Измерительный
прибор
|
Нагрузка
В*А
|
Амперметр
|
0,5
|
Ваттметр
|
0,5
|
Счётчик
|
2,5
|
Сопротивление приборв:
к=
0,05пр=z2ном-rк-rприб = 0,8-0,05-0,16 = 0,59 Ом
мм 2ст = 1
= r2 = rприб +rк +
rпр` = 0,16 + 0,05 + 0,35 = 0,56 Ом<z2ном
,56<0,8
Трансформатор тока секционного выключателя
Выбор:
) По расчётному току секционного выключателя
расч = 844А
расч<Iном
Марка: ТЛ-10-1У3ном =1000 А
А<1000А
) По расчётному напряжениюрасч =6 кВ
Uрасч<Uномном = 10 кВ
кВ<10кВ
Проверка:
) по динамической стойкости и ударному токудинiук
кА>4,87кАдин>iук
) по термической стойкости
tnn = 1,2
кА2*сек
кА2*сек
>
кА2*сек> 3,072кА2*сек
) по нагрузкамномz20,5
=0,5
Сопротивление приборов:
= r2 = rприб +rк +
rпр = 0,02 + 0,05 + 0,43 = 0,5 Омпр=z2ном-rк-rприб = 0,5-0,05-0,02 = 0,43 Ом
= r2 = rприб +rк +
rпр`= 0,5 +0,05 + 0,124 = 0,426 Ом<z2ном
,426<0,5
Трансформатор тока отводящей линии выключателя
Выбор:
)По расчётному току выключателя отводящей
линиирасч = 1541А расч<Iном
Марка: ТЛ -10 1ном =2000 А
А<2000А
) по расчётному напряжениюрасч =6
кВрасч<Uномном = 10кВ
кВ<10кВ
Проверка:
) по динамической стойкости и ударному токудинiук
кА>4,87кАдин>iук
по термической стойкости
tnn = 1,2сек
кА2*сек
кА2*сек
>
кА2*сек> 3,1кА2*сек
) по нагрузкеномz2
,8 =0,8
z2 = r2 = rприб +rк + rпр = 0,02 + 0,05 + 0,43 =
0,5 Омпр=z2ном-rк-rприб = 0,5-0,05-0,02 = 0,31 Ом
= r2 = rприб +rк +
rпр`= 0,5 +0,05 + 0,283 = 0,5 Ом<z2ном
,25<0,5
9. Релейная защита
В состав системы промышленной электроснабжения
имеет следующий вид:
Силовые трансформаторы, ВЛ, КЛ, и потребители.
В процессе эксплуатации этого неизбежно
возникает аварийные и не нормальные режимы оборудования требуемое бесперебойное
питание потребителей возможно, если все элементы системы отключаются
автоматическими устройствами.
Под устройством РЗА понимают комплекс
автоматических аппаратов действующих при отключить режимов работы
электроустановок от заданных параметров. Устройство добавляется автоматикой
АПВ, АВР, АЧР.
По физическому действию устройство РЗА
реагирует:
На изменение величину тока.
На изменение величины напряжение (защита
минимального максимального напряжения).
На изменение направления мощности (направленная
защита).
При коротком замыкании в каждой точке к месту
повреждения протекают возросшие токи, которые вызывают термическое и
динамическое воздействие на оборудование для ограничения времени протекании токов
к.з. через оборудование применяют токовые защиты.
После отключения к.з. резко снижается напряжение
что снижает работоспособность оборудования и нарушает статическую и
динамическую устойчивую систему поэтому применяют защиту минимального
напряжения цепь при которой отключить менее ответственные электроприёмники
чтобы обеспечить напряжение ответственным электроприёмникам т.к. рост
напряжения в сети недопустим то повышение напряжения отключается мгновенно.
9.1 Анализ аварийных режимов
Основные аварийные режимы в системах
электроснабжения это межфазное к.з. и однофазные к.з. на землю.
В сетях с глухо заземлённой нейтралью( 110 кВ и
выше) при всех видах к.з. токи достигают недопустимых величин и требуют
мгновенного отключения.
В сетях с изолированной нейтралью 6 -35 кВ. Токи
однофазных к.з. не превышает несколько десятков кА и ПУЭ разрешает работу
оборудования в режиме однофазного к.з. в течении 2,5 часов (далее возникает
дуга и возникает отключение).
Ненормальные режимы рабаты:
Отключение ВЛ (линии связи)
Режимы возникающие при пуске мощных двигателей а
так же при подключении не нагруженных трансформаторов
Отключение напряжения в сети
Изменение частоты (дефицит активной мощности)
Все эти режимы не оказывают решающего влияния на
надёжность системы и выбор объёма автоматики. Решающим фактором это нарушение
статической и динамической системы электроснабжения.
При к.з. в токе близости к генератору напряжение
на генераторе резко снижается подводимая турбиной к нему мощность остаётся
прежней поэтому ротор генератора начинает увеличивать скорость и повышает
вероятность выхода из синхронизма, что помешает параллельной работе генератора
(если во время не отключить этот режим то и второй и другие генераторы выйдут
из синхронизации и есть вероятность обрушения всей системы электроснабжения).
Требования предъявляемой к устройствам РЗА:
Селективность
Чувствительность.
Быстродействие.
Надёжность.
трансформатор подстанция замыкание
заземляющий
9.2 Источники оперативного тока в
РЗА
Источники оперативного тока необходимы для питания
логической схемы. В качестве оперативного тока напряжение используется 36, 48,
110, 220 В.
Аккумуляторные батареи. Работают в режиме
постоянной подзарядки, т.е. должна быть моторная группа с генераторами
постоянного тока. Устанавливается сигнализация звуковая, обладающая высокой
надёжностью, выполняется только для ответственных ГПП с мощностью 4 МВА и выше.
Трансформаторы тока являются весьма надёжным
источником питания оперативных цепей для защит от к.з.
При к.з. ток и напряжение на зажимах трансформатора
тока увеличиваются, поэтому в момент срабатывания защиты мощность
трансформатора тока возрастает, что и обеспечивает надёжное питание оперативных
цепей.
Однако трансформаторы тока не обеспечивают
необходимой мощности при повреждениях и ненормальных режимах,
несопровождающихся увеличением тока на защищаемом присоединении.
Поэтому их нельзя использовать для питания защит
от замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью, защит от витковых
замыкании в трансформаторах и генераторах или защит от таких ненормальных
режимов, как повышение или понижение напряжения и понижения частоты.
Трансформаторы напряжения и трансформаторы
собственных нужд непригодны для питания оперативных цепей защит от к.з. так как
при к.з. напряжение в сети резко снижается и может в неблагоприятных случаях
становится равным нулю. В то же время при повреждения и ненормальных режимах,
не сопровождается глубокими понижениями напряжения в сети, трансформаторы
напряжения и трансформаторы собственных нужд могут использоваться для питания
таких защит, как, например, защиты от перегрузки, от замыкании на землю,
повышения напряжения и т.д.
Заряженный конденсатор. Помимо непосредственного
использования мощности тр-ов тока и напряжения можно использовать энергию,
накопленную в предварительно заряженном конденсаторе.
9.3 Релейная защита трансформаторов
ГПП
Релейная защита трансформаторов должна
обеспечивать отключение силового трансформатора при междуфазных и витковых
замыканиях, понижении уровня масла, однофазных замыканиях на землю или подавать
сигнал о ненормальном режиме работы трансформатора (перегрузке, повышении
температуры масла и т.д.).
Виды защит, устанавливаемых на трансформаторе,
определяются его мощностью, назначением, местом установки и другими
требованиями, предъявляемыми к режиму эксплуатации, и указываются в [11, 12].
Согласно ПУЭ для защиты трансформатора применяем
продольную дифференциальную, максимальную токовую, газовую и защиту от
перегрузки.
9.4 Дифференциальная защита линий
Обеспечивают мгновенное отключение к.з. в любой
точке защищаемого участка и обладают селективностью при к.з. за пределами
защищаемой линии (внешние к.з.).
Подразделяются на продольные и поперечные.
Первые служат для защиты как одинарных так и параллельных линий вторые только
параллельные.
Принцип действия продольных дифференциальных
защит основан на сравнении величины и фазы токов в начале и конце защищаемой
линии.
Для этой цели по концам линии устанавливаются
трансформаторы тока с одинаковыми коэффициентами трансформации. Их вторичные
обмотки соединяются при помощи соединительного кабеля и подключаются к
дифференциальному реле таким образом, чтобы привнешнихк.з. ток в реле был равен
разности токов в начале и конце линии, а при к.з. на линии их сумме.
9.5 Расчет дифференциальной защиты
Первичные токи на сторонах высшего и низшего
напряжений защищаемого трансформатора, соответствующие его номинальной
мощности.
Коэффициенты трансформаторов тока учитывая, что
для компенсации сдвига токов по фазе, трансформаторы тока со стороны обмотки
высшего напряжения силового трансформатора, соединенной в «звезду» должны быть
соединены в «треугольник», а со стороны обмотки низкого напряжения, соединенной
в «треугольник» - в «звезду».
где I1в и I2в - номинальные вторичные токи
трансформаторов тока.
По каталогу выбираем трансформаторы тока со
стандартными коэффициентами трансформацииТВЛМ-6У3 кI1=30 и ТЛ-10-IУ3 кI2=600.
Действительные вторичные токи в плечах защиты:
Плечо с большим вторичным током является
основным.
Рисунок 5 - Схема включения реле РНТ-565
Первичный расчетный ток небаланса без учета
I111нб. расч при рассматриваемом внешнем КЗ в точке К1.
где кодн=0,5…1 - коэффициент однотипности трансформаторов
тока;
,1 - относительное значение полной погрешности
трансформаторов тока (принимается по кривым предельных кратностей при 10%
погрешности);
rNрег - относительное значение
погрешности, обусловленное регулированием напряжения (±16%);
- ток внешнего КЗ,
приведенного к стороне высокого напряжения,
где .
Определяем предварительно ток защиты, исходя из
двух условий:
а) по условию отстройки от максимального тока
небалансасз≥котс∙Iнбрасч=1,3∙237,5 =308,7 А,
где котс - коэффициент отстройки, учитывающий
погрешности реле, ошибки расчета и необходимый запас (принимается равным 1,3).
б) по условию отстройки от броска
намагничивающего токасз≥котс∙Iн1=1,3∙84,07=109,3 А,
Расчетной для выбора так срабатывания является
отстройка от тока небаланса при внешнем КЗ
Производим предварительную проверку
чувствительности защиты. В рассматриваемом примере расчетным по условию
чувствительности является КЗ между двумя фазами на стороне 6 кВ.
Минимальный ток двухфазного КЗ приведенный к
стороне 6 кВ:
Примечание: В действительности за минимальный
ток КЗ принимают ток двухфазного КЗ в минимальном режиме питающей системы и при
максимальном сопротивлении питающего трансформатора (в примере таких данных
нет).
Коэффициент чувствительности:
Т.к. кч≥1,5 требуемого по ПУЭ, то расчет
защиты можно продолжить.
Ток срабатывания реле на основной стороне (за
которую принята сторона основного питания)
Число витков обмотки НТТ реле основной стороны:
Где Fср - МДС, необходимая для срабатывания
реле, А; для реле РНТ-565 равна (100±5) А.
Предварительно примем
Число витков обмотки НТТ реле для неосновной
стороны:
Предварительно принимаем
Составляющая первичного тока небаланса,
обусловленная округлением расчетного числа витков неосновной стороны для
расчетного случая повреждения:
Первичный расчетный ток небаланса с учетом
составляющей IIIIнб.расч:
Ток срабатывания защиты на основной стороне:
Окончательное значение коэффициента отстройки
защиты:
Коэффициент чувствительности для тока
срабатывания защиты, соответствующего окончательно принятому в режиме, при
котором производилась предварительная проверка чувствительности:
Защита может быть использована для защиты
трансформатора. Окончательно принятое число витков обмотки НТТ реле установки
на основной и неосновной сторонах:
ωосн=ωIур=15
витков; ωI=ωIIур=19
витков.
Установка чисел витков уравнительных обмоток
указана на схеме реле зачерненными точками.
9.6 Максимальная токовая защита
Приходят в действие при увеличении тока в фазах
линии сверх определённого значения.
Токовые защиты подразделяются на максимальные
токовые защиты и токовые отсечки. Главное различие между этими защитами
заключается в способе обеспечения селективности.
Селективность действия максимальных защит
достигается с помощью выдержки времени. Селективность действия токовых отсечек
обеспечивается соответствующим выбором тока срабатывания.
В сетях с односторонним питанием максимальная
защита должна устанавливаться в начале каждой линии со стороны источника
питания. При таком расположении защит каждая линия имеет самостоятельную
защиту, отключающую линию в случае повреждения на ней самой или на шинах
питающейся от неё подстанции.
При к.з. в какой-либо точке сети, ток к.з.
проходит по всем участкам сети, расположенных между источником питания и местом
повреждения, в результате чего приходят в действие все защиты. Однако по
условию селективности сработать на отключение должна только защита,
установленная на повреждённой линии.
Для обеспечения селективности макс. защиты
выполняются с выдержкой времени.
Токовые реле защиты не должны приходить в
действие при максимальном рабочем токе для чего ток срабатывания защиты должен
быть больше максимального тока нагрузки.
Токовые реле, сработавшие при к.з. в сети,
должны надёжно возвращаться в исходное положение после отключения к.з. при
оставшемся в защищаемой линии рабочей точке.
9.7 Расчет максимальной токовой
защиты
Данная защита служит для защиты трансформатора
от внешних КЗ (за пределами зоны, защищаемой дифференциальной защитой).
Предполагаем выполнение защиты на реле типа
РТ-40, устанавливаемых на стороне низкого напряжения защищаемого
трансформатора.
Ток срабатывания защиты:
Вторичный ток срабатывания реле:
где ксх=1 - коэффициент учитывающий схему
соединения вторичных обмоток трансформаторов тока на стороне низкого напряжения
защищаемого трансформатора (неполная звезда).
Чувствительность защиты:
Примечание: при выполнении данной защиты функций
резервирования смежного участка (например, отходящей линии), коэффициент
чувствительности должен быть не менее 1,2 при КЗ в конце зоны защиты
резервирования (например, при КЗ в конце линии).
Выдержка времени защиты выбирается на ступень
селективности (Δt=0,5..0,7 с)
больше предыдущей максимальной токовой защиты.
9.8 Токовая отсечка
Селективность действия токовых отсечек
достигается ограничением их зоны работы так, чтобы не действовала при к.з. на
смежных участках сети., защита которых имеет выдержку времени, равную или
больше, чем отсечка. Для этого ток срабатывания отсечки должен быть больше
максимального тока к.з., проходящего через защиту при повреждении в конце
участка за пределами которого отсечка не должна работать. Для обеспечения этого
условия необходимо выбрать Iсраб.защ.>Iкз.
На трансформаторах питающихся от сети с глухо
заземлённой нейтралью отсечка устанавливается на трёх фазах, а при питании от
сети с изолированной нейтралью на двух фазах.
9.9 Защита от перегрузки
Ток срабатывания защиты:
где котс - коэффициент отстройки принимаем
равным 1,05
кв- коэффициент возврата реле.
Ток срабатывания реле
Защиту от перегрузки выполняем но реле типа
РТ-40 включенного в одно из плеч
Максимальной токовой защиты от внешних К.З.
Выдержку бремени защиты от перегрузки принимают
на ступень селективности дольше максимальной токовой защиты. Защита выполняется
с действием на сигнал.
9.10 Газовая защита
Согласно ПУЗ п.32531 газовая защита от
повреждений внутри кожуха сопровождающихся выделением газа и от понижения
уровня масла должна быть предусмотрена для трансформаторов мощностью 63 MB А и
более, - для внутрицеховых понижающих трансформаторов мощностью 630 кВА и
более.
Газовую защиту можно устанавливать так же на
трансформаторах мощностью 1-4 МВА
Газовая защита должна действовать на сигнал при
слабом газообразовании и на отключение при интенсивном газообразовании и
дальнейшем понижении уровня масла.
Защиту выполняем газовым реле с чашкообразными
элементами типа РГЧЗ-66.
Расчет защит трансформаторов подробно приведен в
191 Id том числе и защит с применением реле типа U3TI, полные схемы защит в
110).
Повреждения трансформатора, возникающие внутри
его кожуха, сопровождаются электрической дугой или нагревом деталей, что
приводит к разложению масла и изоляционных материалов и образованию летучих
газов. Будучи легче масла, газы поднимаются в расширитель который является
самой высокой частью тр-ра и имеет сообщение с атмосферой.
При интенсивном газообразовании, имеющем место
при значительных повреждениях бурно расширяющиеся газы создают сильное
давление, под влиянием которого масло в кожухе тр-ра приходит в сторону
расширителя.
Таким образом, образование газов в кожухе тр-ра
и движение масла в сторону расширителя могут служить признаком повреждения
внутри тр-ра.
9.11 Защита от перенапряжений
Различают два вида перенапряжений в
электрических установках: внутренние и атмосферные.
Внутренние перенапряжения возникают в результате
коммутаций, как нормальных (включение и отключение ненагруженных линий,
отключение ненагруженных трансорфматоров и реакторов), так и послеаварийных
(дуговые замыкания на землю в системах с изолированной нейтралью, отключения
КЗ, АПВ).
Атмосферные перенапряжения возникают в результате
разрядов молнии в электроустановку или вблизи нее. Время воздействия
атмосферных перенапряжений составляет от единиц до сотен миллионов долей
секунды. Значение этих перенапряжений при отсутствии специальных мер защиты
может достигать миллионов вольт.
Для защиты электроустановок от внутренних
перенапряжений можно использовать:
- схемные решения и средства ограничения
установившихся перенапряжений;
- средства и способы защиты от перенапряжений
переходного режима.
В первом случае предусматривают:
понижение коэффициента трансформации;
ограничение минимального количества работающих
генераторов и их ЭДС;
использование шунтирующих реакторов;
применение схем без выключателей на стороне
высшего напряжения.
Во втором случае используют:
коммутационные ограничители перенапряжений типа
ОПН;
выключатели, предотвращающие возникновение
перенапряжений;
устройства, управляющие моментом коммутации.
Защиту от перенапряжений при отключении
ненагруженных трансформаторов осуществляют ограничителями перенапряжений.
Ограничение перенапряжений при отключении
ненагруженных линий не может быть возложено на ограничители перенапряжений, так
как они должны находится на линии и должны быть рассчитаны на отвод энергии,
значительно большей, чем энергия, обусловленная атмосферными перенапряжениями.
В данном случае применяют выключатели с шунтирующими резисторами.
Волны перенапряжений, возникающие на линиях при
ударах молнии, доходят до подстанций (набегающие волны) и могут представлять
опасность для изоляции установленного там оборудования.
Основным аппаратом защиты от набегающих волн
является ограничитель перенапряжений.
Линии напряжением 35 кВ и выше, защищенные
тросами по всей длине, специальной защиты не требуют. Если линия не имеет троса
по всей длине, то ее защищают тросом на подходе к подстанции. Длину подхода
принимают равной 1-2 км при напряжении 35 кВ и 1-3 км при напряжениях 110-220
кВ. Трос на каждой опоре заземляют.
Для ограничения токов однофазного КЗ нейтрали
некоторых трансформаторов 110 кВ могут быть разземлены. При воздействии волн
атмосферных перенапряжений на линейные вводы трансформаторов на нейтрали могут
развиться колебания, приводящие к значительному повышению напряжений над
уровнем изоляции нейтрали. Для ограничения этих перенапряжений в нейтраль
трансформатора включают ограничитель перенапряжений с номинальным напряжением
на класс ниже, чем класс изоляции основной обмотки трансформатора.
10. Расчёт заземляющего устройства
ГПП
Защитное заземление - заземление частей
электроустановки с целью обеспечения электрической безопасности.
Рабочее заземление - заземление какой-либо точки
токоведущих частей электроустановки, необходимое для обеспечения работы
электроустановки.
Периметр ГПП равен 140 метров. (П=140м)
Нейтраль трансформатора заземлена глухо,
распредустройство 6кВ изолированно.
Грунт в месте распредустройства имеет удельное
сопротивление
В качестве естественных заземлителей можно
использовать металлические оболочки кабелей, сопротивлением Ом,
а так же заземлённый трос сопротивлением Ом.
Так как сопротивление заземляющего устройства
для сетей выше 1кВ должно быть меньше или равно 0,5 Ом, то для начала
определяем сопротивление естественных заземлителей.
Далее определяем сопротивление искусственных
заземлителей:
- требуемое по ПУЭ
сопротивление потребителя
В качестве заземлителей принимаем уголки,
длинной 5м.
Сопротивление одного уголка:
Требуемое число электродов данного вида
определяем по формуле:
Принимаем размещение по контуру ГПП
заземлителей, причём отношение расстояния между ними к их длине, принимаем
равным 1, а .
Количество трубчатых заземлителей выбираем
условно, примерно 100 штук.
Перерассчитываем расстояние между прутками:
Рисунок 6 - Защитное заземление подстанции
Заключение
В ходе выполнения курсовой работы определялись
электрические нагрузки и графики нагрузок по графикам суточное и годовое
потребление электроэнергии; выбиралось рациональное напряжение, защитное и
коммутационных аппаратов, силовые трансформаторы его потери, а так же потери в
линиях. Выбор сечения провода и его стоимость. Из общих затрат выбиралось
рациональное напряжение. По ежегодным затратам определялось количество и
мощность ГПП, рассчитывались токи короткого замыкания в двух точках,
определялось местоположение ГПП.
Выбор подстанции также подсоединение РУ к ТП с
наибольшим радиусом нагрузки, на миллиметровой бумаге. Выбор силового
оборудования, трансформатор тока. Проводился расчёт релейной защиты трансформаторов,
ВЛ и расчёт заземляющего оборудования. Была изображена принципиальная схема
электроснабжения трансформаторного завода.
Список используемой литературы
1. Правила
устройства электроустановок. М., Энергоатомиздат, 1985.
2. Справочник
по электроснабжению и электрооборудованию. Под общей редакцией А.А. Федорова,
Том 1. Электроснабжением, Энергоатомиздат, 1986.
. Справочник
по электроснабжению и электрооборудованию. Под общей редакцией А.А. Федорова
Том 2. Электрооборудование М., Энергоатомиздат, 1987.
. Справочник
по электроснабжению промышленных предприятий. Промышленные электрические сети.
Под общей редакцией А.А. Федорова и Г.В. Сербиновского, М.,
"Энергия", 1980.
. Справочник
по электроснабжению промышленных предприятий. Электрооборудование и автоматизация.
Под общей редакцией АА Федорова и Г.В. Сербиновскаго, М., "Энергия', 1980
. Справочник
по электроснабжению промышленных предприятий. Под общей редакцией А.А. Федорова
и Г.В. Сербиновского, Книга первая. Проектно-расчетные сведения. М,
"Энергия", 1973.
. Справочник
по электроснабжению промышленных предприятий. Под общей редакцией А.А. Федорова
и Г.В. Сербиновского, Книга вторая. Технические сведения об оборудовании. М.,
"Энергия", 1973.
. Липким
Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок, М., "Высшая
школа". 1981.
. Релейная
защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 10-500кВ. Расчеты.
Руководящие указания по релейной защите. М., Энергоатомиздат 1985.
. Релейная
защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов10-500кВ. Схемы.
Руководящие указания по релейной защите. М., Знергоатомиздат, 1985.
. Чернобров
Н.Б. Релейная защита. М., 'Энергия", 1974.
. Шобад
Н.А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей.
Энергоатомиздат, 1985.
. Рожкова
Л.П., Козулин B.C. Электроснабжение станций и подстанций,М.,Энергоатомиздат,
1987 Курсовое проектирование.
. Электроснабжение
промышленных предприятий и установок. Коновалова 1989 г.
. Федоров
А.А., Старкова Л.Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования,
М., Энергоотомиздат, 1987.