (2.9)
где /> А/км – удельный емкостный ток выбранного кабеля.
/>А.
3) Суммарный ток замыкания на землю
/>А < 5 А,
следовательно, защита от однофазных замыканий на землю не устанавливается.
2.3 Защита от перегруза — МТЗ с выдержкой времени
1) Защита выполняется с помощью токового реле РСТ 13 с коэффициентом возврата />.
2) Перегруз является симметричным режимом, поэтому защита выполняется одним реле, включенным в одну из фаз. Используем те же трансформаторы тока, что и для токовой защиты (коэффициент трансформации />, коэффициент схемы />).
3) Ток срабатывания защиты определяется из условия отстройки от номинального тока двигателя:
/>, (2.10)
где /> – коэффициент отстройки.
/>А.
4) Коэффициент чувствительности не определяется.
5) Ток срабатывания реле:
/>А. (2.11)
Принимаем к установке реле РСТ 13-19, у которого ток срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (2.12)
Принимаем уставку />.
Найдем ток уставки реле:
/>А.
6) Выдержка времени защиты отстраивается от времени пуска электродвигателя и равна /> с. Используем реле времени РВ-01.
2.4 Защита минимального напряжения
Защита выполняется двухступенчатой. Первая ступень отключает неответственную нагрузку.
1) Для выполнения защиты будем использовать реле типа РСН 16, которое имеет коэффициент возврата />.
2) Выбираем трансформатор напряжения типа ЗНОЛ.06-10: /> В, /> В.
Коэффициент трансформации трансформатора напряжения:
/>.
3) Напряжение срабатывания первой ступени отстраивается от минимального рабочего напряжения, которое составляет 70 % от номинального: />:
/>В, (2.13)
здесь /> – коэффициент отстройки.
4) Коэффициент чувствительности не рассчитывается, так как неизвестно минимальное остаточное напряжение на шинах при металлическом коротком замыкании в конце зоны защищаемого объекта.
5) Напряжение срабатывания реле первой ступени
/>В.
Принимаем к установке реле РСН 16-28, у которого напряжение срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (2.14)
Принимаем уставку />.
продолжение--PAGE_BREAK--
Найдем напряжение уставки реле I ступени:
/>В.
6) Выдержка времени принимается на ступень селективности больше времени действия быстродействующей защиты от многофазных коротких замыканий. Примем /> с. Реле времени РВ-01.
Вторая ступень защиты отключает сам двигатель.
1) Вторую ступень защиты также выполним на реле РСН 16, коэффициент возврата />.
2) Реле включается во вторичные цепи того же трансформатора напряжения, что и реле первой ступени.
3) Напряжение срабатывания второй ступени:
/>В, (2.15)
здесь /> – коэффициент отстройки.
4) Коэффициент чувствительности не определяем.
5) Напряжение срабатывания реле первой ступени
/>В.
Принимаем к установке реле РСН 16-23, у которого напряжение срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (2.16)
Принимаем уставку />.
Найдем напряжение уставки реле I ступени:
/>В.
6) Время срабатывания второй ступени защиты принимаем /> с, так как по технологии недопустим самозапуск двигателя от напряжения />. Используем реле времени РВ-01.
3 Расчет защиты трансформатора Т5
Полупроводниковый преобразователь подключается к питающей сети переменного тока через трансформатор Т5, образуя преобразовательный агрегат. Повреждения и ненормальные режимы возможны как в трансформаторе, так и в полупроводниковом преобразователе, поэтому необходима установка защит как со стороны питания, так и в цепи нагрузки преобразователя.
Основными защитами трансформатора преобразовательного агрегата являются:
1) МТЗ без выдержки времени от многофазных коротких замыканий в обмотках и на выводах трансформатора;
2) газовая защита от внутренних повреждений и понижения уровня масла;
3) токовая защита от перегруза.
Определим номинальную мощность трансформатора:
/>кВА, (3.1)
где /> – выпрямленное напряжение, В;
/> – выпрямленный ток, А;
/> – КПД питающего трансформатора.
Поскольку номинальная мощность трансформатора меньше 400 кВА, то газовая защита не устанавливается.
3.1 МТЗ без выдержки времени
Защита выполняется с помощью токового реле РСТ 13.
Максимальный рабочий ток трансформатора, равный номинальному току:
/>А. (3.2)
Выбираем трансформатор тока ТПЛК-10-30-0,5/10Р: /> А, /> А. Коэффициент трансформации трансформатора тока: />. Трансформаторы тока и реле включены по схеме неполной звезды с реле в нулевом проводе: />.
Ток срабатывания защиты отстраивается от максимального рабочего тока:
/>А, (3.3)
где /> – коэффициент отстройки от бросков тока намагничивания при включении ненагруженного трансформатора и от возможных толчков тока нагрузки.
Коэффициент чувствительности определяется при двухфазном коротком замыкании в минимальном режиме на выводах высокого и низкого напряжений:
/>. (3.4)
Определим ток двухфазного короткого замыкания на выводах низкого напряжения, приняв напряжение короткого замыкания трансформатора /> %:
/>. (3.5)
Тогда эквивалентное сопротивление:
/>о.е.
Зная эквивалентное сопротивление, можно определить мощность короткого замыкания:
/>МВА.
Ток двухфазного короткого замыкания на выводах низкого напряжения, приведенный к высокому напряжению трансформатора:
/>А. (3.6)
Определим коэффициент чувствительности на выводах низкого напряжения:
/>. (3.7)
Так как коэффициент чувствительности в обоих случаях превышает нормируемое значение, то защита удовлетворяет требованию чувствительности.
5) Ток срабатывания реле:
/>А. (3.8)
Принимаем к установке реле РСТ 13-24, у которого ток срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (3.9)
Принимаем сумму уставок />.
Найдем ток уставки реле:
/>А.
3.2 Максимальная токовая защита с выдержкой времени – защита от перегруза
1) Защита выполняется с помощью токового реле РСТ 13 с коэффициентом возврата />.
2) Принимаем к установке уже выбранный в п.3.1 трансформатор тока ТПЛК-10-30-0,5/10Р. Трансформаторы тока включены по схеме неполной звезды, реле устанавливается в одну фазу (так как перегруз является симметричным режимом): />. Коэффициент трансформации />.
3) Определим ток срабатывания защиты, который отстраивается от максимального рабочего тока на ВН трансформатора:
/>, (3.10)
где /> – коэффициент отстройки;
продолжение--PAGE_BREAK--
/> – кратность тока перегрузки по отношению к максимальному рабочему;
/> – максимальный рабочий ток трансформатора.
/>А. (3.11)
4) Коэффициент чувствительности не определяется.
5) Ток срабатывания реле:
/>А. (3.12)
Принимаем к установке реле РСТ 13-24, у которого ток срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (3.13)
Принимаем сумму уставок />.
Найдем ток уставки реле:
/>А.
6) Время срабатывания защиты определяется технологическим процессом и принимается /> с. Используем реле времени РВ-01.
3.3 Защита полупроводникового преобразователя
Дополнительно к защите трансформатора на полупроводниковом преобразователе также предусматриваются устройства защиты.
1) Для защиты от пробоя вентильных преобразователей используют быстродействующие плавкие предохранители, устанавливаемые последовательно с вентилями в каждую параллельную ветвь. Селективное действие предохранителей обеспечивается тем, что при повреждении одного из вентилей весь ток короткого замыкания проходит только через предохранитель этого вентиля, а в двух других фазах ток к.з. распределяется по всем параллельно включенным предохранителям. Для защиты могут использоваться предохранители типа ПП57, имеющие высокое быстродействие порядка 0,003 с при отношении тока аварийного режима к номинальному току плавкой вставки />.
2) Устройства, основанные на снятия импульсов управления с силовых тиристоров преобразователя (защита по управляющему электроду) для предотвращения сверхтоков. При возникновении короткого замыкания сигналом с датчика тока блокируется подача отпирающих импульсов на силовые тиристоры. Выключение тиристора, проводившего ток, осуществляется в момент естественного снижения тока до тока удержания тиристора.
3) Защита от внутренних и внешних перенапряжений. Для защиты от внешних перенапряжений (из сети и цепи нагрузки) применяют RC-цепочки и нелинейные полупроводниковые ограничители, включаемые к выводам вентильной обмотки трансформатора. Для защиты от внутренних перенапряжений, обусловленных эффектом накопления в вентилях неосновных носителей, также применяются RC-цепи, включаемые параллельно вентилям. Такая цепь одновременно уменьшает и скорость изменения напряжения.
4 Защита сборных шин (секционный выключатель Q27)
Для защиты сборных шин 10 кВ используется двухступенчатая токовая защита:
1) токовая отсечка;
2) максимальная токовая защита с выдержкой времени.
4.1 Токовая отсечка
1) Защита выполняется с помощью токового реле РСТ 13.
2) Токи, протекающие через секционный выключатель Q27, определяются токами кабельных линий. Определим эти токи.
Определим ток, протекающий по кабельной линии Л5:
/>А, (4.1)
Определим ток, протекающий по кабельной линии Л6:
/>А. (4.2)
В качестве максимального рабочего тока будем рассматривать наибольший из этих токов, т.е. /> А.
Принимаем к установке трансформатор тока типа ТШЛ10-2000-0,5/10Р: /> А, /> А.
Коэффициент трансформации трансформатора тока:
/>.
Схема включения трансформаторов тока и реле – неполная звезда, коэффициент схемы />.
3) Ток срабатывания защиты отстраивается от максимального из токов срабатывания токовых отсечек отходящих присоединений. В данном случае это будет ток срабатывания отсечки двигателя Д (см. выражение (2.2)):
/>А. (4.3)
4) Коэффициент чувствительности не определяется.
5) Ток срабатывания реле:
/>А. (4.4)
Принимаем к установке реле РСТ 13-19, у которого ток срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (4.5)
Принимаем сумму уставок: />.
Найдем ток уставки реле:
/>А.
4.2 Максимальная токовая защита с выдержкой времени
1) Защита выполняется с помощью токового реле РСТ 13 с коэффициентом возврата />.
2) Реле включаются во вторичные цепи выбранного в п.4.1 трансформатора тока. Коэффициент трансформации трансформатора тока: />. Коэффициент схемы />.
3) Ток срабатывания защиты отстраивается от максимального рабочего тока:
/>А. (4.6)
4) Коэффициент чувствительности не рассчитывается.
5) Ток срабатывания реле:
/>А. (4.7)
Принимаем к установке реле РСТ 13-24, у которого ток срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (4.8)
Принимаем сумму уставок: />.
Найдем ток уставки реле:
/>А.
6) Выдержка времени защиты принимается на ступень селективности больше выдержки времени МТЗ трансформатора Т3. Примем /> с. Тогда /> с. Используем реле времени РВ-01.
5 Расчёт защиты кабельной линии Л5
На кабельной линии устанавливаются следующие виды защит:
1) токовая отсечка без выдержки времени;
2) максимальная токовая защита с выдержкой времени;
3) защита от однофазных замыканий на землю.
5.1 Токовая отсечка без выдержки времени
продолжение--PAGE_BREAK--
1) Защита выполняется с помощью токового реле РСТ 13.
2) Допустимый ток кабеля А-185 (трехжильный алюминиевый кабель, прокладываемый в земле, на 10 кВ): /> А.
3) Максимальный рабочий ток линии примем равным длительно допустимому току кабеля.
/>, (5.1)
где /> – число кабельных линий Л5.
/>А.
Принимаем к установке трансформатор тока типа ТПОЛ-10-800-0,5/10Р: /> А, /> А. Коэффициент трансформации трансформатора тока:
/>.
Схема соединения трансформаторов тока и реле – неполная звезда, коэффициент схемы />.
4) Ток срабатывания защиты:
/>, (5.2)
здесь /> – коэффициент отстройки.
/>А.
5) Коэффициент чувствительности в данном случае не определяем. Считаем, что основной защитой является максимальная токовая защита.
6) Ток срабатывания реле:
/>А. (5.3)
Принимаем к установке реле РСТ 13-29, у которого ток срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (5.4)
Принимаем сумму уставок />.
Найдем ток уставки реле:
/>А.
5.2 Максимальная токовая защита с выдержкой времени
1) Защита выполняется с помощью токового реле РСТ 13 с коэффициентом возврата />.
2) Для выполнения защиты применяются те же трансформаторы тока, что и для токовой отсечки. Коэффициент трансформации трансформаторов тока />, коэффициент схемы />.
3) Ток срабатывания защиты определяется из условия отстройки от максимального рабочего тока линии:
/>, (5.5)
здесь /> – коэффициент отстройки для статического реле;
/> – коэффициент самозапуска двигателей для линии Л5.
/>А.
4) Коэффициент чувствительности в основной зоне проверяем по току двухфазного короткого замыкания в конце кабельной линии Л5 (на шинах ДIc):
/>. (5.6)
Коэффициент чувствительности в резервной зоне определяем по току двухфазного короткого замыкания за трансформатором Т3 (на шинах Е), приведенным на высокую сторону:
/>. (5.7)
Поскольку защита не удовлетворяет требованиям чувствительности, устанавливаем МТЗ с пуском по напряжению.
5) Загрубляем защиту, то есть, принимаем />. Тогда ток срабатывания защиты
/>А. (5.8)
6) Ток срабатывания реле:
/>А. (5.9)
Принимаем к установке реле РСТ 13-24, у которого ток срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (5.10)
Принимаем сумму уставок />.
Найдем ток уставки реле:
/>А.
7) Выдержка времени защиты принимается на ступень селективности больше выдержки времени на секционном выключателе Q27: /> с, то /> с.
8) Вводим защиту минимального напряжения на реле напряжения минимального действия РСН 16 с коэффициентом возврата />.
9) Измерительным органом защиты является трансформатор напряжения типа ЗНОЛ.06-10, который устанавливается на секцию шин ГIс. Для выбранного трансформатора напряжения
/>В, /> В. Коэффициент трансформации
/>.
10) Напряжение срабатывания защиты:
/>, (5.11)
где /> – минимальное напряжение на шинах, которое не вредит технологическому процессу.
/>В.
11) Найдем минимальное остаточное напряжение на шинах ГIс при металлическом коротком замыкании на шинах ДIс для проверки чувствительности защиты.
Полное удельное сопротивление кабельной линии Л5:
/>Ом/км, (5.12)
где /> – удельное активное сопротивление кабельной линии Л5, Ом/км;
/> – удельное индуктивное сопротивление кабельной линии Л5, Ом/км;
/> – длина кабельной линии Л5, км.
Минимальное остаточное напряжение:
/>, (5.13)
где /> – количество кабельных линий Л5.
/>В.
Коэффициент чувствительности:
продолжение--PAGE_BREAK--
/>. (5.14)
12) Напряжение срабатывания реле:
/>В. (5.15)
Принимаем к установке реле РСН 16-28, у которого напряжение срабатывания находится в пределах /> В.
Определим сумму уставок:
/>. (5.16)
Принимаем уставку />.
Найдем напряжение уставки реле:
/>В.
5.3 Защита от однофазных замыканий на землю
Защита выполняется с действием на сигнал.
1) Выбираем реле РТЗ-51, ток срабатывания которого находится в пределах /> А.
2) Измерительным органом является трансформатор тока нулевой последовательности типа ТЗРЛ.
3) Для кабеля марки А-185 удельный емкостный ток однофазного замыкания на землю /> А/км.
Ток нулевой последовательности линии, обусловленный током утечки,
/>А. (5.17)
Ток срабатывания защиты:
/>, (5.18)
здесь /> – коэффициент отстройки для защиты без выдержки времени.
/>А.
4) Проверку чувствительности защиты не производим, так как неизвестен ток утечки для всей сети предприятия, определяемый экспериментально.
6 Расчёт защиты силового трансформатора Т1
На силовом трансформаторе устанавливаются следующие виды защит:
1) дифференциальная защита от различных видов короткого замыкания;
2) максимальная токовая защита как резервная от внешних многофазных коротких замыканий;
3) защита от перегруза;
4) газовая защита.
6.1 Дифференциальная защита
1) Защита выполняется с помощью дифференциального реле РСТ 15.
2) Номинальные токи обмоток трансформатора:
высшего напряжения
/>А; (6.1)
низшего напряжения
/>А; (6.2)
В формулах (6.1) и (6.2):
/> – номинальная мощность трансформатора Т1, ВА;
/> – напряжение высокой стороны трансформатора, В;
/> – напряжение низкой стороны трансформатора, В.
3) Для выбора трансформаторов тока найдем максимальные рабочие токи:
на стороне ВН
/>А; (6.3)
на стороне НН
/>А. (6.4)
На стороне ВН принимаем к установке трансформатор тока типа ТФЗМ-220Б-I-200-0,5/10Р/10Р/10Р: /> А, /> А.
Коэффициент трансформации трансформатора тока
/>. (6.5)
На стороне НН принимаем к установке трансформатор тока типа и ТШЛ-10-3000-0,5/10Р: /> А, /> А.
Коэффициент трансформации трансформатора тока
/>. (6.6)
Силовой трансформатор Т1 имеет схему соединения обмоток Ун/Д/Д, следовательно, для компенсации сдвига фаз трансформаторы тока на высокой стороне включаются по схеме полного треугольника (/>), а трансформаторы тока на низкой стороне — по схеме неполной звезды (/>).
Вторичные токи трансформаторов тока в номинальном режиме работы:
/>А; (6.7)
/>А. (6.8)
За основную сторону принимаем сторону НН, так как />.
4) Определяем токи небаланса, вызванные погрешностями трансформаторов тока /> и регулированием напряжения под нагрузкой (РПН) />. При этом все токи приводим к ступени напряжения основной стороны.
Определим ток небаланса />:
/>, (6.9)
где /> – коэффициент однотипности трансформаторов тока;
/> – коэффициент апериодической составляющей для дифференциального реле;
/> – допустимая погрешность трансформаторов тока;
/>– максимальный сквозной ток, приведенный на высокую сторону, А.
/>А.
Определим ток небаланса />:
/>, (6.10)
где /> — пределы регулирования напряжения на стороне ВН;
/> — пределы регулирования напряжения на стороне СН.
/>А.
Предварительное значение тока срабатывания защиты по условию отстройки от токов небаланса
/>, (6.11)
где /> – коэффициент отстройки.
продолжение--PAGE_BREAK--
/>А.
Ток срабатывания защиты по условию отстройки от броска тока намагничивания
/>, (6.12)
где /> – коэффициент отстройки.
/>А.
Из двух токов срабатывания выбираем наибольший, то есть /> А.
5) Предварительное значение коэффициента чувствительности защиты определяем по току двухфазного короткого замыкания на секции ГIс, приведенному на сторону ВН.
/>. (6.13)
6) Ток срабатывания реле на основной стороне
/>А. (6.14)
Ток срабатывания реле на неосновной стороне
/>А, (6.15)
где /> – коэффициент трансформации силового трансформатора.
7) Примем число витков основной обмотки />.
Расчетная МДС основной обмотки
/>А·витков. (6.16)
Принимаем ближайшее стандартное значение МДС />/>.
Расчетное число витков неосновной обмотки находится из условия
/>. (6.17)
Принимаем />.
Составляющая тока небаланса /> из-за неравенства расчетного и действительного числа витков
/>А. (6.18)
8) Ток срабатывания защиты с учетом всех составляющих тока небаланса
/>А, (6.19)
здесь /> – коэффициент отстройки.
9) Коэффициент чувствительности определяем по току двухфазного короткого замыкания на секции ГIс, приведенному на сторону ВН:
/>.
Так как коэффициент чувствительности превышает требуемое нормированное значение, то защита удовлетворяет требованиям чувствительности.
10) Ток срабатывания реле на основной стороне
/>А.
Ток срабатывания реле на неосновной стороне
/>А.
6.2 МТЗ с выдержкой времени
1) Защита выполняется с помощью токового реле РСТ 13 с коэффициентом возврата />.
2) Реле включаются во вторичные обмотки уже выбранных трансформаторов тока со стороны питания, то есть схема включения трансформаторов тока и реле – полный треугольник (коэффициент схемы />), коэффициент трансформации трансформаторов тока />.
3) Ток срабатывания защиты:
/>, (6.20)
здесь /> – коэффициент отстройки;
/> – максимальный рабочий ток на стороне ВН трансформатора при перегрузке, А.
/>А.
4) Коэффициент чувствительности в основной зоне определяется по току двухфазного короткого замыкания за трансформатором, приведенным на первичную сторону:
/>. (6.21)
В зоне резервирования коэффициент чувствительности определяется по току двухфазного короткого замыкания в конце кабельной линии Л5, приведенным на первичную сторону:
/>. (6.22)
Защита удовлетворяет требованиям чувствительности.
5) Определим ток срабатывания реле:
/>А. (6.23)
Принимаем к установке реле РСТ 13-24, у которого ток срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (6.24)
Принимаем сумму уставок />.
Найдем ток уставки реле:
/>А.
6) Время срабатывания защиты принимается по условию отстройки от времени срабатывания МТЗ на секционном выключателе Q20. Поскольку это время равно /> с, то /> с, где /> с – ступень селективности для статического реле. Используем реле времени РВ-01.
6.3 Защита от перегруза
1) Защита выполняется с помощью токового реле РСТ 13 с коэффициентом возврата />.
2) Защита выполняется с помощью одного реле, включенного во вторичную обмотку того же трансформатора тока, что и реле максимальной токовой защиты, на ток фазы А, с действием на сигнал. Коэффициент трансформации трансформатора тока />, коэффициент схемы />.
3) Ток срабатывания защиты определяется из условия отстройки от номинального тока трансформатора на стороне ВН:
/>, (6.25)
здесь /> – коэффициент отстройки.
4) Коэффициент чувствительности не рассчитывается.
5) Ток срабатывания реле:
/>А. (6.26)
Принимаем к установке реле РСТ 13-19, у которого ток срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (6.24)
продолжение--PAGE_BREAK--
Принимаем сумму уставок />.
Найдем ток уставки реле:
/>А.
6) Выдержка времени защиты отстраивается от кратковременных перегрузок. Примем /> с. Устанавливаем реле времени РВ-01.
6.4 Газовая защита
Газовая защита является основной защитой трансформаторов от витковых замыканий и других внутренних повреждений, сопровождаемых разложением масла и выделением газа. В качестве реагирующего органа выбираем реле типа РГТ-80. Верхняя пара контактов действует на сигнал при слабом газовыделении и понижении уровня масла, нижняя пара контактов действует на отключение при бурном газообразовании и дальнейшем понижении уровня масла. Уставка скоростного элемента (нижнего) выбирается в зависимости от мощности и системы охлаждения силового трансформатора. Так как трансформатор имеет мощность 25 МВ·А и систему охлаждения Д, то принимаем уставку 1 м/с.
7 Расчёт защиты воздушных линий Л1, Л2
В связи с тем, что сеть образована параллельными линиями и имеет двухстороннее питание, то примем к установке следующие защиты:
1) основная от всех видов коротких замыканий – поперечная дифференциальная направленная защита;
2) дополнительная к основной от междуфазных коротких замыканий – токовая отсечка без выдержки времени, отдельная для каждой параллельной цепи;
3) резервная от междуфазных коротких замыканий – суммарная максимальная токовая защита параллельных цепей;
4) защита от однофазных коротких замыканий на землю.
7.1 Поперечная дифференциальная направленная защита
1) Защита выполняется с помощью токовых реле РСТ 13, которые включаются на разность токов параллельных цепей. Для определения поврежденной цепи последовательно с обмоткой токового реле РСТ 13 включается обмотка тока реле направления мощности РМ 11, а обмотка напряжения этого реле включается во вторичную обмотку трансформатора напряжения, установленного на шинах А.
2) Максимальный рабочий ток линии при повреждении на другой линии:
/>, (7.1)
где /> – передаваемая мощность по линиям Л1 и Л2, ВА;
/> – напряжение линий Л1 и Л2, В.
/>А.
Принимаем к установке трансформатор тока ТФЗМ-220Б-I-300-0,5/10Р/10Р/10Р: /> А; /> А. Коэффициент трансформации трансформатора тока
/>.
В каждой цепи линии устанавливаются три трансформатора тока, включенные по схеме неполной звезды, коэффициент схемы />.
Примем к установке трансформатор напряжения типа НКФ-220-58У1:
/>В, />
В. Коэффициент трансформации трансформатора напряжения:
/>.
3) Ток срабатывания защиты определяется двумя условиями:
а) отстройкой от тока небаланса
/>, (7.2)
где /> – коэффициент апериодической составляющей для токового реле;
/> – коэффициент однотипности для идентичных трансформаторов тока;
/> – класс точности трансформаторов тока.
/>А.
Ток срабатывания защиты
/>, (7.3)
здесь /> – коэффициент отстройки.
/>А.
б) отстройкой от максимального рабочего тока при отключении одной из параллельных линий с противоположного конца.
Ток срабатывания защиты:
/>, (7.4)
где />– коэффициент отстройки;
/> – максимальный рабочий ток, который был определен по выражению (7.1).
/>А.
Принимаем к выполнению большее из двух значений, то есть /> А.
4) Чувствительность защиты определяется по минимальному току двухфазного короткого замыкания в двух случаях:
а) при повреждении в середине одной из параллельных цепей (рисунок 2)
/>
Рисунок 2
/>А – ток при точке двухфазного короткого замыкания на шинах В при питании от системы G1;
/>А — ток при точке двухфазного короткого замыкания на шинах А при питании от системы G2.
Ток в неповрежденной цепи находится как четверть разницы этих токов:
/>А. (7.5)
Токи в поврежденной цепи:
от шин А к точке короткого замыкания /> А;
от шин В к точке короткого замыкания /> А.
Коэффициент чувствительности защит с обоих концов одинаковый:
/>. (7.6)
б) при повреждении в конце одной из линий, когда она отключена с одной стороны каскадным действием защиты (рисунок 3).
/>
Рисунок 3
Питание от системы G2 не учитываем, тогда коэффициент чувствительности
/>. (7.7)
Коэффициент чувствительности больше нормированного в обоих случаях.
5) Ток срабатывания реле:
/>А. (7.8)
Принимаем к установке реле РСТ 13-19, у которого ток срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (7.9)
продолжение--PAGE_BREAK--
Принимаем сумму уставок />.
Найдем ток уставки реле:
/>А.
6) Длина зоны каскадного действия (вблизи шин В):
/>, (7.10)
здесь />– длина линий Л1 и Л2, км.
Длина зоны каскадного действия лежит в допустимых пределах.
Длина мертвой зоны по органу направления мощности РМ 11 (вблизи шин А) может быть найдена из упрощенного выражения (3.11) (без учета активного сопротивления линии и без учета подпитки с противоположной стороны), исходя из минимального напряжения срабатывания реле РМ 11 />В.
/>, (7.11)
здесь />– коэффициент трансформации трансформатора напряжения;
/>Ом/км – удельное индуктивное сопротивление линии;
/>.
Длина мертвой зоны также лежит в допустимых пределах.
7.2 Токовая отсечка без выдержки времени
Ненаправленная токовая отсечка без выдержки времени предназначена для отключения трехфазных коротких замыканий в пределах мертвой зоны дифференциальной защиты.
1) Защита выполняется с помощью токового реле РСТ 13.
2) Реле включаются во вторичные обмотки выбранных в п.7.1 трансформаторов тока с коэффициентом трансформации />, включенными по схеме неполной звезды (коэффициент схемы />).
3) Ток срабатывания защиты отстраивается от тока трехфазного короткого замыкания на шинах В при питании от системы G2 />:
/>, (7.12)
здесь />– коэффициент отстройки.
/>А.
4) Коэффициент чувствительности определяется только при трехфазных коротких замыканиях, так как основное назначение защиты — резервировать отказ поперечной дифференциальной направленной защиты при трехфазных коротких замыканиях в мертвой зоне.
При коротком замыкании на одной цепи А-В вблизи шин А расчетный ток защиты найдем как сумму токов, посылаемых системой 1, и половины тока со стороны системы 2:
/>А. (7.13)
Тогда коэффициент чувствительности
/>. (7.14)
Защита проходит по коэффициенту чувствительности.
5) Ток срабатывания реле:
/>А. (7.15)
Принимаем к установке реле РСТ 13-29, у которого ток срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (7.16)
Принимаем уставку />.
Найдем ток уставки реле:
/>А.
7.3 Суммарная максимальная токовая направленная защита
1) Защита выполняется с помощью токового реле РСТ 13 с коэффициентом возврата />и реле направления мощности РМ 11.
2) Измерительными органами являются выбранные в п.7.1 трансформаторы тока, включенные по схеме неполной звезды (/>, />), а также трансформатор напряжения.
3) Ток срабатывания защиты отстраивается от максимального рабочего тока линии:
/>А. (7.17)
4) Коэффициент чувствительности в основной зоне действия:
/>. (7.18)
Защита удовлетворяет требованиям чувствительности.
5) Ток срабатывания реле:
/>А. (7.19)
Принимаем к установке реле РСТ 13-19, у которого ток срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (7.20)
Принимаем сумму уставок />.
Найдем ток уставки реле:
/>А.
Выдержку времени МТЗ определим для всей сети А-Б-В путем разделения схемы на две части, в каждой из которых будет по одному источнику, и произведем независимое определение времени срабатывания МТЗ (см. рисунок 4).
/>
Рисунок 4 – Выдержки времени МТЗ сети А-Б-В
Ступень селективности для статического реле />с.
Выдержка времени для выключателей Q16 и Q18 была выбрана в п.6.2.
Выдержки времени для выключателей Q1, Q5, Q3 и Q7 определяются при питании со стороны системы G1:
/> с;
/> с.
Выдержки времени для выключателей Q2, Q6, Q4 и Q8 определяются при питании со стороны системы G2:
/> с;
/> с.
Для обеспечения выдержки времени выбираем реле времени РВ-01.
7.4 Защита от однофазных коротких замыканий на землю
продолжение--PAGE_BREAK--
При однофазных коротких замыканиях на землю (ОКЗЗ) увеличиваются токи нулевой последовательности, поэтому для определения данного вида повреждений устанавливаются фильтры нулевой последовательности (трансформаторы тока включаются по схеме полной звезды, а реле устанавливаются в нулевой провод). Защита от ОКЗЗ выполняется, как правило, трёхступенчатой: 1-ая ступень — направленная отсечка мгновенного действия нулевой последовательности, но в отличие от токовой отсечки отстройка производится только от тока нулевой последовательности, направленного от шин подстанции. Ток срабатывания мгновенных отсечек на параллельных линиях необходимо выбирать с учетом наличия значительной взаимоиндукции от параллельной цепи, оказывающей существенное влияние на сопротивление нулевой последовательности; 2-ая ступень — токовая отсечка нулевой последовательности с выдержкой времени; 3-я ступень — МТЗ нулевой последовательности.
8 Проверка трансформатора тока и выбор контрольного кабеля
Необходимо определить сечение контрольного кабеля во вторичных цепях трансформатора тока, установленного около выключателя Q29. При расчете двигателя был выбран тип трансформатора тока: ТЛК10-100-0,5/10Р. Номинальный первичный ток /> А, вторичный /> А. Коэффициент трансформации трансформатора тока: />.
Расчетная кратность тока
/>, (8.2)
где /> – ток при внешнем к.з. в максимальном режиме;
/> – номинальный ток первичной обмотки трансформатора тока, А.
/>.
По кривым /> для данного типа трансформатора тока находим /> Ом.
Расчетное сопротивление нагрузки определяется выражением
/>, (8.3)
где /> – сопротивление проводов, Ом;
/>Ом – сопротивление реле;
/>Ом – сопротивление контактов.
Найдем /> при условии />:
/>Ом.
Вторичные цепи выполнены медным кабелем длиной /> м. Сечение кабеля можно определить по формуле:
/>, (8.4)
где /> – удельное сопротивление меди.
/>мм2.
Принимаем стандартное сечение 2,5 мм2, которое удовлетворяет требованиям механической прочности для соединительных проводов токовых цепей. Кабель контрольный типа КРВГ.
Литература
1 Релейная защита в системах электроснабжения: Методические указания к изучению курса и выполнению контрольного задания / Г. А. Комиссаров, Х. К. Харасов. – Челябинск: ЧГТУ, 1996. – 56 с.
2 Неклепаев Б. Н., Крючков И. П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. пособие для вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1989.
3 Чернобровов Н.В. Релейная защита. Учебное пособие для техникумов. Изд. 5-е, перераб. и доп. – М.: Энергия, 1974 – 680 с. с ил.
4 Беркович М.А., Молчанов В.В., Семенов В.А. Основы техники релейной защиты. 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 376 с., ил.